數(shù)字光處理 (DLP) 是一種增材制造技術。然而，DLP的加工對象僅限于透明樹脂材料，因此不太適合印刷導電材料。然而，隨著基于導電樹脂制作傳感器和執(zhí)行器的需求日益凸顯，DLP無法加工不透明導電樹脂材料的問題成為阻礙其發(fā)展的核心挑戰(zhàn)。將導電材料混入樹脂中形成復合材料要實現(xiàn)導電性，需要導電材料的混入比例高于一定閾值，然而，高于閾值的導電材料含量會嚴重地對DLP的加工光線產生吸收和散射，因此加工得到的物體空間分辨率很低。在這項研究中，采用了相轉移法制備了一種濃縮的GO液晶乙醇溶液，這種GO溶液與一種能夠承受高溫的樹脂混合，然后由DLP進行3D打印固化成型。最后，熱加工使得復合材料中的GO被還原為rGO形成導電性復合材料。所選擇的樹脂能夠承受高溫，從而能夠將 GO 原位有效地熱還原為導電的還原氧化石墨烯 (rGO)。rGO 顆粒形成滲透網(wǎng)絡，電導率高達 1.2 × 10-2 S m -1。因此，本方法似乎是一種協(xié)調 DLP 技術與 3D 導電物體制造的方式。
Fig 1. 通過數(shù)字光處理制造基于 GO 的復合材料的方案。將具有高單層含量分散體的 GO 添加到樹脂中，然后通過 UV 2D 投影對配方進行 3D 打印。應用最終熱后處理以減少 GO 并獲得導電復合材料。
Fig 2. a) 含有（從左到右）蒸餾水、0.005 wt.% GO 分散在水中、0.005 wt.% rGO 用 0.35 wt.% 膽汁鹽 (BS) 穩(wěn)定的聚（甲基丙烯酸甲酯）(PMMA) 比色皿，b) 吸光度（黑色）rGO 分散體、（棕色）GO 和（藍色）BS 溶液的光譜。
Fig 3. 分散體的光學顯微照片：a) 丙烯酸樹脂中 0.3 wt.% 的 rGO，b) 在正交偏振器下 2.4 wt.% 的富含 GO 乙醇的溶液。偏振器的軸由白色箭頭表示。雙折射顯示溶液 c) 0.25 wt.% 和 d) 0.45 wt.% GO 在丙烯酸樹脂中的液晶性。
Fig 4. a) 粘度和 b) 剪切應力作為包含不同重量分數(shù)的 GO 的丙烯酸酯樹脂的剪切速率的函數(shù)。
Fig 5. 具有不同 GO 重量分數(shù)的復合材料在 405 nm (1.27 mW cm
-2 )處的 Jacobs 工作曲線。C d是聚合深度。E max是輻照能量。
Fig 6. 復雜結構的數(shù)字模型和 0.15 wt.% GO 復合材料和 0.15 wt.% MWCNTs 復合材料的 3D 打印照片。紅色箭頭顯示 3D 打印過程中的故障。比例尺：1 厘米。
Fig 7. a) 3D 打印純丙烯酸樹脂和含有 0.2 wt.% GO 的納米復合材料的 TGA。測量包括在 200℃ 下第一次熱處理 2 小時，以及在 300℃ 下第二次熱處理 2 小時，b) 拉曼光譜，使用 532 nm 激光，GO 分散在水中（灰色）和拉曼光譜，使用 633 nm 激光，復合材料具有未固化樹脂（黃色）、3D 打印樹脂（藍色）和第一次熱處理后固化的樹脂。
Fig 8. a）從左到右的 3D 打印立方體結構：原始樹脂（透明黃色）、GO 復合材料（深棕色）和 rGO 復合材料（黑色），b）3D 打印的 4×4×4 0.35% GO 復合材料在熱還原前后重量的四面體細胞。比例尺：3 毫米。
Fig 9. a) 熱還原前（左）和后（右）拉伸測試樣品的照片和 b) 熱退火前后復合材料的楊氏模量作為 GO 分數(shù)的函數(shù)。
Fig 10. a) 在 200℃下加熱 2 小時和在 300℃下加熱 2 小時的納米復合材料的電導率與 GO 重量分數(shù)的函數(shù)關系。數(shù)據(jù)由縮放方程 ( 2 ) 擬合。b) 熱處理后納米復合材料交流電導率的頻率依賴性。
相關研究工作由波爾多大學Philippe Poulin課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Graphene Oxide Based Transparent Resins For Accurate 3D Printing of Conductive Materials。
轉自《石墨烯研究》公眾號
