北航顶刊丨激光诱导石墨烯实现自由形态多功能3D结构的增材制造

目前，3D打印已成为构建具有任意形状和复杂程度的石墨烯智能结构的重要方法。与基于氧化石墨烯的墨水/凝胶/树脂的方式相比，激光诱导石墨烯（LIG）在一维和二维结构的便捷和可扩展组装方面具有独特优势，但在构建三维宏观结构时仍存在尺寸和形状方面的限制。在本文工作中，研究人员开发了一种全新的基于激光诱导石墨烯的增材制造（LIG-AM）方案，即在不引入额外粘合剂、模板和催化剂的情况下，形成具有自由结构的块状3D石墨烯。

图1. LIG-AM工艺的示意图及步骤，a）原理图，b）打印整个石墨烯涡轮的分步过程。LIG-AM打印3D实体的演示，c）相同截面、可变截面、混合石墨烯/PI结构，d）多尺度维度的三维实体。（比例=5 mm）。

图2. 加工机理和结构表征

图3. 打印层结构及尺寸。a）不同激光功率下单层LIG薄膜的厚度。b）过程示意图。c）具有三个子层的单层LIG的SEM图像。d）层数增加时LIG的截面结构。e）每种激光加工条件下的最大和最小铺粉厚度。f）每种激光加工条件下结构高度和层数之间的关系。

在选择性激光烧结的基础上，LIG-AM辐照聚酰亚胺（PI）粉末床，逐层诱导颗粒烧结和石墨烯转化，这种方式可形成各种类型的石墨烯结构，包括相同截面、可变截面，甚至具有随机形状复杂性的独特石墨烯/PI混合结构。这项工作中，除了探究石墨化和熔融相的结合规律外，还发现LIG-AM的加工效率和组装分辨率可通过协同控制激光功率和铺粉厚度来平衡。此外，凭借出色的加工优势，成功打印了一系列LIG-AM智能器件/结构，特别是LIG-AM智能飞机机翼剖面模型，并展示了其多功能特性，以满足潜在的多场景应用需求。

                             

https://doi.org/10.1002/advs.202204990          

来源：增材制造硕博联盟