Eco-vriendelijke inkt breidt het potentieel van Graphene in 3D-printen uit

Onderzoekers van de Universiteit van Waterloo hebben het potentieel van grafeen ontgrendeld in gebieden die zo divers zijn als voertuigen, consumentenelektronica en het opruimen van het milieu met een milieuvriendelijke inkt voor 3D-printing.

De studie“Additief-vrije grafeengebaseerde inkten voor 3D-printen functionele geleidende aerogels,” verscheen in Journal of Materials Chemistry a.

Grafeen staat bekend om zijn sterkte, elektrische geleidbaarheid en thermische eigenschappen, maar het wordt meestal geproduceerd in een poedervorm die moeilijk kan zijn om mee te werken, waardoor het gebruik ervan wordt beperkt.

Waterloo-onderzoekers hebben dat probleem aangepakt door ’s werelds eerste all-grapheen inkt te creëren door technische grafeen nanosheets die zich kunnen verspreiden in water met behoud van de geleidbaarheid.

Naast extreme veelzijdigheid is de nieuwe inkt milieuvriendelijk omdat deze additiefvrij is en, in tegenstelling tot alternatieven, geen chemische oplosmiddelen nodig heeft om af te drukken.

“Het vormgeven van grafietmaterialen in complexe geometrieën voor geavanceerde toepassingen is al lang een cruciale uitdaging die hun wijdverbreide adoptie heeft beperkt,” zei Dr. Milad Kamkar, een professor bij de afdeling Chemical Engineering bij Waterloo. “Met onze voorgestelde methoden kunnen we 3D-print grafeen in elke vorm.”

Als een op waterbasis, functionele inkt, kan grafeen worden gebruikt met 3D-printers om sensoren te maken voor smartwatches en fitnessbanden, of glucosemonitoring voor mensen met diabetes.

Andere potentiële toepassingen zijn 3D-geprinte onderdelen om voertuigen lichter te maken, waardoor brandstofverbruik wordt verminderd, terwijl ook de duurzaamheid wordt verbeterd, en filters om water te zuiveren en zelfs te ontzilt.

Grafeenink kan ook worden gebruikt in batterijen, gedrukte elektronica en sanering van het milieu, zoals het opruimen van olievlekken in oceanen met poreuze, superabsorberende structuren en het vastleggen van koolstofdioxide in de atmosfeer om de klimaatverandering te minimaliseren.

Om deze inkten te bedenken, heeft het onderzoeksteam-dat leden van de Universiteit van Calgary, de Universiteit van British Columbia en Aalto University in Finland omvatte-een tweestaps elektrochemisch proces ontwikkeld dat goed geschikt is voor de productie van massaproductie.

Een speciaal ontworpen stap genaamd intercalatie, waarbij een molecuul wordt ingebracht in gelaagd grafiet, zorgt voor continue productie van de grafeen nanosheets in water.

“Onze moderne technologische vooruitgang is ten koste van nieuwe milieu -uitdagingen”, zegt Kamkar, die ook directeur is van het Multischale Materials Design Lab bij Waterloo.

“Om te overleven en deze uitdagingen aan te gaan, moeten we nieuwe materialen ontwikkelen die effectiever zijn dan die momenteel beschikbaar zijn. Dit kan alleen worden bereikt door eigenschappen van meerdere schalen te beheersen en te verfijnen, van de moleculaire en nano-niveaus tot de macroschaal. “

De volgende stappen van de onderzoekers omvatten het verkennen van geavanceerde toepassingen voor sanering van het milieu en het vastleggen van koolstofdioxide.