Ученые из Университета Райса научились печатать на лазерном 3D-принтере объекты из графеновой пены сантиметрового размера. Примечательно, что исходными компонентами для графена являлась смесь сахара и порошкообразного никеля. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Графен представляет собой одноатомный слой из атомов углерода. Из-за этого большинство людей воспринимает этот материал как тонкую пленку, которую сложно применять на практике. Но относительно недавно графен стали получать и в объемном виде, в котором графеновые «хлопья» небольшого размера скрепляются между собой под разными углами и образуют объемную пористую структуру.

Именно такую структуру удалось получить химикам из Университета Райса. Их новая работа стала продолжением предыдущей, в которой для создания графеновой пены ученым приходилось использовать химическое осаждение из газовой фазы при температуре около тысячи градусов Цельсия, а также специальную формовочную емкость. Теперь исследователи смогли адаптировать технологию лазерной печати для своих нужд и таким образом смогли проводить синтез при комнатной температуре.

Технология устроена следующим образом. Сначала готовилась смесь из сахарозы и порошка никеля в соотношении 1:6 по массе. Затем смесь помещалась в специальный контейнер под лазером. Дальнейший процесс напоминал селективное лазерное спекание, при котором лазерный луч сканирует поверхность порошка и спекает его в заданных местах. В данном случае попадающий на смесь лазерный луч превращал сахарозу в графен, а никель являлся катализатором процесса. После завершения одного слоя на него наносилась новая порция порошка и процесс повторялся до получения цельного изделия.

Схема послойного создания изделия из графеновой пены заданной формы
Схема послойного создания изделия из графеновой пены заданной формы

Полученная графеновая пена обладала крайне низкой плотностью 0,015 грамм на кубический сантиметр и долей пор в общем объеме более 99 процентов. Помимо этого полученный материал оказался довольно прочным, благодаря чему ученые предполагают, что его можно будет использовать для быстрого прототипирования и создания различных устройств, к примеру графеновых аккумуляторов.

Недавно смежные группы исследователей из Университета Райса представили и другие работы, посвященные лазерному получению графена. К примеру, выяснилось, что полученный из полимерной пленки графен обладает сильным антимикробным действием. А меняя газовую среду во время синтеза такого графена, ученые смогли добиться его разного отношения к воде: от супергидрофильного до супергидрофобного.