基于二維納米材料組裝的宏觀多孔結(jié)構(gòu)在儲能、催化、復(fù)合材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。各種成型方式，如自組裝法、模板法、刮涂和印刷技術(shù)，已被用于構(gòu)筑宏觀材料。然而，如何精確控制多級結(jié)構(gòu)并保留納米材料獨特的物化性能仍然是一個挑戰(zhàn)。3D打印技術(shù)能準(zhǔn)確定制宏觀材料形狀，但要求油墨具有合適的流變學(xué)性能。低濃度二維材料的分散液因其固有的低粘度難以滿足3D打印需求，而增加濃度會致使分散液的不穩(wěn)定性加劇。因此，探索多尺度結(jié)構(gòu)超輕材料的3D打印技術(shù)意義重大。
基于此，北京化工大學(xué)材料學(xué)院張好斌教授與合作者提出了一種普適性的乳液油墨制備方法，在超低二維納米材料濃度（如MXene: 5 mg mL-1和氧化石墨烯GO: 3.6 mg mL-1）下油墨具有優(yōu)異的流變性能和3D打印性能。在乳液體系中，油相中正電配體和水相中二維納米材料之間的靜電相互作用，促使油-水界面處二維表面活性劑的形成。而乳液液滴表面配體烷基鏈之間的相互作用在很大程度上決定了乳液油墨的流變特性，在超低濃度下形成動態(tài)凝膠。相較于相同固含量的分散液，乳液油墨的模量和粘度提升達(dá)3個數(shù)量級，從而實現(xiàn)了超輕結(jié)構(gòu)材料的直接3D打印，如其密度可低至2.8 mg cm-3（GO）和4.1 mg cm-3（MXene）。靈活可調(diào)的多尺度材料結(jié)構(gòu)賦予MXene泡沫以優(yōu)異的導(dǎo)電、電磁屏蔽和隔熱性能。
圖1.基于二維納米材料乳液油墨打印的超輕材料。
圖3.多尺度結(jié)構(gòu)可調(diào)材料的打印。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03821
作者簡介：
張好斌，北京化工大學(xué)教授/博導(dǎo)，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。長期從事二維納米材料制備與功能化方法、聚合物電磁屏蔽/吸波納米復(fù)合材料研究。在Adv Mater，Angew Chem，Adv Funct Mater，ACS Nano等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI研究論文85篇，授權(quán)中國發(fā)明專利10多項。相關(guān)成果被包括Science、Chem. Soc. Rev.等期刊重點引用和積極評價，論文被引用11000余次。兼聘中國材料研究學(xué)會青年工作委員會理事會理事、中國化工學(xué)會化工新材料專業(yè)委員和Wiley出版社InfoMat雜志青年編委。
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