Leichtigkeit für 3D-Druck - Graphene Aerogel

Alana Di Filippo | 09.03.2016 | 3 min read

Es ist 7,5-mal leichter als Luft und ein Kubikmeter davon wiegt nur 160 Gramm. Es ist etwa 12 Prozent leichter als das zweitleichteste Material der Welt - Aerographit - und besitzt eine 1000 Mal kleinere Dichte als das Element Wasser. Graphene Aerogel ist genau so cool, wie es sich anhört. Und während Silica-Aerogel die am häufigsten verwendete und studierte Art von Aerogel zu sein scheint, hält Graphene Aerogel weiterhin den Rekord, das leichteste Material der Welt zu sein. Es zu produzieren, ist nun ein ganzes Stück einfacher geworden, denn Wissenschaftler haben gerade herausgefunden, wie man es im 3D-Druck einsetzen kann.

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Silica-Aerogel. Quelle: NASA/JPL-Caltech

Den Spitznamen "eingefrorener Rauch" verdient Graphene Aerogel zu Recht - sieht es doch aus wie ein Gas und hat sicherlich auch das Gewicht und die Dichte eines Gases. Eigentlich ist Graphene Aerogel aber ein solides, unglaublich flexibles, leitfähiges, komprimierbares und dazu noch saugfähiges Material. Seine seltsamen und völlig einzigartigen Eigenschaften - nur 1 Gramm Aerogel kann in Materialien wie Öl das 900-fache seines Eigengewichts absorbieren - haben die Wissenschaftler dazu veranlasst, das Potenzial dieses Materials zu erkunden.

Jetzt haben Wissenschaftler der State University of New York und der Kansas State University beschrieben, wie sie es geschafft haben, eine automatisierte 3D-Drucktechnik zu entwickeln, mit der jedes produzierte Stück einheitlich und perfekt wird. Graphene Aerogel ist zweidimensional, mit einer ein Atom dicken Schicht aus reinem Kohlenstoff, eng zusammengepackt in einem hexagonalen Wabengitter. Um Graphene Aerogel herzustellen, muss man im Grunde gefriergetrocknete Schichten von Graphene in einer dreidimensionalen Struktur stapeln. 

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Graphene Aerogel, auf einer Blume balanciert. Quelle: Zhejiang University

Herauszufinden, wie man das Material am besten in 3D-Druckverfahren anwendet, war keine einfache Übung, da seine molekulare Struktur mit all ihren unglaublichen Eigenschaften den 3D-Druck extrem schwierig macht.
 
 
"Typischerweise wird beim 3D-Druck mit Aerogel das Kernmaterial mit anderen Inhaltsstoffen gemischt, wie etwa mit einem Polymer, so dass es unter Verwendung von Tintenstrahldruckern herausgeschoben werden kann. Nachdem die Struktur hergestellt ist, wird das Polymer durch ein chemisches Verfahren entfernt. Würde man das gleiche Verfahren jedoch bei Graphene Aerogel anwenden, so würde man seine zarte Struktur zerstören."

Die Lösung? Grapheneoxid- eine Form von Graphene mit molekularem Sauerstoff. Durch Mischen dieser Verbindung mit Wasser und mit einer auf -25 ° C abgekühlten Oberfläche, konnten die Forscher einzelne Schichten des Graphene einfrieren und das dreidimensionale Aerogel konstruieren, mit Gerüsten aus Eis. Wie Rathi erklärt, wurden die "Eis-Gerüste", nachdem der Bau abgeschlossen war, durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff entfernt, um das Wasser im Gerüst gefrierzutrocknen, ohne den Rest der Struktur zu beschädigen. 

"Das Material wurde dann erhitzt, um die Sauerstoffatome zu entfernen, damit nur das Graphene im Aerogel zurückblieb", sagt Rathi. "Der resultierende Feststoff hatte Dichten im Bereich von 0,5 kg pro m³ bis 10 kg pro Kubikmeter. Das leichteste Aerogel, dass je erzeugt wurde, hatte eine Dichte von 0,16 kg pro Kubikmeter (im Vergleich zu 1000 kg pro Kubikmeter Wasser)."

Unten können Sie den Prozess sehen:

 

 

Das Team hat die Technik in der Zeitschrift Small veröffentlicht, nun sind Sie auf der Suche nach Lösungen, wie sie andere Arten mit der gleichen Maschine produzieren können, wie beispielsweise Silica-Aerogel. 

Wir von 3YOURMIND sind begeistert von dieser Technologie und sind gespannt auf weitere Fortschritte.

 

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