Robotica morbida all’ossido di grafene con stampa 3D
Proponiamo una strategia universale per la stampa 3D della struttura complessa di ossido di grafene (GO) con GO altamente allineato e densamente compattato, mediante la combinazione di scrittura diretta dell’inchiostro e essiccazione vincolata. I vincoli non solo consentono la generazione di un’enorme forza capillare accompagnata dall’evaporazione dell’acqua su scala nanometrica, che induce l’elevata compattazione e allineamento di GO, ma limitano anche il ritiro dei filamenti estrusi solo lungo la direzione dello spessore della parete, quindi, mantenendo con successo il uniformità della struttura a macroscala. Scopriamo che lo stress da contrazione aumenta gradualmente durante il processo di essiccazione, con il massimo che supera ∼ 0,74 MPa, significativamente più alto rispetto ad altri sistemi colloidali. È interessante notare che, a causa della convergenza tra piastre con diversi orientamenti dei vincoli, un gradiente di porosità formato naturalmente attraverso la direzione dello spessore in corrispondenza dell’angolo. Questo ci consente di stampare in 3D la robotica morbida basata su GO sensibile all’umidità
L’ossido di grafene (GO) ha abbondanti gruppi funzionali di ossigeno attaccati alla superficie, quindi è facile da maneggiare in acqua e ha una varietà di prospettive applicative, tra cui purificazione dell’acqua, accumulo di energia e nanocompositi. Il processo di essiccazione o disidratazione dei gel GO è solitamente in continua evoluzione, il che determina in gran parte la microstruttura e la morfologia finali dei nanosheet GO, nonché la macrostruttura basata su GO. Sfortunatamente, il processo di essiccazione di GO e i suoi effetti sono stati ampiamente ignorati in passato. Inoltre, c’è un dilemma tra la consistenza della macrostruttura e la compattezza di GO.
Recentemente, il ricercatore Zhihua Yang, il professore associato Jing Zhong e altri presso l’Harbin Institute of Technology hanno proposto una strategia generale per la stampa 3D di strutture complesse di ossido di grafene combinando ossido di grafene (GO) altamente allineato e denso attraverso una combinazione di scrittura diretta dell’inchiostro e essiccazione confinata. )Combinato. Questi vincoli non solo generano enormi forze capillari, accompagnate da evaporazione dell’acqua su scala nanometrica, con conseguente elevata compattazione e allineamento dell’ossido di grafene, ma limitano anche il restringimento dei filamenti estrusi solo lungo la direzione dello spessore della parete, quindi, L’uniformità della struttura è stata mantenuto con successo su scala macroscopica. I ricercatori hanno scoperto che lo stress da contrazione aumentava gradualmente durante il processo di essiccazione, con un massimo di oltre ~0,74 MPa, che era significativamente superiore a quello di altri sistemi colloidali. È interessante notare che un gradiente di porosità si forma naturalmente nella direzione dello spessore degli angoli a causa della convergenza tra le piastre di vincolo in diversi orientamenti. Ciò consente la stampa 3D di robot GO soft sensibili all’umidità. Il relativo lavoro è stato pubblicato nell’ultimo numero di “ACS Nano” con il titolo “3D Printing Graphene Oxide Soft Robotics”.
Riepilogo: riportiamo un metodo per la preparazione di GOSR 3D combinando DIW e essiccazione vincolata. Si ottiene una macrostruttura 3D unificata di nanosheet di ossido di grafene altamente allineati e densificati internamente. Il processo di essiccazione è stato studiato sistematicamente in termini di velocità di evaporazione dell’acqua, sviluppo dello stress e, infine, ottenuto la microstruttura GOSR. È interessante notare che lo stress di essiccazione può raggiungere ~ 0,74 MPa, che è molto più alto dei precedenti sistemi colloidali inorganici, ed è anche più stabile e si rilassa rapidamente. Questo stress di essiccazione stabile indica fortemente che la microstruttura dei film GO è stabile. A causa del vincolo di una maggiore velocità di evaporazione dell’acqua agli angoli, si formano pieghe agli angoli, risultando in pori sfumati localizzati, che alla fine conferiscono al GOSR le sue proprietà guidate dall’umidità. La capacità di guida di GOSR è ulteriormente verificata controllando l’angolo di confinamento 3D e l’umidità locale. La tecnologia di stampa 3D combinata con il processo di essiccazione limitato, in particolare attraverso un’attenta progettazione di angolo, posizione e orientamento angolare, può fornire una piattaforma versatile per sviluppare GOSR con complesse capacità guidate dall’umidità.
Link originale:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c06823
