石墨烯被譽為能徹底改變 3D 列印的「奇蹟材料」。科學家與開發者正努力研究,如何用石墨烯列印出電腦、太陽能板、電子設備,甚至汽車。雖然這些願景的實現仍需時日,但近幾個月來已出現多項重要突破。
石墨烯由單層碳原子構成,原子排列成六角晶格結構,被認為是目前世界上最薄、最強、最具柔性的材料,同時擁有優異的導熱與導電特性。
這些特性激發了科研人員與開發團隊的想像,他們嘗試以石墨烯作為材料,透過 3D 列印製造新一代的電子產品與能源設備。
雖然許多構想仍停留在遠景階段,但部分成果已邁出關鍵一步。2024 年 9 月,Graphene 3D Lab 提交了全球首件「石墨烯 3D 列印電池」專利;同年 10 月,這家由一對夫婦創立、投入研究五年的公司,正式公開展示第一顆石墨烯 3D 列印電池。
Graphene 3D Lab 的創辦人利用了石墨烯奈米薄片可與 FFF/FDM 常用熱塑性材料混合的特性,開發出含石墨烯的奈米複合線材。該線材可直接用於標準 3D 印表機,列印出具備功能的電池。換言之,未來只要擁有 3D 印表機的人,都有機會「自行列印電池」。
目前該技術仍屬原型階段,但其輸出功率已可媲美一般 AA 電池,可為手電筒或玩具等常見裝置供電。更重要的是,這種電池幾乎可列印成任何形狀,方便嵌入不同裝置中。公司計畫於 2015 年初推出石墨烯線材,並預計在 2016 年初上市首批多材料列印機。
同時,Graphene 3D Lab 與美國密蘇里州的 taulman3D 公司簽署合作協議,聯手開發「石墨烯強化尼龍」材料,用於 3D 列印。專家預期,這項技術在感測器、小型裝置與嵌入式電子元件等應用上具有龐大潛力,並將推動「物聯網」(IoT)的發展。
除了 3D 列印電池外,另一項科學突破更引起業界熱烈關注。韓國電氣技術研究院(KERI)Seung Kwon Seol 教授 領導的研究團隊,成功開發出可直接 3D 列印「純石墨烯奈米結構」的製程。這是首次不需混合其他材料就能列印石墨烯。相關成果發表於《Advanced Materials》期刊,論文題為〈3D Printing of Reduced Graphene Oxide Nanowires〉。研究證實該技術可行,但仍面臨兩項挑戰:提高產率,以及將擠出物尺寸縮小至 10 奈米以下。
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