[发明专利]一种氧化石墨烯3D打印墨水及其制备方法

说明书

本发明公开一种氧化石墨烯3D打印墨水及制备方法，其制备所用的原料由氧化石墨烯、交联剂和溶剂组成，各原料用量，按氧化石墨烯：交联剂中的金属阳离子：溶剂为60mg：0.03‑1mmol：40ml的比例计算。制备方法即首先用溶剂分别将氧化石墨烯、交联剂超声分散配制成溶液，然后将所得的氧化石墨烯溶液和交联剂溶液混合进行化学交联反应，所得反应液离心、去除上清液，即得氧化石墨烯3D打印墨水，当圆频率为0.9rad/s时，测得其运动粘度可达2800‑20800 Pa*s。使用后所得的氧化石墨烯三维气凝胶支架，在形变量为60%时，抗压模量为0.42 MPa‑0.98 MPa。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯3D打印墨水的制备，属于能源/生物打印墨水领域。

背景技术

三维打印技术可以实现材料和结构设计上自由多样化，便于控制外形结构和材料组分，可以有效构筑多材料组分的三维宏观网络结构。然而三维挤出式打印工艺，对墨水流变体粘度具有严格要求，需要辅助添加剂(高分子粘结剂或者硅粉)实现高粘度调节。传统的用于3D打印的高分子粘结剂主要是PCL,PVA，PEG,PGA等，然而这类材料具有加工温度的较高的缺点；然而粘结剂或添加剂的使用，会影响石墨烯结构的纯度，后期的高温煅烧或者造成石墨烯层间薄弱界面夹层引入，严重影响石墨烯结构连续性和稳定性。

2015年，Worsley M.A.等人通过添加硅粉调节氧化石墨烯(GO)墨水粘度，实现了三维宏观结构直接拖曳书写。但是硅粉添加剂很难彻底刻蚀掉，影响石墨烯结构的纯度及力学稳定性。该方法制备的3D打印墨水，粘度随着剪切速率增大具有剪切变稀的特性，当剪切速率为0.1S^-1时，表观粘度约为1500Pa*s(20mg/ml的氧化石墨烯掺杂质量分数为10％的硅粉)；其打印的气凝胶支架在体积密度为53mg/cm³，应变为50％时，抗压缩强度为1.2MPa。

2016年，Lin Dong等人采用滴落式喷墨技术与低温冷冻成型工艺相辅助的方法，解决了3D打印过程中墨水对粘度的要求，实现了纯GO结构的三维打印，但是一定程度上增加制备工艺的复杂性，提高了制造成本。

参考文献

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发明内容

本发明的目的之一是克服目前石墨烯打印技术的不足，提供一种氧化石墨烯3D打印墨水，该氧化石墨烯3D打印墨水在无高分子粘结剂，无添加剂的情况下能够进行直接打印，即使用该氧化石墨烯墨水通过三维打印机可直接打印出导电性优良且精度较高的氧化石墨烯柔性支架或氧化石墨烯三维气凝胶支架。

本发明目的之二是提供上述的一种氧化石墨烯3D打印墨水的制备方法，该制备方法对环境友好，生产环保。

本发明的技术方案

一种氧化石墨烯3D打印墨水，其制备所用的原料由氧化石墨烯、交联剂和溶剂组成，各原料的用量，按氧化石墨烯：交联剂中的金属阳离子：溶剂为60mg：0.03-1.0mmol：40ml的比例计算；

进一步，按氧化石墨烯：交联剂中的金属阳离子：溶剂为60mg：0.03-0.6mmol：40ml的比例计算；