スーパーマテリアル「グラフェン」の先駆けとなる3Dプリント

グラフェンは、並外れた熱伝導率と伝導率を持っています。 2004年に最初に製造に成功して以来、破壊的な新素材として科学技術界から支持されてきました。その優れた特性から、21世紀は「グラフェン時代」になると多くの人が考えています。

中国科学院の学者であり、中国科学院の金属研究所の研究者であるCheng Huimingは、グラフェンは高い導電性と非常に安定した化学構造を持っていると信じています。モバイルバッテリーや電源に最適な電極材料です。さらに、電子部品や電子機器と組み合わせて、他の電力貯蔵装置の電力貯蔵率を高めることができます。

グラフェンのもう1つの不思議は、それが「ゼロ浸透」であるということです。すべての気体と液体が浸透することはできません。 「針を刺して水を注ぐ」能力があります。たとえば、船体をグラフェンや海水中の重金属イオンなどでコーティングしても、このフィルムに浸透して船体を腐食させることはできません。

驚きはまだまだあります。グラフェンは吸着性が高く、科学者たちは淡水化や下水処理用のろ過装置としての使用を研究しています。ほぼ完全に透明で透磁率が非常に良く、透明な電子製品の原料として適しています。

グラフェンが3Dプリントに遭遇したとき

現在、ほとんどのデスクトップ3Dプリンターはプラスチックワイヤーに限定されていますが、多くの製造専門家は、3D印刷技術の創造的な可能性の多くは、現在議論しているグラフェン材料など、他のさまざまな材料やアプリケーション機能にあると考えています。

2016年2月9日、ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）とカリフォルニア大学サンタクルーズ校の科学者は、超軽量グラフェンゲル3Dを使用してスーパーキャパシタを初めて印刷したことを発表しました。これにより、製品設計者は、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、埋め込み型デバイス、電気自動車、ワイヤレスセンサー用の効率的なエネルギー貯蔵システムを、設計上の制限なしに、より自由に使用できるようになります。

LLNLの研究チームは、直接インク書き込み（直接インク書き込み）と呼ばれる3D印刷プロセスと、酸化グラフェン複合インクの研究所独自の設計を使用して微細構造を印刷し、エネルギーを保持できるスーパーキャパシタを作成したと理解されています。現在電極を使用して製造されている同様の静電容量よりも10倍から100倍薄いです。

このグラフェン「ワイヤー」は、最初の3Dを絞り出すことで微細構造を印刷できます。グラフェンオブジェクトが指定された構造に印刷されたら、グラフェンオブジェクトを加熱して、グラフェンのすべてのプロパティを確保する必要があります。その後、これらの3D印刷されたオブジェクトは、さまざまなプロセスに使用でき、グラフェンの特性を維持できます。

2016年1月28日、結果は雑誌NanoLettersに掲載されました。このテクノロジーは、2D製造の制限を打ち破り、それを使用してさまざまな複雑な3D構造を作成します。この技術により、スマートフォンにエネルギー貯蔵システム用の小さなスペースを残すことができます。スーパーキャパシタは非常に迅速に充電され、理論的には完全充電を完了するのに数分または数秒しかかかりません。

3D印刷技術とグラフェンの組み合わせに関するもう1つの注目すべきイベントは、2015年11月23日、有名な3D印刷材料会社Graphen3DLabが、eコマースWebサイトを通じて新しい3D印刷材料GraphenFlexFoamの発売を発表したことです。 （グラフェンフレキシブルフォーム）。

GrapheneFlexFoamは、導電性弾性複合材料と超軽量グラフェンフォームを組み合わせた多層独立フレキシブルグラフェンフォームです。このフォームは、実際には、複合材料と組み合わされてグラフェンの複数の優れた特性を備えた、導電性の高い3次元化学蒸着（CVD）です。柔らかい発泡体として、この材料は軽量で再構成可能な多孔質構造を持ち、使いやすく、取り扱いが簡単です。

GrapheneFlexFoamは、イオン電池の電極製造における高品質の基本材料です。電子機器、センサー、ワイヤーはすべてこの柔軟なウェアラブル素材を非常に必要としているため、電子製品の着用に非常に適しています。

未来はいい、「ENE」は無限に見える

高度に技術的な炭素材料として、グラフェンはタッチスクリーン、半導体、太陽光発電、リチウム電池、光学デバイス、航空、軍事工学、LED、レーザー、およびその他の分野に革命をもたらす可能性があります。しかし、グラフェンは価格が高いため、まだ工業化されていません。一部のアナリストは、グラフェンが工業化されると、その出力値は少なくとも1兆を超えると考えています。研究開発と応用がうまくいけば、すぐにこの資料を常に使用する必要があるかもしれません。

現在、グラフェン産業は国家戦略レイアウトに含まれています。 「中国製造2025」は、主要なブレークスルーを達成するために10の主要な利点と戦略的産業を選択しました。技術ロードマップの最初の重要な領域では、グラフェン材料はフロンティア材料の4つの主要な領域の1つになりました。また、「第13次5カ年計画」の新エネルギー車が重要なプロジェクトであり、グラフェンなどの新素材も重要な開発分野として挙げられています。

業界は、グラフェンを使用することで、人間は数分で完全に充電できる太陽電池や携帯電話のバッテリーなどの次世代エネルギーソリューションを開発できると考えています。新しい3D印刷ウルトラキャパシターを将来使用して、現在製造が困難であるか、完全にカスタマイズされたスマートフォンや折りたたみ式デバイスなどの他の方法で実装することさえ不可能な独自の電子製品を作成できると推測する人もいます。その性能も前例のないレベルに達するでしょう。

エネルギー貯蔵システムだけでなく、グラフェンには、食品毒素、環境汚染、特定のウイルスや細菌の検出に独自の利点があります。たとえば、特定の毒素のタンパク質のような構造に酸化グラフェンを付着させると、信号が強化されます。高感度センサーで毒素を検出するため、通常のセンサーの10倍の検出能力を発揮します。さらに、グラフェンは、ドラッグデリバリー、癌治療、バイオセンシングなどの生物医学的用途にも使用できます。グラフェンは、表面積の拡大、生体適合性、化学的安定性など、多くの独自の特性を備えているため、研究の可能性が高く、期待が高まっています。

グラフェンの新素材は広く使用されており、特にグラフェン強化金属構造材料は、次世代の航空機開発、航空宇宙エンジンの高温部品製造、および将来の高速航空機開発において非常に高い応用価値があります。現在、C919やB777の航空機の胴体や翼などの構造物には、グラフェン材料を含む多数のアルミニウム合金が選択されており、胴体構造の軽量化、耐用年数の延長、製造コストの大幅な削減に役立ちます。 。

情報筋によると、スペインのグラフェンとその中国のパートナーである鄭台も最近、グラフェンポリマー電池を発表しました。バッテリーは、電気自動車が800 km連続で走行し、数分以内に充電できると言われています。バッテリーは家庭用にも使用できます。自動車産業、自転車、ドローン、ペースメーカーなど。同社は、セルが2016年半ばまでにプロトタイプ化され、年末に稼働することを望んでいます。

これらすべてに加えて、圧倒的なメディア報道は、グラフェンが私たちの生活のあらゆる側面を変えたという印象を私たちに与えます。たとえば、世界的な水不足の問題を解決するための防水膜の製造。現在の電子製品のシリコンを置き換えると、少量でより強力なパフォーマンスが得られます。

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グラフェンは、食べられない、食べられない、耐熱性があることに加えて、全能であるようです。過去に、展示会でいくつかの小売グラフェン下着とグラフェンウエストプロテクションに会いましたが、それはグラフェンのイメージをほとんど減らしています。中国では、人々はすでにさまざまなグラフェン製品を購入することができます。新しい3枚の上場会社ShengquanGroupは、すでにグラフェンソックスと下着を市場に投入しています。同社は、バイオマスグラフェンの「内部加熱」ファイバーを製品に追加したと主張しています。これは、免疫細胞の活性化、紫外線の保護、微小循環の改善、抗菌抑制、加温などの機能を備えた、まったく新しいスマートな多機能複合繊維です。脱臭もできます。

現在、国内のグラフェン市場は非常に「ホット」ですが、「ホット」の背後にも不十分であると思われるため、一部の企業はグラフェンを宣伝および販売の仕掛けとして直接使用しています。グラフェンを借りて在庫を増やす、またはグラフェンの概念を使用して製品を自慢するための、グラフェンアプリの炒め物の概念が多すぎることは、実際には科学的なグラフェンではありません。

アプリケーションの観点から、グラフェンはまだストーリーテリングの段階にあります。開発の度合いは期待通りとしか言えず、中国では生産と研究の組み合わせが予想よりもさらに低い。清華大学の王志華教授は、「グラフェンはIC（自己発明集積回路）業界で使用されており、5年間空虚な話をしている」と公に述べた。「過度の憶測は実際には一種の害である。

多くの研究者は、新素材としてのグラフェンが実際に市場に出回っており、そのプロセスは「明るい見通しと紆余曲折」であると指摘しました。 1つ目は材料生産に限定されています。グラフェンを商品化するには、低コストで高品質なグラフェン製品を製造する必要があります。ただし、このグラフェンの製造は簡単ではありません。大量生産や大量生産では克服できない技術的な課題はまだまだたくさんあります。

現在、中国のグラフェン産業の発展には、高い生産コスト、改善すべき製品品質、上流と下流の相互作用の不足などの問題がまだあります。グラフェン業界には、統一された国家標準、業界標準、および企業標準がありません。グラフェンの品質、準備プロセス、試験装置、および方法に関する科学的コンセンサスはありません。中国のグラフェン産業の前進には、国の指導だけでなく、十分な時間と忍耐が必要です。

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