Графен известен как условно двухмерный материал, листы которого имеют одноатомную толщину. Но для того, чтобы этот материал можно было использовать на практике, в большинстве случаев требуется придание ему более сложных трехмерных форм. Укладка нескольких листов графена друг на друга не решает эту проблему, материал тут же теряет свою механическую прочность и ряд других уникальных физических, химических, оптических и электрических свойств, ведь в этом случае он превращается в очень тонкий слой самого обычного графита. Частичным решением вышеописанной проблемы является новая технология трехмерной печати, разработанная исследователями из Политехнического института и университета Вирджинии (Virginia Tech). Эта технология позволяет печатать объемные объекты любой сложности с самой высокой на сегодняшний день точностью, а в качестве материала для печати используется очень легкий графеновый аэрогель.
Пористой форме графена, известной под названием графенового аэрогеля, удается сохранить подавляющее большинство свойств, присущих обычному двухмерному графену. Это достигается за счет того, что в объеме материала отдельные листы графена практически не накладываются друг на друга. Проблема с использованием такого материала заключается в том, что придание ему определенной формы представляет собой сложный процесс, вовлекающий использование вакуумных камер, мощных лазеров и других дорогостоящих технологий. В прошлом исследователям удавалось получить нити из графенового аэрогеля, толщина которых составляла 100 микрометров, но создание из этого материала объектов меньшего размера оставалось за пределами возможностей современных технологий.
В новой технологии трехмерной печати используется гидрогель, изготовленный на основе окиси графена, который представляет собой множество связанных отдельных листов графена, расположенных в случайном порядке. Данный материал обрабатывается ультразвуком и наполняется специальным светочувствительным полимером на основе акрилата. Это, в свою очередь, позволяет использовать микро-стереолитографию – весьма точную технологию трехмерной печати, которая позволяет создавать микроскопические объекты из затвердевшего полимера с заключенным в нем графеном. И, в конце концов, напечатанное изделие помещается в печь, где полимерный материал выгорает полностью и остается лишь графеновый аэрогель, который сохраняет изначально приданную ему форму.
Отметим, что разрешающая способность такой технологии печати составляет 10 микрометров – практически на порядок лучше, чем это могут обеспечить любые другие технологии, работающие с графеном.