纳米复合材料：SLA 3D打印和氧化石墨烯弹性体

近日一组研究人员在《通过3D立体光刻技术制造的，经过GO改性的柔性聚合物纳米复合材料中》探索了在SLA 3D打印中创建更坚固材料的挑战。尽管当今氧化石墨烯和其他金属经常用于增材制造过程，但在本研究中，它们首次被集成到光敏聚合物树脂中。

复合材料的受欢迎程度继续提高，其材料得到了进一步的发展，这可能使研究人员或任何级别的用户都可以创建成功的零件或原型。 “外来材料”的添加可以改善性能，氧化石墨烯可以提供更好的机械强度和出色的导电性。
弹性体，表现出粘弹性的塑料，包含多种化学物质，包括：

• 聚偏二氟乙烯（PVDF）
• 聚氨酯
• 苯乙烯-丁二烯橡胶
• 天然胶乳
• 天然橡胶
  

近年来，通过各种研究开发了氧化石墨烯（GO）弹性体，其组合为：

• 熔融混合
• 溶液/胶乳结合
• 原位聚合
• 电影式冲洗
  

改性弹性体已显示出比纯弹性体优越的机械性能，但由于“复杂的合成过程”，在制造它们方面面临挑战。3D打印已改变了这一点，但正如作者所解释的那样，在优化方面仍存在很大的进步。据中国3D打印网了解，有一些报道详细介绍了GO涂料与3D打印弹性体之间的结合，并最终应用于实际应用。但是，它们都不涉及GO /商业弹性体复合材料的直接3D打印。”

对于大多数研究团队来说，仍然存在学习曲线：必须选择适合GO分散的溶剂。树脂可能需要进行预处理。并且，关于在SLA中使用此类复合材料进行3D打印，需要更大的报告。对于本研究，使用了自下而上的SLA方法，一旦零件干燥，就用UV灯固化。之后，研究人员将样品抛光。为了进行比较，还制备了两种纯树脂3D结构，其中一种不包含GO且没有预处理步骤，而另一种不包含GO但经过氯仿进一步处理，其步骤类似于GO /树脂混合物处理，“拉伸应力的计算方法是将测得的力归一化为样品的横截面积，而施加的应变则作为位移量进行归一化，归一化为样品的标距。使用曲线的线性区域的线性回归，将杨氏模量计算为归一化应力-应变曲线的斜率。”

来自纯聚合物和具有不同GO浓度的GO / Formlabs柔性纳米复合材料的3D结构的数字图像：

（a）0 wt-％GO

（b）CH 3 Cl蒸发后GO为0重量％

（c）0.1重量％的GO

（d）0.2重量％的GO

（e）0.3重量％的GO

虽然使用具有不同GO含量的柔性半透明树脂创建3D打印块，但将树脂与原始GO结合后，GO改性的SLA打印的柔性聚合物纳米复合材料变成了深绿色。

0.1 wt％GO / MA原始凝胶的TEM图像（比例尺：

（a）0.5 µm

（b）0.2 µm

（c）100 nm

（d）1 µm）

（a）和（b）在不同放大倍数下分散在氯仿中的原始GO的TEM图像; （c，d）对应的SEM图像（比例尺：（a）0.2 µm，（b）100 nm，（c）10 µm，（d）1 µm）。

“尽管成功加入了GO，但机械强度和刚度（杨氏模量）以及所得聚合物的伸长率都随着GO的加入而降低。基于DSC和TGA的结果，GO含量的增加也对热性能产生了不利影响。” GO在SLA树脂中的不均匀分散会在3D打印的复合材料中引起大量的GO附聚，这会显着改变所得纳米复合材料的机械和热性能。“为进一步发展3D打印纳米复合弹性体，提出了对在SLA树脂中实现GO均匀分散的有效方法的进一步深入研究，以及GO /弹性体纳米复合材料的退火处理以进行机械和热增强的建议。”

点评：随着用户要求3D打印零件具有更强大的功能和更完美的性能，复合材料已成为当今许多研究的重点。从导电聚合物纳米复合材料到木质素生物复合材料再到连续线材聚合物，许多材料都得到了增强，以获得更好的性能。

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