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Neueste Entwicklungen und Anwendungen von 3D-gedruckten graphenbasierten Metamaterialien

Fortschrittliche Funktionsmaterialien mit faszinierenden Eigenschaften und erweiterten Strukturdesigns haben ihre Anwendungsmöglichkeiten erheblich erweitert. Metamaterialien weisen beispiellose physikalische Eigenschaften (mechanische, elektromagnetische, akustische usw.) auf und gelten als führend in der Physik, Materialwissenschaft und Technik. Mit der neuen 3D-Drucktechnologie ist die Herstellung von Metamaterialien komfortabler geworden. Graphen ist aufgrund seiner hervorragenden spezifischen Oberfläche, hervorragenden elektrischen/thermischen Leitfähigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften vielversprechend, wenn es darum geht, bestehende Metamaterialien für verschiedene Anwendungen vielseitiger zu machen.

In diesem Artikel veröffentlichte die Forschungsgruppe von Professor Guan Cao von der Northwestern Polytechnical University einen Artikel mit dem Titel „3D Printed Graphene-Based Metamaterials: Guesting Multi-Functionality in One Gain“ in der Zeitschrift „Small“. Die Rezension soll einen Überblick darüber geben die neuesten Entwicklungen bei 3D-gedruckten graphenbasierten Metamaterialien. Entwicklung und Anwendung. Zunächst werden das strukturelle Design verschiedener Arten von Metamaterialien und die Herstellungsstrategien von 3D-gedruckten Materialien auf Graphenbasis untersucht. Anschließend werden repräsentative Untersuchungen 3D-gedruckter Metamaterialien auf Graphenbasis und die Vielseitigkeit, die diese Kombination bieten kann, weiter diskutiert. Anschließend werden Herausforderungen und Chancen vorgestellt, um die zukünftige Ausrichtung des 3D-Drucks von graphenbasierten Metamaterialien aufzuzeigen.

Das Präfix „Meta“ des Wortes „Metamaterial“ ist ein griechisches Lehnwort, das „Transzendenz“ bedeutet und auf die besonderen Eigenschaften von Metamaterialien hinweist. Metamaterialien können als rational gestaltete Strukturmaterialien definiert werden, die aus maßgeschneiderten Elementarzellen aufgebaut sind, um beispiellose unnatürliche Eigenschaften zu erreichen. Das richtige Design ist ein zentraler Aspekt. Durch die Optimierung der Form, Proportionen und Ausrichtung der Elementarzellen unterscheiden sich Metamaterialien von anderen Materialien wie Massenmaterialien, zufälligen Schäumen und gemusterten Materialien. Dieses attraktive Konzept zeigt großes Potenzial zur Optimierung der Materialeigenschaften durch Abstimmung der inneren Geometrie. Das Hauptaugenmerk der in diesem Abschnitt diskutierten Metamaterialien liegt auf den Auswirkungen des Strukturdesigns auf verschiedene physikalische Eigenschaften, unabhängig von den konstituierenden Materialien.

Die Forschung zu Metamaterialien hat in den Bereichen elektrochemische Energie, Biomedizin, Luft- und Raumfahrt und elektronische Kommunikation große Aufmerksamkeit erhalten. Elektromagnetische Metamaterialien lösten die Metamaterialforschung aus, gefolgt von der Entwicklung verschiedener anderer Arten von Metamaterialien, wie etwa mechanischer, akustischer und thermischer Metamaterialien. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften weisen Metamaterialien große Anwendungsaussichten auf. Durch die Einführung einer negativen Poisson-Struktur in Graphen wurden beispielsweise Sensoranwendungen erreicht. EES-Geräte können minimale Oberflächenstrukturen einführen, um die mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften (Energiedichte und Leistungsdichte) des Geräts zu verbessern. Andere Anwendungen umfassen unter anderem Absorber für elektromagnetische Wellen und reagierende Geräte.

Nach der Erörterung der strukturellen Faktoren von Metamaterialien wird in diesem Abschnitt die Machbarkeit des 3D-Drucks von Materialien auf Graphenbasis skizziert. Durch kontinuierliche Bemühungen haben Forscher mehrere Herstellungsmethoden implementiert, um Architekturen auf Graphenbasis zu drucken.

Metamaterialien sind rational gestaltete Strukturmaterialien, die mithilfe maßgeschneiderter Einheiten eine beispiellose Funktionalität (mechanisch, elektromagnetisch und akustisch) erreichen. Die Einführung der hervorragenden Eigenschaften von Graphen in Metamaterialien ist vielversprechend für die Erzielung von Multifunktionalität, die für verschiedene Anwendungen von Vorteil sein kann.


Dieser Artikel gibt einen Überblick über die neuesten Fortschritte beim 3D-Druck von graphenbasierten Metamaterialien und konzentriert sich dabei auf das strukturelle Design von Metamaterialien, die 3D-Druck-Graphen-Technologie und ihre Anwendungen. Das strukturelle Design von Metamaterialien wird hauptsächlich in drei Arten von Metamaterialstrukturen unterteilt: mechanische Metamaterialien, elektromagnetische Metamaterialien und akustische Metamaterialien. Die Strukturen mechanischer Metamaterialien werden in Strukturen mit ultrahohem Festigkeits-/Steifigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis, Hilfsstrukturen und fünf- unterteilt. Modenstrukturen. Um graphenbasierte Metamaterialien mittels 3D-Druck zu konstruieren, wurden drei verschiedene Druckmethoden diskutiert: DIW, FDM und Photopolymerisation. Durch den Einsatz unterschiedlicher Strategien weisen 3D-gedruckte, graphenbasierte Metamaterialien mit einstellbaren Struktureigenschaften eine verbesserte Leistung und vielfältige Funktionen auf mehreren Längenskalen auf und werden zunehmend in EES-Geräten, responsiven Geräten und Absorbern für elektromagnetische Wellen eingesetzt. Obwohl sich der 3D-Druck graphenbasierter Metamaterialien noch in einem frühen Stadium befindet, ist noch viel Aufwand und Arbeit erforderlich, um die Leistung von Graphen-Metamaterialien zu verbessern und ihre praktischen Anwendungen zu entwickeln. Der Autor hofft, Anregungen für die zukünftige Entwicklung 3D-gedruckter graphenbasierter Metamaterialien zu geben und weitere innovative Arbeiten zur Förderung praktischer Anwendungen vorzuschlagen.

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