成果簡介
本文，哈爾濱工業大學楊治華研究員、鍾晶副教授等研究人員在《ACS Nano》期刊發表名為“3D Printing Graphene Oxide Soft Robotics”的論文，研究提出了一種通用的3D列印氧化石墨烯複雜結構的策略，透過直接墨水書寫和限制乾燥的結合，將高度對齊和緻密的氧化石墨烯(GO)結合起來。這些限制不僅允許在奈米尺度上產生並伴隨水蒸發的巨大毛細管力，從而導致GO的高度壓實和排列，而且還限制了擠出細絲僅沿壁厚方向的收縮，因此，成功地保持了宏觀尺度上結構的均勻性。研究發現在乾燥過程中收縮應力逐漸增加，最大值超過~0.74 MPa，顯著高於其他膠體體系。有趣的是，由於具有不同約束方向的板之間的收斂，在拐角處自然形成跨厚度方向的孔隙率梯度。這使得能夠透過3D列印對溼度敏感的GO軟機器人。
圖文導讀
圖1. (A)印刷GO和GOSR受控收縮工藝示意圖；(B)印刷GO結構的形狀控制過程。
圖2. (A) 印刷 GO 結構的乾燥過程。（B/C）印刷 GO 結構的高度和厚度隨乾燥時間的變化。(D) 收縮過程中印刷 GO 結構的收縮應力和含水量。(E) 在收縮應力測試過程中測試了 3D GO 結構和約束
圖3. (A) GO結構的詳細描述：(i) 桁架的中心節點，(ii) 節點，(iii) 杆件，以及 (iv) 桁架的微觀結構。(B) 用於列印的GO結構的SAXS的2D散射。從上到下：無約束、列印、約束、平滑約束。(C) 三種印刷GO的微觀結構。(D) 定向GO的SAXS的1D散射。(E) 三種印刷GO的抗拉強度。
圖4. 溼度觸發 GOSR 的摺疊和展開過程。
圖5. (A) GO 結構的質量和變形角隨時間的變化。(B) GOSR在加熱和加溼過程中的質量和摺疊角變化。(C) 褶皺表面和橫截面的微觀結構。
圖6. 不同角角的 GO（比例尺：20 μm）的示意圖 (A)、收縮模型 (B) 和形態 (C)。（D 和E）具有不同角角的 GOSR 的摺疊-展開動力學。
圖7. 溼度驅動 GOSR 在溫度為 50 °C 的熱板上的爬行過程。
小結
研究報道了DIW和約束乾燥相結合製備3D GOSR的方法。實現了內部高度對齊和緻密化的氧化石墨烯奈米片的統一的3D宏觀結構。3D列印技術結合受限的乾燥過程，特別是透過對角度、位置和角度方向的精心設計，可以提供一個多功能平臺來開發具有複雜水分驅動能力的GOSR。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06823
