成果简介

本文，哈尔滨工业大学杨治华研究员、钟晶副教授等研究人员在《ACSNano》期刊发表名为“3DPrintingGrapheneOxideSoftRobotics”的论文，研究提出了一种通用的3D打印氧化石墨烯复杂结构的策略，通过直接墨水书写和限制干燥的结合，将高度对齐和致密的氧化石墨烯(GO)结合起来。这些限制不仅允许在纳米尺度上产生并伴随水蒸发的巨大毛细管力，从而导致GO的高度压实和排列，而且还限制了挤出细丝仅沿壁厚方向的收缩，因此，成功地保持了宏观尺度上结构的均匀性。研究发现在干燥过程中收缩应力逐渐增加，最大值超过~0.74MPa，显著高于其他胶体体系。有趣的是，由于具有不同约束方向的板之间的收敛，在拐角处自然形成跨厚度方向的孔隙率梯度。这使得能够通过3D打印对湿度敏感的GO软机器人。

图文导读

图1.(A)印刷GO和GOSR受控收缩工艺示意图；(B)印刷GO结构的形状控制过程。

图2.(A)印刷GO结构的干燥过程。（B/C）印刷GO结构的高度和厚度随干燥时间的变化。(D)收缩过程中印刷GO结构的收缩应力和含水量。(E)在收缩应力测试过程中测试了3DGO结构和约束

图3.(A)GO结构的详细描述：(i)桁架的中心节点，(ii)节点，(iii)杆件，以及(iv)桁架的微观结构。(B)用于打印的GO结构的SAXS的2D散射。从上到下：无约束、打印、约束、平滑约束。(C)三种印刷GO的微观结构。(D)定向GO的SAXS的1D散射。(E)三种印刷GO的抗拉强度。

图4.湿度触发GOSR的折叠和展开过程。

图5.(A)GO结构的质量和变形角随时间的变化。(B)GOSR在加热和加湿过程中的质量和折叠角变化。(C)褶皱表面和横截面的微观结构。

图6.不同角角的GO（比例尺：20μm）的示意图(A)、收缩模型(B)和形态(C)。（D和E）具有不同角角的GOSR的折叠-展开动力学。

图7.湿度驱动GOSR在温度为50°C的热板上的爬行过程。

小结

研究报道了DIW和约束干燥相结合制备3DGOSR的方法。实现了内部高度对齐和致密化的氧化石墨烯纳米片的统一的3D宏观结构。3D打印技术结合受限的干燥过程，特别是通过对角度、位置和角度方向的精心设计，可以提供一个多功能平台来开发具有复杂水分驱动能力的GOSR。

文献：

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