Forscher der Universität Waterloo haben eine nachhaltige 3D-Druck-Tinte auf Basis des Materials Graphen entwickelt, die das Potenzial hat, verschiedene Branchen wie die Elektronik-, Automobil- und Umwelttechnik grundlegend zu verändern. Das schreibt die Universität von Waterloo in einer Mitteilung auf seiner Website.
Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal Journal of Materials Chemistry A unter dem Titel „Additive-free graphene-based inks for 3D printing functional conductive aerogels“ veröffentlicht.
Herausforderung der Graphenverarbeitung gelöst
Graphen gilt als extrem widerstandsfähig, elektrisch leitfähig und hitzebeständig, doch die Verarbeitung ist oft schwierig, da es üblicherweise als Pulver vorliegt. Das Team der Universität Waterloo hat nun Graphen-Nanoschichten so modifiziert, dass sie sich in Wasser lösen lassen, ohne ihre elektrischen Eigenschaften zu verlieren. Das Ergebnis ist eine neuartige Graphen-Tinte, die ganz ohne chemische Zusatzstoffe oder Lösungsmittel auskommt und sich direkt für den 3D-Druck nutzen lässt.
Dr. Milad Kamkar, Professor für Chemieingenieurwesen an der Universität Waterloo, erklärt:
„Die Formgebung von graphitischen Materialien für komplexe Anwendungen war lange eine große Herausforderung. Mit unserer Methode können wir Graphen nun in jede beliebige Form 3D-drucken.“
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Die wasserbasierte Graphen-Tinte eröffnet zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten. Sie kann beispielsweise zur Herstellung von Sensoren für Blutzuckermessgeräte, Fitnessarmbänder oder Smartwatches eingesetzt werden. Auch Filter zur Wasserreinigung und Meerwasserentsalzung lassen sich mit dieser Technologie drucken.
In der Automobilindustrie könnte die GraphenFfors-Tinte für den Leichtbau genutzt werden, um Fahrzeugteile leichter und gleichzeitig robuster zu gestalten. Dies würde den Kraftstoffverbrauch senken und die Haltbarkeit verbessern. Weitere potenzielle Einsatzgebiete sind gedruckte Elektronik, Batterien sowie umweltfreundliche Technologien zur Ölschadensbekämpfung und CO₂-Reduzierung in der Atmosphäre.
Massentaugliche Produktion dank innovativer Verfahren
Das Forschungsteam, zu dem auch Wissenschaftler der Universität von British Columbia, der Universität Calgary und der Aalto-Universität in Finnland gehören, entwickelte einen zweistufigen elektrochemischen Prozess zur Herstellung der Tinte. Dabei ermöglicht ein spezielles Verfahren namens Interkalation, bei dem Moleküle zwischen Graphitschichten eingefügt werden, die kontinuierliche Erzeugung von Graphen-Nanoschichten in Wasser.
Kamkar erklärt weiter:
„Unsere technologischen Fortschritte haben neue Umweltprobleme mit sich gebracht. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen wir Materialien entwickeln, die effizienter sind als bisherige Lösungen. Dies gelingt nur, wenn wir Materialeigenschaften auf verschiedenen Ebenen – von der molekularen bis zur makroskopischen Skala – gezielt steuern können.“
Die nächste Phase der Forschung konzentriert sich auf innovative Anwendungen für die CO₂-Abscheidung und umweltfreundliche Sanierungstechnologien.