Forscher des chinesischen Harbin Institutes of Technology haben mit Hilfe von 4D-Druck Softroboter aus Graphenoxid hergestellt. Diese können sich bei Feuchtigkeit selbstständig vor- und zurückbewegen. Um diese Funktion zu erreichen arbeiteten die Forscher mit einer Kombination aus erzwungenen Trocknungstechniken und dem Direct Ink Writing (DIW)-3D-Druckverfahren.

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Ein von Forschern des chinesischen Harbin Institutes of Technology mit Hilfe von 3D-Druck hergestellter Softroboter aus dem Material Graphenoxid kann sich bei Feuchtigkeit vor- und zurückbewegen. Um diesen herzustellen, verwendeten die Forscher das Direct Ink Writing (DIW)-3D-Druckverfahren sowie erzwungene Trocknungstechniken. Bisher gab es Probleme mit Porosität, Schrumpfung und Einheitlichkeit der Struktur beim 3D-Druck von Objekten aus Graphenoxid, welche die Forscher mit ihrer Methode jetzt überwinden konnten.

Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten sie in einer Studie mit dem Titel „3D printing graphene oxide soft robotics“ im Fachmagazin ACS Nano Journal. Forschern der Iowa State University ist es gelungen, Sensoren mit Graphen zu entwickeln, um zu erforschen, wie Pflanzen Wasser für sich nutzen.

Details zur Arbeit

Ihre Studie soll den Forschern zufolge eine vielseitige Plattform zur Weiterentwicklung von weichen Graphenoxid-Robotern mit Feuchtigkeitsaktivierungsfähigkeiten ermöglichen. Die beschriebenen 3D-gedruckten Graphenoxid-Strukturen neigen aufgrund der superhydrophilen Eigenschaften des Materials dazu, hochporös zu sein. Die Graphenoxid-Tinte hat einen Wassergehalt, der mehr als 90 % des Materialgewichts ausmacht. Nach dem 3D-Druck muss dieses entfernt werden. Damit die Graphenoxid-Strukturen einheitlich bleiben, werden Gefriertrocknungstechniken genutzt, die die Struktur jedoch porös machen. Der Schrumpfungsprozess des 3D-gedruckten Graphenoxidgels kann den Forschern zufolge auch durch eine Kombination aus erzwungenen Trocknungstechniken und dem DIW-3D-Druck kontrolliert werden.

3D-gedruckte Graphenoxid-Struktur
Die gedruckte Graphenoxid-Struktur mit einer Dicke von 20 μm (Bild © ACS Nano).

Dazu sorgen die Wissenschaftler zunächst für optimierte rheologische Eigenschaften der Graphenoxid-Tinte, damit die Extrusion im DIW-Prozess reibungslos ablaufen kann und die Formstabilität der 3D-gedruckten Objekte möglich ist. Sie stellen sicher, dass die Tinte hochgradig ausgerichtete und dich verdichtete Graphenoxidblätter enthält.

3D-gedruckte Beschränkungen, die sich leicht kontrollieren lassen, sollen eine Verformung während der Trocknungsphase verhindern. Die Graphenoxidschichten bleiben durchgehend ausgerichtet und verdichtet und die gedruckte Struktur behält ihre Form bei. Sie demonstrierten die Betätigungsfähigkeit ihres 3D-gedruckten Graphenoxid-Softroboters, indem sie abwechselnd Wassertropfen auf jedes der „Beine“ des weichen Roboters fallen gelassen haben. Der Roboter bewegte sich ohne externe Energieversorgung vor und zurück.

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