3D 打印石墨烯的应力应变曲线符合胡克定律,处于线性弹性阶段。在这个阶段,起到承载作用的是 “自上而下” 石墨烯打印层间的距离以及微观孔隙的压缩情况。而当应变超过 50% 的时候,3D 打印石墨烯就进入了非线性变形阶段,此时它的刚度和弹性模量都会慢慢增大。这是因为随着外力的增加,3DGA 中的石墨烯片层会逐步地发生弹性弯曲、平面屈曲失稳以及自身折叠,这使得材料的密度不断增加,反映出来就是应力急剧上升,其中一部分能量会转化为热能消耗掉,剩下的则以弹性能储存起来。在压力释放之后,会出现滞回现象,而且应变越大,这种滞回现象就越明显,这意味着应变越大,石墨烯在微观结构上恢复得就越慢。
3DGA 的导电性能是实现水泥基复合材料功能化的关键因素之一。石墨烯本身的导电性相当出色,其电导率可以达到 106 西门子每米。不过,通过 3D 打印构建的 3DGA 是一种非均质性材料,它的导电性能还有待进一步研究。我们对不同孔口网络结构制备的 3D 打印石墨烯的导电性能进行了测试,实验采用两电极测试法。为了降低接触电阻的影响,我们在样品两端的电极上涂抹导电银浆进行制备,然后使用电子天平和数字万用表分别测量质量和电阻,进而计算出它的密度和电导率。
3DGA 在打印成型之后,经过水热过程和高温热还原处理。水热过程使石墨烯在组装成型时微观结构排列更加有序,提高了电子传输效率;而高温处理则消除了石墨烯片上的含氧基团,使微观结构石墨化,从而提高了它的载流子迁移率,最终实现了高导电性能。