石墨烯气凝胶（graphene aerogel）是世界上最轻的材料，由浙江大学高超教授课题组于2013年制备而出，这种材料的密度可以低至每立方米160克（Adv. Mater. 2013, 25, 2554-2560）。如果对这个数据没有直观概念，那么可以对比一下，常规环境（室温、一个大气压）中空气的密度约为每立方米1200克，也就是说石墨烯气凝胶的密度仅有空气的七分之一。

高超教授石墨烯气凝胶的论文，作为Adv. Mater. 当期封面。图片来源：Wiley

这几年里，除了“石墨烯”之外，“3D打印”无疑也是一炙手可热的关键词。那么，如果把这两种概念结合在一起会怎么样呢？

在最近的一期纳米技术杂志《Small》上，哈尔滨工业大学李惠教授课题组张强强、纽约州立大学布法罗分校Chi Zhou博士和堪萨斯州立大学Dong Lin博士等人，报告以石墨烯为原料利用3D打印技术制造石墨烯气凝胶，使得制备这种世界上最轻的材料变的容易许多。（3D Printing of Graphene Aerogels. Small, DOI: 10.1002/smll.201503524）

事实上，将3D打印技术与石墨烯气凝胶技术结合起来绝非易事，这是因为石墨烯气凝胶奇异性能所依赖的独特分子结构使打印过程变得极为困难。石墨烯本身是一种二维的、具有单原子厚度的纯碳原子层，通过一种六角形蜂窝晶格结构紧紧地排列在一起。为了制备石墨烯气凝胶，基本上需要使石墨烯层冻干，并将它们堆叠成三维结构。

该团队的解决方案是使用石墨烯氧化物（graphene oxide），这是一种结合了分子氧的石墨烯形式。研究人员使用该化合物与水的混合物作为“墨水”，通过依需滴落（drop-on-demand）3D打印方式打印并且瞬间冷却至-25℃，冻结各个石墨烯层，从而构建由冰作为悬空空间的“支架”的三维气凝胶。一旦这个冷冻成型（freeze casting）的构建过程完成，研究人员再使用液氮冷冻干燥的方法，通过不断除去其外围的水份而消除冰“支架”，同时又不会破坏其结构。

然后这种材料被加热以除去氧原子，这样，在气凝胶中只剩下了石墨烯。所得到的固体密度范围大约在每立方米0.5千克到每立方米10千克之间。

该方法在多功能材料、柔性电子器件、催化载体、超级电容器等领域都具有广阔的应用前景。