Grafen är ett undermaterial med stora förväntningar. Upptäcktes 2004, det är 1 miljon gånger tunnare än ett människohår, 300 gånger starkare än stål och det är den mest kända ledaren av värme och elektricitet. Dessa egenskaper kan, bland annat, göra datorer snabbare, batterier kraftfullare och solpaneler effektivare.

Men materialet är svårt att manipulera bortom sin tvådimensionella form.

Nyligen, forskare hällde grafenoxidsuspension, en gelliknande form av materialet, i frysformar för att skapa 3D-objekt. Processen fungerar, men endast med enkla strukturer som har begränsade kommersiella tillämpningar.

Ett annat alternativ är att använda en 3D-skrivare. I detta scenario, forskare blandar vanligtvis grafen med en polymer eller annat förtjockningsmedel. Detta hjälper till att hålla strukturen från att falla isär. Men när polymeren avlägsnas via termisk process, det skadar den ömtåliga strukturen.

Ett forskarlag - bestående av ingenjörer från universitetet i Buffalo, Kansas State University och Harbin Institute of Technology i Kina – kan ha löst det problemet.

En studie publicerad 10 februari i tidskriften Små beskriver hur teamet använde en modifierad 3D-skrivare och fruset vatten för att skapa gallerformade kuber och en tredimensionell fackverk med överhäng med grafenoxid. Strukturerna kan vara ett viktigt steg mot att göra grafen kommersiellt gångbar inom elektronik, medicinsk diagnostik och andra industrier.

"Grafen är notoriskt svårt att manipulera, men strukturerna vi byggde visar att det är möjligt att kontrollera dess form i tredimensionella former, sa Chi Zhou, biträdande professor i industri- och systemteknik vid UB:s Tekniska Högskola, och en motsvarande författare till studien.

Zhou är medlem i Sustainable Manufacturing and Advanced Robotic Technologies (SMART), en UB Community of Excellence som lanserades 2015; han är också medlem i UB:s New York State Center of Excellence in Materials Informatics.

I sina experiment, forskargruppen blandade grafenoxiden med vatten. De tryckte sedan gallerramverket på en yta av -25°C. Grafenen är inklämd mellan lagren av frusen is, som fungerar som ett strukturellt stöd.

Efter att processen är klar, gittret doppas i flytande kväve, som hjälper till att bilda ännu starkare vätebindningar. Gallret placeras sedan i en frystork, där isen förvandlas till gas och avlägsnas. Slutresultatet är ett komplext, tredimensionell struktur gjord av grafen aerogel som behåller sin form vid rumstemperatur.

"Genom att hålla grafenen i en kall miljö, vi kunde se till att den behöll formen vi designade. Detta är ett viktigt steg mot att göra grafen till ett kommersiellt gångbart material, sa Dong Lin, biträdande professor i industri- och tillverkningssystemteknik vid Kansas State University, och studiens andra motsvarande författare.

Forskarna planerar att bygga vidare på sina rön genom att undersöka hur man skapar aerogelstrukturer bildade av flera material.