剑桥团队开发了一种生产高浓度导电石墨烯油墨的方法
英国剑桥大学石墨烯中心的研究人员设计了一种生产高浓度高质量导电石墨烯油墨的方法。导电油墨适用于一系列应用,包括印刷和柔性电子,晶体管等。
该方法在微流化工艺中使用超高剪切力从石墨中剥离石墨烯薄片。据说该方法将原始石墨材料100%转化成可用于导电油墨的薄片,从而避免了离心的需要,并减少生产可用油墨所需的时间。该研究还描述了不同印刷应用油墨的优化,以及给予关于石墨剥离流体动力学的详细见解。
通过微流化过程产生的油墨具有高达每升100g的高浓度石墨烯薄片。使用最有效的流变改性剂和稳定剂,微流化石墨烯混合物优化用于丝网印刷。
除了石墨烯,该方法可以很容易地应用于其它层状材料,例如六方氮化硼或过渡金属二硫属化物。这可以创建一系列可印刷电路组件——导体,绝缘体和半导体——用于构建具有不同功能的各种印刷电子产品。
油墨含有高浓度的化学未改性的少层石墨烯,导致最终印刷材料优异的导电性。该油墨还提供低于2Ω/sq的优异薄层电阻,适用于光电子或能量存储装置中的RFID天线和电极。这些油墨非常适合低成本重要的应用。
在微流化工艺中,石墨粉与水混合,并且添加表面活性剂以防止薄片聚集。使混合物通过微流化器; 湍流通过金刚石涂覆的微通道会导致108s-1的超高剪切速率,将石墨剥落成少量层的薄片。重要的是,输入的所有混合物流过微通道并经历高剪切,并且可以重复该过程以实现所需的石墨烯薄片尺寸。“所有的原始混合物经历相同的均匀强化剪切水平,将其转化为高浓度的可用油墨。没有浪费材料或耗时的后处理,“团队补充说。
在印刷电子和其它应用中使用石墨烯油墨的一个重要问题是其可扩展性——在工业应用中生产足够量的油墨和分散体。通过微流化法100%的产量,团队表示现在可以生产足够量的用于商业产品的高质量石墨烯。
图1、微流化过程示意图
图2、(a)原始石墨薄片的SEM图像(b)原始材料和5,20和100个循环后的横向片尺寸的直方图(c)100个循环后的SEM图像
图3、20个循环后产生的典型薄片的AFM图像:(a)h = 25nm(1)和8.5nm(2)的薄片(b)相应的十字截面轮廓(c)h = 1nm的片和(d)相应的横截面
使用该方法生产的油墨已经通过剑桥大学(Cambridge University)出口公司Cambridge Graphene实现了商业化,该公司最近被工程解决方案公司Versarien收购。这些油墨还提供给Graphene旗舰合作伙伴Novalia,英国,用于他们的交互式触摸印刷电子演示。
相关研究成果发表在ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.6b07735)上。
来源:石墨烯网