近日消息，位于曼徹斯特大學(xué)的研究人員提出了一種生產(chǎn)石墨烯印刷電子產(chǎn)品的低成本方法，可大大提高導(dǎo)電石墨烯油墨的生產(chǎn)效率并降低成本。

    印刷電子產(chǎn)品為信息技術(shù)在日常生活中的滲透提供了突破。印刷電子電路的可能性將進(jìn)一步促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及。用于電子應(yīng)用的印刷導(dǎo)電油墨的開發(fā)迅速發(fā)展，擴(kuò)大了在晶體管，傳感器，天線RFID標(biāo)簽和可穿戴電子設(shè)備中的應(yīng)用。基于石墨烯的油墨有機(jī)會(huì)主宰這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗鼈兛赡艹杀镜停芍苯討?yīng)用于紡織品和紙張等材料。

    目前傳統(tǒng)的導(dǎo)電油墨使用金屬納米顆粒以獲得高的導(dǎo)電性。 然而，這些金屬材料可能很昂貴或容易被氧化，使得它們遠(yuǎn)非是低成本物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。

    曼徹斯特大學(xué)Kostya Novoselov的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種適用于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的石墨烯油墨的環(huán)境可持續(xù)生產(chǎn)途徑。使用無(wú)毒溶劑二氫乙烯基葡萄糖酮（Cyrene）顯著加快了石墨烯液相剝離的速率，并降低了成本。石墨烯油墨電導(dǎo)率可達(dá)到7.13×104S m-1，可以應(yīng)用在從MHz到數(shù)十GHz波段內(nèi)的無(wú)線連接天線中。

    石墨烯油墨是石墨烯薄片在溶劑中的分散體，可以通過噴涂、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷和刮刀涂布技術(shù)很容易地形成圖案。在打印天線領(lǐng)域，噴涂是一種較少報(bào)道的方法，由于薄膜缺乏平整度。噴墨打印法與刮刀涂布法是互補(bǔ)的，前者具有較高的精度和較高的成本，而后者則相反。此外，噴墨打印需要多次打印才能獲得低的薄層電阻，這需要花費(fèi)更多的時(shí)間，對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是不可行的。考慮到成本、印刷精度和表面電導(dǎo)率等因素，絲網(wǎng)印刷技術(shù)是工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)導(dǎo)電油墨的最佳選擇。然而，目前很少看到有報(bào)道利用絲網(wǎng)印刷制備石墨烯的天線，這是由于目前大多數(shù)制備石墨烯油墨方法必須使用有機(jī)溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）。它們具有毒性，制備出的油墨濃度低，不可持續(xù)，無(wú)法用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

    為此，該團(tuán)隊(duì)在液相剝離石墨烯制備油墨中利用一種了纖維素衍生的溶劑二氫乙烯基葡萄糖酮（Cyrene）作為溶劑，它不僅無(wú)毒，環(huán)保且可持續(xù)，而且還可以提供更高濃度的石墨烯油墨，從而顯著降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。在這項(xiàng)工作中，開發(fā)了低成本，環(huán)保且可持續(xù)的高導(dǎo)電性石墨烯油墨（10 mg mL -1），并進(jìn)一步濃縮至70 mg mL -1用于絲網(wǎng)印刷。

    作為關(guān)鍵的應(yīng)用示范，本文介紹了一種打印的無(wú)石墨烯無(wú)線無(wú)電池體溫傳感器、RFID標(biāo)簽和RF能量收集系統(tǒng)，用于為能夠感應(yīng)電阻和電容傳感器的無(wú)電池設(shè)備供電，說(shuō)明低成本、屏幕印刷的石墨烯可穿戴設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的潛力，例如醫(yī)療保健和健康監(jiān)測(cè)，也體現(xiàn)了可持續(xù)性和可處置性，所有這些都是進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。

    論文信息：

    Sustainable production of highly conductive multilayer graphene ink for wireless connectivity and IoT applicationsNature Communicationsvolume 9, Article number: 5197 （2018）

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