Skalerbar 100 procents udbytteproduktion af ledende grafenblæk

Ledende blæk er nyttigt til en række applikationer, inklusive trykt og fleksibel elektronik såsom radiofrekvensidentifikation (RFID) antenner, transistorer eller fotovoltaiske celler. Fremkomsten af ​​tingenes internet forudsiges at føre til nye forbindelser inden for hverdagsgenstande, herunder i fødevareemballage. Der er et klart behov for billig og effektiv produktion af elektroniske apparater ved brug af stabile, ledende og ikke-giftige komponenter.

En ny metode til at producere høj kvalitet, vandbaseret ledende grafenblæk med høje koncentrationer er udviklet af forskere fra Graphene Flagship, der arbejder ved Cambridge Graphene Center ved University of Cambridge, Storbritannien. Den nye metode bruger ultrahøje forskydningskræfter i en mikrofluidiseringsproces til at eksfoliere grafenflager fra grafit. Processen omdanner 100 % af udgangsgrafitmaterialet til brugbare flager til ledende blæk, undgå behovet for centrifugering og reducere den tid, det tager at producere en brugbar blæk. Forskningen er publiceret i ACS Nano .

Blækkerne fremstillet ved mikrofluidiseringsprocessen har høje koncentrationer på op til 100 g grafenflager pr. liter og kan optimeres til serigrafi. Disse blæk kan også bruges til at skabe nye kompositter, belægninger og energilagringsenheder. Denne metode kan let anvendes på andre lagdelte materialer, såsom hexagonalt bornitrid eller overgangsmetal dichalcogenider, at levere en familie af printbare kredsløbskomponenter – leder, isolatorer og halvledere – som man kan bygge trykt elektronik med forskellige funktionaliteter med. Disse blæk er ideelle til applikationer, hvor lav pris er vigtig.

Med 100 % udbytte af mikrofluidiseringsmetoden, det er nu muligt at producere grafenblæk af høj kvalitet i tilstrækkelige mængder til kommercielle produkter. Blæk fremstillet ved hjælp af denne metode er allerede blevet kommercialiseret via et spin-out-firma fra University of Cambridge, Cambridge Graphene, som for nylig blev opkøbt af ingeniørløsningsfirmaet Versarien. Blækkerne leveres også til Novalia, et innovativt trykkeri med base i Cambridge, til brug i deres interaktive touch-baserede trykte elektroniske demoer.

Dr. Panagiotis Karagiannidis, en forsker ved Cambridge Graphene Centre, er hovedforfatter til værket. "Motivationen var behovet for, at lag med lav arkmodstand skulle fremstilles ved serigrafi med blæk med høj koncentration. I mikrofluidiseringsprocessen, hele startblandingen oplever de samme ensartede intensive forskydningsniveauer, omdanner det til et brugbart blæk med høj koncentration. Der er intet spild af materiale eller tidskrævende efterbehandling."

Prof. Andrea Ferrari er direktør for Cambridge Graphene Centre, Videnskabs- og teknologiofficer for flagskibet grafen, og formand for Flagship Management Panel. Han sagde:"Dette er et vigtigt konceptuelt fremskridt, og vil i væsentlig grad hjælpe grafenflagskibets innovations- og industrialiseringsmål. Det faktum, at processen allerede er licenseret og kommercialiseret, indikerer, hvordan det er muligt at reducere tiden fra laboratorium til marked, selv i flagskibets levetid."

Chris Jones fra Novalia sagde "For levedygtige salgbare applikationer, materialerne skal være omkostningseffektive, let at håndtere og viser ensartet ydeevne. Vi kørte disse blæk på almindeligt industrielt serigrafiudstyr uden ændringer og opnåede ensartede resultater, udskrivning af hundredvis af interaktive demonstranter til Mobile World Congress. Det er et meget spændende punkt - et kritisk knudepunkt mellem laboratoriet og offentligheden."

Mar García-Hernandez fra det spanske nationale forskningsråd (CSIC) er leder af Graphene Flagship Work Package Enabling Materials, som er fokuseret på udvikling af skalerbare syntesemetoder til grafen og andre lagdelte materialer. "Mikrofluidisering er et stort spring fremad mod anvendelse af overkommelige og miljøvenlige grafenblæk i organisk fotovoltaik, RFID antenner, elektrisk ledende belægninger eller nanokompositter. Metoden er bestemt velegnet til syntese af en række andre lagdelte materialeblæk, som vil udvide anvendelsesområdet for lagdelte materialer i enheder fra den virkelige verden."