Forskere udvikler metode til inkjet-print med høj ledningsevne, bøjelige lag af grafen

(Phys.org) — Forestil dig en bøjelig tablet-computer eller en elektronisk avis, der kan foldes sammen, så den passer i en lomme.

Teknologien til disse enheder er måske ikke så langt væk. Forskere fra Northwestern University har for nylig udviklet en grafen-baseret blæk, der er meget ledende og tolerant over for bøjning, og de har brugt det til at inkjet-printe grafenmønstre, der kunne bruges til ekstremt detaljerede, ledende elektroder.

De resulterende mønstre er 250 gange mere ledende end tidligere forsøg på at udskrive grafen-baserede elektroniske mønstre og kan være et skridt i retning af lave omkostninger, sammenfoldelig elektronik.

Et papir, der beskriver forskningen, "Inkjet print med høj ledningsevne, Fleksible grafenmønstre, " blev offentliggjort den 8. april i Journal of Physical Chemistry Letters .

"Graphene har en unik kombination af egenskaber, der er ideel til næste generations elektronik, inklusive høj elektrisk ledningsevne, mekanisk fleksibilitet, og kemisk stabilitet, " sagde Mark Hersam, professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science. "Ved at formulere en inkjet-printbar blæk baseret på grafen, vi har nu en billig og skalerbar vej til at udnytte disse egenskaber i virkelige teknologier."

Inkjet print er tidligere blevet udforsket som en metode til fremstilling af transistorer, solceller, og andre elektroniske komponenter. Det er billigt, i stand til at udskrive store områder, og kan skabe mønstre på en række forskellige underlag, gør det til en attraktiv mulighed for næste generations elektronik.

Inkjet-print med grafen - ultratynde plader af kulstof med enestående styrke og ledningsevne - er ekstremt lovende, men det er fortsat en udfordring, fordi det er svært at høste en tilstrækkelig mængde grafen uden at gå på kompromis med dets elektroniske egenskaber. Eksfolierende, eller går i stykker, materialer som grafit kræver ofte oxiderende forhold, der gør det resulterende grafenoxidmateriale mindre ledende end rent kulstof. Uoxideret grafen kan opnås gennem eksfoliering, men processen kræver opløsningsmidler, hvis rester også nedsætter ledningsevnen.

Northwestern-forskerne har udviklet en ny metode til masseproduktion af grafen, der bevarer sin ledningsevne og kan udføres ved stuetemperatur ved hjælp af ethanol og ethylcellulose til at eksfoliere grafit. Denne relativt rene proces minimerer rester og resulterer i et pulver med en høj koncentration af nanometerstore grafenflager, som derefter blandes i et opløsningsmiddel for at skabe blækket.

Forskerne demonstrerede at trykke blækket i flere lag, hver 14 nanometer tyk, at skabe præcise mønstre. Blækkets ledningsevne forbliver stort set uændret, selv når det er bøjet i høj grad, tyder på, at grafenblæk kunne bruges til at skabe foldbare elektroniske enheder i fremtiden.