Forskere udskriver billige radiofrekvensantenner med grafenblæk

Forskere har flyttet grafen - det utroligt stærke og ledende enkeltatom-tykke ark af kulstof - et væsentligt skridt på vejen fra laboratoriebænkenyhed til kommercielt levedygtigt materiale til nye elektroniske applikationer.

Forskere fra University of Manchester, sammen med BGT Materials Limited, en grafenproducent i Det Forenede Kongerige, har printet en radiofrekvensantenne ved hjælp af komprimeret grafenblæk. Antennen fungerede godt nok til at gøre den praktisk til brug i radiofrekvensidentifikation (RFID) tags og trådløse sensorer, sagde forskerne. Endnu bedre, antennen er fleksibel, miljøvenlig og kunne masseproduceres billigt. Forskerne præsenterer deres resultater i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

Undersøgelsen viser, at grafen, der kan udskrives, nu er klar til kommerciel brug i lavpris radiofrekvensapplikationer, sagde Zhirun Hu, en forsker ved School of Electrical and Electronic Engineering ved University of Manchester.

"Pointen er, at grafen ikke længere kun er et videnskabeligt vidunder. Det vil meget snart bringe mange nye anvendelser til vores daglige liv, " tilføjede Kostya S. Novoselov, fra School of Physics and Astronomy ved University of Manchester, der koordinerede projektet.

Grafen bliver blækket

Siden grafen først blev isoleret og testet i 2004, forskere har stræbt efter at gøre praktisk brug af dets fantastiske elektriske og mekaniske egenskaber. Et af de første kommercielle produkter fremstillet af grafen var ledende blæk, som kan bruges til at printe kredsløb og andre elektroniske komponenter.

Grafenblæk er generelt billigt og mekanisk fleksibelt, fordele det har i forhold til andre typer ledende blæk, såsom opløsninger lavet af metal nanopartikler.

For at lave blækket, grafenflager blandes med et opløsningsmiddel, og nogle gange tilsættes et bindemiddel som ethylcellulose for at hjælpe blækket med at klæbe. Grafenblæk med bindemidler leder normalt elektricitet bedre end bindemiddelfrit blæk, men først efter bindematerialet, som er en isolator, nedbrydes i en højvarmeproces kaldet udglødning. Udglødning, imidlertid, begrænser de overflader, som grafenblæk kan trykkes på, fordi de høje temperaturer ødelægger materialer som papir eller plastik.

Forskerholdet fra University of Manchester, sammen med BGT Materials Limited, fundet en måde at øge ledningsevnen af ​​grafenblæk uden at ty til et bindemiddel. De opnåede dette ved først at printe og tørre blækket, og derefter komprimere den med en rulle, svarende til den måde, ny belægning komprimeres med en vejrulle.

Komprimering af blækket øgede dets ledningsevne med mere end 50 gange, og det resulterende "grafenlaminat" var også næsten to gange mere ledende end tidligere grafenblæk lavet med et bindemiddel.

Den høje ledningsevne af det komprimerede blæk, som muliggjorde effektiv radiofrekvensstråling, var et af de mest spændende aspekter af eksperimentet, sagde Hu.

Baner vejen til antenner, Trådløse sensorer, og mere

Forskerne testede deres komprimerede grafenlaminat ved at printe en grafenantenne på et stykke papir. Antennen målte cirka 14 centimeter lang, og 3,5 millimeter på tværs og udstrålede radiofrekvenseffekt effektivt, sagde Xianjun Huang, som er den første forfatter til papiret og en ph.d.-kandidat i Microwave and Communications Group i School of Electrical and Electronic Engineering.

Udskrivning af elektronik på billig, fleksible materialer som papir og plast kan betyde, at trådløs teknologi, som RFID-tags, der i øjeblikket sender identificerende information om alt fra kvæg til bildele, kunne blive endnu mere allestedsnærværende.

De fleste kommercielle RFID-tags er lavet af metaller som aluminium og kobber, Huang sagde, dyre materialer med komplicerede fremstillingsprocesser, der øger omkostningerne.

"Graphenbaserede RFID-tags kan reducere omkostningerne betydeligt takket være en meget enklere proces og lavere materialeomkostninger, " sagde Huang. University of Manchester og BGT Materials Limited-teamet har planer om at videreudvikle grafen-aktiverede RFID-tags, samt sensorer og bærbar elektronik.