Fremstilling af grafenadditiv til fleksibel og printbar elektronik

Forskning ledet af Kansas State Universitys Suprem Das, assisterende professor i industri- og produktionssystemteknik, i samarbejde med Christopher Sørensen, universitets anerkendt professor i fysik, viser potentielle måder at fremstille grafen-baseret nano-blæk til additiv fremstilling af superkondensatorer i form af fleksibel og printbar elektronik.

Mens forskere rundt om i verden studerer den potentielle udskiftning af batterier med superkondensatorer, en energienhed, der kan oplade og aflade meget hurtigt - inden for få 10 sekunder - holdet ledet af Das har en alternativ forudsigelse. Holdets arbejde kunne tilpasses til at integrere dem for at overvinde batteriernes langsomme opladningsprocesser. Desuden, Das har udviklet additiv fremstilling af små superkondensatorer - kaldet mikro-superkondensatorer - så de en dag kunne bruges til wafer-skala-integration i siliciumbehandling.

"Additiv fremstilling er fascinerende, omkostningseffektiv og har alsidige designovervejelser, " sagde Das.

Teamet har udviklet superkondensatorer, der er blevet testet i 10, 000 cyklusser af opladning og afladning, et tal, der lover at evaluere pålideligheden af ​​disse enheder, Det sagde, at holdet også studerer alsidigheden af ​​disse mikro-superkondensatorer ved at udskrive på mekanisk fleksible overflader. For det, de brugte 20-mikrometer-hin polyimid-plastik-substrater med høj pålidelighed. Das er meget interesseret i at oversætte nye materialer til enheder.

"Når du tænker på de bedste materialer og ønsker at lave de bedste enheder, det er ikke enkelt og ligetil, " sagde Das. "Man skal derefter forstå den grundlæggende fysik og kemi, der er involveret i enheder."

En anden fordel ved Das' opfindelse er de grønne aspekter af forskningen, som han visualiserede gennem konstruktive diskussioner med Sorensen. Da Das mødte Sørensen, han indså, at han kunne bruge sin ekspertise inden for additiv fremstilling til at omdanne disse materialer til nyttige ting; I dette tilfælde, laver små energilagringsenheder.

Et par måneder senere, Das ansøgte om et amerikansk patent efter at have udviklet en nano-blækteknologi og brugte den til at demonstrere trykte mikro-superkondensatorer.

Das er særligt interesseret i at danne dette synergistiske samarbejde med Sorensen på grund af det energieffektive, meget skalerbar og kemikaliefri karakter af grafenproduktionsprocessen og hans egen gruppes grafenblækfremstillingsproces. Begge disse processer er patenterede/patentanmeldte teknologier og er industrielt relevante, sagde Das.

"Vi laver høj kvalitet, flerlagsgrafen ved at detonere brændstofrige blandinger af umættede kulbrinter såsom acetylen med oxygen i et multi-liters kammer, "Sorensen sagde. "Vores patenterede metode er enkel kræver meget lidt energi, er derfor økologisk godartet; kræver ingen giftige kemikalier; og er blevet opskaleret for at give høj kvalitet, billig grafen."

Grafen er blevet anerkendt som et vidundermateriale med stort potentiale på grund af dets mange superlative fysiske egenskaber. Mange grafenfremstillingsmetoder er blevet udviklet over hele kloden, og grafen er blevet produceret i ton mængder. Teknologer, imidlertid, er godt klar over, at grafen endnu ikke er på markedet, fordi ingen af ​​disse metoder har haft den rigtige kombination af økonomi, økologi og produktkvalitet for at tillade grafen at opfylde sit potentiale. Men både metoderne til fremstilling af grafen og nano-blæk, som forfølges ved Kansas State University, er på mål for at imødekomme alle disse krav, ifølge Sørensen og Das.