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噴墨打印制備石墨烯導電線路

噴墨打印技術是一種高效的的材料開發及部署的方法。該技術的主要優點包括數字圖形化打印、節約原材料、與各種具有不同機械柔韌性和形狀因子的基底相兼容等。現如今,很多器件已經能夠被噴墨印刷,其中包括晶體管,太陽能電池,發光二極管和傳感器。盡管這些技術進步非常令人振奮人心,但高導金屬電極的精細打印仍然是一個重要的挑戰,尤其是在該領域向高度集成系統發展的背景下。

石墨烯制備

石墨烯由于其優異的導電性、化學穩定性和固有的柔韌性,因此也被一些研究人員應用于電子器件的開發之中,石墨烯甚至被寄以希望成為傳統金屬材料的替代品。除此以外,石墨烯油墨克服了傳統碳基油墨的有限的導電率和噴墨打印兼容性等固有缺陷,更加突出了此材料的優異性。傳統石墨烯制備主要有兩種,一種是氣相沉積,一種是化學溶液法剝離。化學溶液法剝離因其簡單方便,被廣泛的應用。

噴墨打印制備石墨烯導電線路

圖1. 化學方法合成石墨烯

1.首先混合石墨,乙基葡萄糖在乙醇裡面,通過超聲波将石墨烯從石墨上剝離下來。

2.通過離心将大塊石墨從體系去除,保留上清液。

3.将入NaCl,引發絮凝作用,進而成功提取石墨烯/乙基葡萄糖粉末。

4.此方法可大幅度提升石墨烯的剝離産量。

石墨烯墨水制備

噴墨打印制備石墨烯導電線路

圖2. 油墨溶解狀态

将提取的石墨烯/乙基葡萄糖溶解于環己酮/萜品醇(85::15)中,制備油墨(質量體積為2.4%)。

噴墨打印效果

噴墨打印制備石墨烯導電線路

圖3. HDMS處理Si/SiO2表面噴墨打印石墨烯的形貌特征。掃描電子顯微圖(a)的多個印刷線條和(b)一個印刷線 (c)原子力顯微鏡(AFM)顯示10層印刷工序後沒有咖啡環特征的單線圖像。(d) 1層、3層、10層印刷線的平均橫

噴墨打印制備石墨烯導電線路

圖4. 石墨烯/乙基纖維素體系電阻率與退火溫度的關系(a)和打印層數與電阻率的關系

噴墨打印制備石墨烯導電線路

圖5. PI基底印刷石墨烯的柔韌性評估。(a)石墨烯折彎半徑為0.9mm(藍色,彎曲應變:6.9%)和3.4 mm(紅色,彎曲應變:1.8%)的電阻歸一化至彎曲前的電阻。

參考資料

Secor E B , Prabhumirashi P L ,Puntambekar K , et al. Inkjet Printing of High Conductivity, Flexible GraphenePatterns[J]. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2013, 4(8):1347-1351.

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