石墨邦:國(guó)內(nèi)首家碳石墨全產(chǎn)業(yè)鏈電商平臺(tái)，涵蓋 石墨烯、鱗片石墨、土狀石墨、可膨脹石墨、石墨紙、負(fù)極材料、等靜壓石墨、石墨電極、碳纖維以及人造金剛石共十大產(chǎn)品。

最近，歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目和英國(guó)劍橋大學(xué)石墨烯中心的科研人員一起開(kāi)發(fā)了一種新工藝，它能生產(chǎn)出高質(zhì)量、高濃度、水基的石墨烯導(dǎo)電油墨。它使用了微流化法的超高剪切力，從石墨中剝離出石墨烯薄片，它能將原始的石墨材料100%轉(zhuǎn)化為有用的導(dǎo)電油墨片，并且無(wú)需離心分離處理，節(jié)約了生產(chǎn)油墨的時(shí)間。研究成果發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)《納米》雜志。

背景

導(dǎo)電油墨，具有廣泛的應(yīng)用，例如印刷柔性電子器件：射頻識(shí)別(RFID)天線(xiàn)、晶體管、太陽(yáng)能電池。物聯(lián)網(wǎng)為我們?nèi)粘Ｉ钪械奈锲穾?lái)新的連接性，一個(gè)很好的例子就是RFID標(biāo)簽的食品包裝。然而，為了滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)和電子設(shè)備發(fā)展的需求，我們要能使用穩(wěn)定的、導(dǎo)電的、無(wú)毒的器件，低成本且高效地生產(chǎn)電子設(shè)備。

印刷多層材料

這種由微流化法生產(chǎn)出油墨，濃度高達(dá)每升100克石墨烯片。這種經(jīng)微流化工藝處理的石墨烯混合物，通過(guò)最有效的流變學(xué)修改器和穩(wěn)定器處理，可被優(yōu)化用于絲網(wǎng)印刷。

劍橋大學(xué)研究員，研究的領(lǐng)銜者 Panagiotis Karagiannidis認(rèn)為：

“研究動(dòng)機(jī)在于使用高濃度油墨絲網(wǎng)印刷低薄層電阻的多層材料。”

除石墨烯外，該方法可以簡(jiǎn)單地用于其他的多層材料，例如六方氮化硼或者過(guò)渡金屬二硫化物，從而能夠提供一組可印刷的電路元件（導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體），構(gòu)建具有不同功能的電路。

部分經(jīng)由微流化工藝處理的石墨烯油墨。

（圖片來(lái)源：James Macleod/劍橋大學(xué)工程系）

石墨烯導(dǎo)電油墨性能極佳

這些產(chǎn)量很高的油墨含有未經(jīng)化學(xué)修改的多層石墨烯，最終印刷成的材料具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性能。這種油墨也具有極好的薄層電阻，低于2 Ω/sq，適用于RFID天線(xiàn)、光電和能量存儲(chǔ)設(shè)備的電極，并且特別適合于低成本的應(yīng)用。

研究人員Stephen Hodge（左）和Panagiotis Karagiannidis（右）用微流化法制備石墨烯油墨。

由微流化過(guò)程產(chǎn)生的油墨具有高達(dá)每升100g的石墨烯薄片的高濃度，并且可以?xún)?yōu)化用于絲網(wǎng)印刷。這些油墨也可用于創(chuàng)造新型復(fù)合材料，涂料和能量存儲(chǔ)裝置。該方法可以容易地應(yīng)用于其它層狀材料，例如六方氮化硼或過(guò)渡金屬二硫?qū)倩铮蕴峁┛捎∷㈦娐凡考?- 導(dǎo)體，絕緣體和半導(dǎo)體 - 的族，其用于構(gòu)建具有不同功能的印刷電子器件。這些油墨非常適合低成本重要的應(yīng)用。

可量產(chǎn)和商業(yè)化

使用100％產(chǎn)率的微流化方法，現(xiàn)在可以以足夠的量為商業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯油墨。使用該方法生產(chǎn)的油墨已經(jīng)通過(guò)劍橋大學(xué)（Cambridge University）出口公司Cambridge Graphene已經(jīng)商業(yè)化，該公司最近被工程解決方案公司Versarien收購(gòu)。這些油墨還提供給位于劍橋的創(chuàng)新印刷公司Novalia，用于其基于觸摸的印刷電子演示。

劍橋石墨烯中心研究員Panagiotis Karagiannidis博士是這項(xiàng)工作的主要作者。“動(dòng)機(jī)是需要通過(guò)使用高濃度油墨的絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)具有低薄層電阻的層。在微流化過(guò)程中，所有起始混合物經(jīng)歷相同的均勻強(qiáng)化剪切水平，將其轉(zhuǎn)化為具有高不會(huì)浪費(fèi)材料或耗時(shí)的后處理。

Andrea Ferrari教授是劍橋石墨烯中心主任，Graphene旗艦的科學(xué)技術(shù)官員，以及旗艦管理小組主席。他說(shuō)：“這是一個(gè)重要的概念進(jìn)步，將顯著幫助Graphene旗艦的創(chuàng)新和工業(yè)化目標(biāo)。事實(shí)上，該過(guò)程已經(jīng)獲得許可和商業(yè)化，表明如何將實(shí)驗(yàn)室時(shí)間縮短到市場(chǎng)，即使在旗艦的壽命“。

Novalia公司的Chris Jones說(shuō)：“對(duì)于可行的市場(chǎng)應(yīng)用，材料需要具有成本效益，易于操作和性能一致性，我們?cè)谄胀üI(yè)絲網(wǎng)印刷設(shè)備上運(yùn)行這些墨水，無(wú)需修改，獲得一致的結(jié)果，移動(dòng)世界大會(huì)這是一個(gè)非常令人興奮的點(diǎn) - 實(shí)驗(yàn)室和公眾之間的關(guān)鍵時(shí)刻。

西班牙國(guó)家研究委員會(huì)（CSIC）的MarGarcía-Hernandez是石墨烯旗艦工作包促進(jìn)材料的領(lǐng)導(dǎo)者，該公司致力于石墨烯和其他層狀材料的可擴(kuò)展合成方法的開(kāi)發(fā)。“微流化是在有機(jī)光伏，RFID天線(xiàn)，導(dǎo)電涂層或納米復(fù)合材料中應(yīng)用負(fù)擔(dān)得起和環(huán)保的石墨烯油墨方面的巨大飛躍，該方法肯定非常適用于各種其他層狀材料油墨的合成，層狀材料在現(xiàn)實(shí)設(shè)備中的應(yīng)用范圍“。

參考資料

【1】http://graphene-flagship.eu/scalable-graphene-inks

【2】Panagiotis G. Karagiannidis, Stephen A. Hodge, Lucia Lombardi, Flavia Tomarchio, Nicolas Decorde, Silvia Milana, Ilya Goykhman, Yang Su, Steven V. Mesite, Duncan N. Johnstone, Rowan K. Leary, Paul A. Midgley, Nicola M. Pugno, Felice Torrisi, Andrea C Ferrari. Microfluidization of Graphite and Formulation of Graphene-Based Conductive Inks. ACS Nano, 2017; DOI: 10.1021/acsnano.* b077* *

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