一文看懂常州石墨烯大会主会场剑桥大学石墨烯导电油墨

前言

常州世界石墨烯大会已经成功落幕，想必大家对主会场介绍的石墨烯导电油墨印象非常的深刻。Andrea Ferrari教授在常州石墨烯大会上给大家简单介绍了一种石墨烯油墨且在ppt中展示了这种油墨的相关应用。

导电油墨

导电油墨（electrically conduc- tive printing ink）是指将导电材料(金、银、铜或碳)分散在连结剂树脂中，根据需要加入相应的助剂制成的糊状油墨，一般是将其印在塑料、玻璃、陶瓷或纸板等非导电承印物上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力。导电油墨主要用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印制电阻等材料。导电性油墨要求的特性有：导电性（抗静电性）、附着力、印刷适性和耐溶剂性等。

印刷技术

目前主流的柔性印刷及制造技术有：柔性铜导线绕制、电镀或压延铜箔、刻蚀、导电油墨印刷这四种技术。铜导线绕制技术在柔软性、耐弯折性和使用的可靠性等性能中表现较差，常用于频率低于13.56MHz的非接触式硬卡中；而电镀或压延铜箔则制造工艺复杂，且原材料成本和设备成本均很高，使得用此方法生产时面临投资大，周期长等一系列问题；至于金属刻蚀制造工艺虽然能制造出精度高，使用性能较好的天线，但是这种方法制造工艺复杂、浪费原材料、腐蚀性的酸液污染性高且不易处理，非未来发展的主要趋势；相比以上三种制造技术而言，导电油墨印刷技术（喷墨印刷、凹版印刷、丝网印刷）不但能达到较好的电学性能，而且标签天线图案灵活，使用可靠性好、污染低、产能大。这一系列优势使得导电油墨印刷这种技术在国内外得到了广泛的应用，具有美好的前景。

导电油墨种类

现如今导电油墨主要有金系导电墨、银系导电墨、铜系导电墨、碳系导电墨等几类，且均已达到实用化。金系导电油墨拥有金粉化学性质稳定、导电性能好的优势，但价格昂贵，用途仅局限于厚膜集成电路；银系导电墨大量用于柔性线路版的导电印刷，具有导电性能好，应用范围广等优点，但价格昂贵，对温度敏感，电阻值受温度变化，波动较大；铜系导电墨价格价廉，但存在易氧化的缺点，即使可以使用经过防氧化处理的铜粉，在经高温处理后，仍旧会失去防氧化效果。碳系导电墨碳系导电油墨中价格相对低廉，但是导电性能较差，薄层电阻阻值远高于银系导电油墨。

石墨烯导电油墨优势

1、高电导率，低成本；2、高附着力，曲挠性优良；3、良好的干膜硬度；4、良好的触变性，优异的印刷适性；5、固化条件温和；6、应用范围广

剑桥大学石墨烯导电油墨

剑桥大学石墨烯研究中心制备石墨烯油墨的新方法主要用到了微流化工艺，超高剪切力能够将石墨剥离成石墨烯薄片，可以将原石墨材料100％地转化成可用于导电油墨的石墨烯薄片，是一种高效、低成本制备石墨烯导电油墨的新技术！

石墨烯导电油墨微流化的过程

石墨烯导电油墨可应用于包括印刷品和柔性电子器件在内的许多领域，比如：射频识别（RFID）天线，晶体管和太阳能电池。而物联网的出现将改变人们的生活方式，急需低成本、高效地生产使用稳定、导电和无毒组分的电子器件。所以，如何高效、低成本的制备石墨烯导电油墨是急需解决的问题。

将石墨在水溶液中在高剪切速率[〜108s-1]湍流条件下剥离，具有100％的剥离率。 使用羧甲基纤维素钠盐在不高于100g / L的浓度下离心使材料稳定，以配制导电性可印刷油墨。 刮刀涂膜的薄层电阻低于〜2Ω/□。 这是一种用于柔性电子产品中大面积印刷的导电油墨的简单且可扩展的生产路线。

应用领域

以微流化方法产生的石墨烯导电油墨，每升的石墨烯浓度高达100g，可以用于优化丝网印刷技术。这些油墨也还可用于制造新型复合材料、涂料以及储能设备。

该方法亦可用于制备其它层状材料，例如六方氮化硼或过渡金属二硫化物，可提供一系列可印刷的导体、绝缘体、半导体等电子元件，以构建具有不同功能的印刷电子器件。这些油墨非常适合成本要求低的产品。

使用微流化方法100％的产率，为商业化生产批量生产高质量石墨烯油墨铺平了道路。使用该方法生产的石墨烯导电油墨已经通过英国剑桥大学（CambridgeUniversity）所属公司“Cambridge Graphene”推向市场，而该公司最近被工程集团Versarien收购。这些油墨还提供给位于剑桥的新型印刷公司Novalia，用于制备印刷式交互触摸电子产品。

前景

剑桥石墨烯中心研究员PanagiotisKaragiannidis博士是这项工作的主要负责人，他说：“研究的目的是通过使用具有高浓度的油墨的丝网印刷产生具有低薄电阻的层结构。在微流化过程中，所有的起始混合物都经历过相同的均匀强化剪切水平，然后将其转化为具有高浓度的油墨，这种方法既不会浪费材料，亦不会有耗时的后续工序。

Andrea Ferrari教授（此次常州世界石墨烯大会主会场报告嘉宾），剑桥石墨烯中心主任，石墨烯旗舰的科学技术主管，欧盟石墨烯旗舰管委会主席。他说：“这是一项重要的概念性进展，将明显有助于石墨烯旗舰实现创新和产业化的目标。事实上，这次技术已经获得了商业化许可，表明石墨烯旗舰的研发周期内，缩短新产品从实验室到市场的时间是可行的。”

Novalia公司的Chris Jones说：“为了产品能够在市场上推广，这些材料应具有高效性、可操作性并且性能稳定。我们在传统工业丝网印刷设备上使用这些石墨烯导电油墨，无需后期修正，即可获得一样的效果。我们将在世界移动大会（Mobile WorldCongress）展示上百套用于利用石墨烯导电油墨印刷的交互式电子产品。

西班牙国家研究委员会（CSIC）的MarGarcía-Hernandez是石墨烯旗舰Work Package Enabling Materials的负责人，该部门致力于石墨烯和其他层状材料扩展性合成方法的研发。他说：“就应用于有机光伏、RFID天线、导电镀层或纳米复合材料等领域的经济性绿色石墨烯油墨而言，微流化技术使其向产业化迈进了一大步。该方法也应该非常适用于合成各种其他类型的层状材料制成的油墨，这必将扩大层状材料在实际产品中的应用范围。”