喷墨打印制备石墨烯导电线路

现如今,很多器件已经能够被喷墨印刷,其中包括晶体管,太阳能电池,发光二极管和传感器。尽管这些技术进步非常令人振奋人心,但高导金属电极的精细打印仍然是一个重要的挑战,尤其是在该领域向高度集成系统发展的背景下。

喷墨打印技术是一种高效的的材料开发及部署的方法。该技术的主要优点包括数字图形化打印、节约原材料、与各种具有不同机械柔韧性和形状因子的基底相兼容等。现如今,很多器件已经能够被喷墨印刷,其中包括晶体管,太阳能电池,发光二极管和传感器。尽管这些技术进步非常令人振奋人心,但高导金属电极的精细打印仍然是一个重要的挑战,尤其是在该领域向高度集成系统发展的背景下。

石墨烯制备

石墨烯由于其优异的导电性、化学稳定性和固有的柔韧性,因此也被一些研究人员应用于电子器件的开发之中,石墨烯甚至被寄以希望成为传统金属材料的替代品。除此以外,石墨烯油墨克服了传统碳基油墨的有限的导电率和喷墨打印兼容性等固有缺陷,更加突出了此材料的优异性。传统石墨烯制备主要有两种,一种是气相沉积,一种是化学溶液法剥离。化学溶液法剥离因其简单方便,被广泛的应用。

喷墨打印制备石墨烯导电线路

图1. 化学方法合成石墨烯

1.首先混合石墨,乙基葡萄糖在乙醇里面,通过超声波将石墨烯从石墨上剥离下来。

2.通过离心将大块石墨从体系去除,保留上清液。

3.将入NaCl,引发絮凝作用,进而成功提取石墨烯/乙基葡萄糖粉末。

4.此方法可大幅度提升石墨烯的剥离产量。

石墨烯墨水制备

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图2. 油墨溶解状态

将提取的石墨烯/乙基葡萄糖溶解于环己酮/萜品醇(85::15)中,制备油墨(质量体积为2.4%)。

喷墨打印效果

喷墨打印制备石墨烯导电线路

图3. HDMS处理Si/SiO2表面喷墨打印石墨烯的形貌特征。扫描电子显微图(a)的多个印刷线条和(b)一个印刷线 (c)原子力显微镜(AFM)显示10层印刷工序后没有咖啡环特征的单线图像。(d) 1层、3层、10层印刷线的平均横

喷墨打印制备石墨烯导电线路

图4. 石墨烯/乙基纤维素体系电阻率与退火温度的关系(a)和打印层数与电阻率的关系

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图5. PI基底印刷石墨烯的柔韧性评估。(a)石墨烯折弯半径为0.9mm(蓝色,弯曲应变:6.9%)和3.4 mm(红色,弯曲应变:1.8%)的电阻归一化至弯曲前的电阻。

参考资料

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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