传统的电子器件通常采用减材制造技术（例如刻蚀），其过程中产生的废液会导致严重的环境问题。印刷技术是一种典型的增材制造工艺，不依赖衬底材料的种类，可以与任意电子器件的工艺兼容，具有低成本、大面积、柔性化等优势。印刷电子器件的飞速发展对导电浆料提出了更高的要求，低成本、高性能的导电浆料是开拓新型电子、智能穿戴、智能健康、物联网等领域产品的前提。在电子工业中，银导电浆料性能优异，但昂贵的价格桎梏了其广泛应用。随着印刷电子的不断发展，新型碳系导电填料逐渐成为新的研究与应用热点，但是其导电性能仍不及银导电浆料性能。
近日，香港理工大学柴扬教授团队在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文“Molecule bridged graphene/Ag for highly conductive ink”，提出一种分子桥连的石墨烯/银（MB-G/A）导电浆料，并应用于高导电性、低成本的纸基电子器件。
该工作从分子尺度调控出发，通过巯基乙胺小分子构建石墨烯纳米片和银纳米颗粒间的有效电荷传输通道。巯基乙胺一端通过叠氮反应锚定在石墨烯表面，另一端通过巯基官能团与银原子相连，实现分子尺度的桥连。理论计算表明：石墨烯上的碳原子电荷密度提高，而巯基乙胺上的碳原子电荷密度降低。另一方面，银原子表现出失电子状态，而硫原子表现出富电子状态。因此，巯基乙胺分子作为桥梁促进了电荷在银纳米颗粒和石墨烯纳米片间的传输，减少了界面电子传输势垒。结果表明，MB-G/A浆料（添加了小分子）的导电性能相对于G/A浆料（没有添加小分子）的导电性能明显提高。所制备的MB-G/A导电浆料的最大电导率可达2.0×105 S m−1，并实现了柔性电感的应用。
(a) Schematic flow for fabricating MB-G/A. (b) Charge density difference of MB-G/A. The yellow region implies electron gain, while the blue region shows electron depletion. (c) Conductive network diagram of MB-G/A. (d) Illumination of an LED with flexible MB-G/A ink printed lines on the art paper. Printed inductance test: (e) printed rectangular spiral inductors put aside the copper coil, and (f) printed rectangular spiral inductors put on the copper coil.
该工作在降低成本的同时，构建了合适的导电网络，在印刷电子器件领域具有良好的应用前景。
武汉科技大学李薇馨副教授为该论文的第一作者，香港理工大学柴扬教授为该论文的通讯作者，该研究得到了香江学者计划和深圳科技创新等项目的资助。
基金支持：This work was financially supported by Hong Kong Scholars Program (XJ2019025), The Hong Kong Polytechnic University (CD42), and Shenzhen Science and Technology Innovation Commission (JCYJ20180507183424383).
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