美研發出油墨用石墨烯制備新法并打印出柔性電極

[核心提示]近期，美國專家研發的制備石墨烯石墨烯黑色粉末的新方法已經取得了成效，在室溫中使用乙醇作為溶劑和乙基纖維素作為穩定的表面活性劑，從而大大減少薄片之間的電阻，更適合打印電極。專家利用這種石墨烯制備新方法生產大量石墨烯，再使用石墨烯油墨打印出高導電柔性電極。這項研究成果將具有高導電性、化學性穩定的石墨烯用于更為寬廣的范圍，特別是柔性電子產品、折疊式電子設備。

    據物理學家組織網近日報道，美國西北大學材料科學與工程學院研究人員使用含有微小石墨烯薄片油墨，以噴墨打印模式，打印出導電性能提高250倍、折疊時電導率僅有輕微下降的柔性電極，未來有可能生產低廉、大幅、可折疊且精美細致的電子設備。該研究成果發表在最新一期《物理化學快報》上。

　　研究人員伊桑·B·西科爾解釋說，噴墨打印可低成本、大面積地打印出柔性基底，是生產電子元件的一個有吸引力的方法。先前的研究已經噴墨打印出晶體管、太陽能電池、發光二極管、傳感器等各種元器件，但打印高導電電極仍然是一個挑戰，因為其要求非常精細的分辨率。而新研究轉向具有高導電性、化學性穩定的石墨烯，希望石墨烯可作為油墨打印出電極。

　　石墨烯打印最重要步驟之一是獲得大量的石墨烯。目前通過剝離生產純凈石墨烯的方法中，通常使用的溶劑和表面活性劑會留下殘余物，從而降低其導電率。另一個問題是，小的石墨片對印刷穩定性的要求很高，且其大量片狀交界處也降低了導電性。

　　為克服這些問題，研究人員開發出一種新方法，可在室溫中使用乙醇作為溶劑和乙基纖維素作為穩定的表面活性劑，乙醇和乙基纖維素都不會產生殘留物。新方法產生出的石墨烯黑色粉末中，石墨烯薄片的尺寸約為50×50平方納米，厚度約為2納米。雖然這種小片狀尺寸的石墨烯間會有無數雪花狀的連接，但與其他表面活性劑相比，乙基纖維素聚合物的高穩定大大減少了薄片之間的電阻。

　　研究人員把石墨烯黑色粉末分散到溶劑中創建液體墨汁。在演示中發現，石墨烯油墨在印刷中表現出優良的形態和導電性，打印的精確模式很適合印刷電極。他們還以聚酰亞胺為基板，評估了石墨烯油墨的機械性能，發現油墨的導電性能很高，即使基板發生很大彎曲，甚至開始出現裂痕，導電性仍維持不變。當他們將基板折疊，該油墨的導電性僅減少了5%。機械性能試驗表明，石墨烯油墨在未來可被用于生產折疊式電子設備。

　　該大學馬克教授說：“從本質上講，所有的電子設備和電路需要高導電性和高解析度的電子接點和互連。因此，石墨烯油墨有可能影響到很寬廣的應用范圍，特別是柔性電子產品、折疊式電子設備。這些類型的電子設備的應用包括智能電話、平板電腦、平板顯示器和太陽能電池。

　　他還表示，未來的重點是把石墨烯打印用于電子設備和電路的組裝之中，包括上面列出的應用領域中的各種產品。