近日消息，位于曼徹斯特大學的研究人員提出了一種生產石墨烯印刷電子產品的低成本方法，可大大提高導電石墨烯油墨的生產效率并降低成本。

    印刷電子產品為信息技術在日常生活中的滲透提供了突破。印刷電子電路的可能性將進一步促進物聯網應用的普及。用于電子應用的印刷導電油墨的開發迅速發展，擴大了在晶體管，傳感器，天線RFID標簽和可穿戴電子設備中的應用。基于石墨烯的油墨有機會主宰這項技術，因為它們可能成本低，可直接應用于紡織品和紙張等材料。

    目前傳統的導電油墨使用金屬納米顆粒以獲得高的導電性。 然而，這些金屬材料可能很昂貴或容易被氧化，使得它們遠非是低成本物聯網應用的理想選擇。

    曼徹斯特大學Kostya Novoselov的一個研究團隊報告了一種適用于絲網印刷技術的石墨烯油墨的環境可持續生產途徑。使用無毒溶劑二氫乙烯基葡萄糖酮（Cyrene）顯著加快了石墨烯液相剝離的速率，并降低了成本。石墨烯油墨電導率可達到7.13×104S m-1，可以應用在從MHz到數十GHz波段內的無線連接天線中。

    石墨烯油墨是石墨烯薄片在溶劑中的分散體，可以通過噴涂、絲網印刷、噴墨印刷和刮刀涂布技術很容易地形成圖案。在打印天線領域，噴涂是一種較少報道的方法，由于薄膜缺乏平整度。噴墨打印法與刮刀涂布法是互補的，前者具有較高的精度和較高的成本，而后者則相反。此外，噴墨打印需要多次打印才能獲得低的薄層電阻，這需要花費更多的時間，對大規模生產來說是不可行的。考慮到成本、印刷精度和表面電導率等因素，絲網印刷技術是工業規模化生產導電油墨的最佳選擇。然而，目前很少看到有報道利用絲網印刷制備石墨烯的天線，這是由于目前大多數制備石墨烯油墨方法必須使用有機溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）。它們具有毒性，制備出的油墨濃度低，不可持續，無法用于工業規模生產。

    為此，該團隊在液相剝離石墨烯制備油墨中利用一種了纖維素衍生的溶劑二氫乙烯基葡萄糖酮（Cyrene）作為溶劑，它不僅無毒，環保且可持續，而且還可以提供更高濃度的石墨烯油墨，從而顯著降低大規模生產的成本。在這項工作中，開發了低成本，環保且可持續的高導電性石墨烯油墨（10 mg mL -1），并進一步濃縮至70 mg mL -1用于絲網印刷。

    作為關鍵的應用示范，本文介紹了一種打印的無石墨烯無線無電池體溫傳感器、RFID標簽和RF能量收集系統，用于為能夠感應電阻和電容傳感器的無電池設備供電，說明低成本、屏幕印刷的石墨烯可穿戴設備在物聯網應用中的潛力，例如醫療保健和健康監測，也體現了可持續性和可處置性，所有這些都是進入大規模生產市場的關鍵因素。

    論文信息：

    Sustainable production of highly conductive multilayer graphene ink for wireless connectivity and IoT applicationsNature Communicationsvolume 9, Article number: 5197 （2018）

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責任編輯：王元

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