美用石墨烯油墨打印出高導電柔性電極

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，未來有可能低廉、大幅、可折疊且精美細致的電子設備。該研究成果發(fā)表在一期《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，是電子元件的一個有吸引力的方法。先前的研究已經(jīng)噴墨打印出晶體管、太陽能電池、發(fā)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(zhàn)，因為其要求非常精細的分辨率。而新研究轉(zhuǎn)向具有高導電性、化學性穩(wěn)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zui重要步驟之一是獲得大量的石墨烯。目前通過剝離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(wěn)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(fā)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(wěn)定的表面活性劑，乙醇和乙基纖維素都不會產(chǎn)生殘留物。新方法產(chǎn)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(shù)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(wěn)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(chuàng)建液體墨汁。在演示中發(fā)現(xiàn)，石墨烯油墨在印刷中表現(xiàn)出優(yōu)良的形態(tài)和導電性，打印的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(fā)現(xiàn)油墨的導電性能很高，即使基板發(fā)生很大彎曲，甚至開始出現(xiàn)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折疊式電子設備。

    該大學馬克教授說：“從本質(zhì)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(chǎn)品、折疊式電子設備。這些類型的電子設備的應用包括智能、平板電腦、平板顯示器和太陽能電池。