导读

最近，欧盟石墨烯旗舰项目和英国剑桥大学石墨烯中心的科研人员一起开发了一种新工艺，它能生产出「高质量」、「高浓度」、「水基」的石墨烯导电油墨。它使用了「微流化法」的超高剪切力，从石墨中剥离出石墨烯薄片，它能将原始的石墨材料%转化为有用的导电油墨片，并且无需离心分离处理，节约了生产油墨的时间。研究成果发表于美国化学会《纳米》杂志。

背景

「导电油墨」，具有广泛的应用，例如印刷柔性电子器件：射频识别(RFID)天线、晶体管、太阳能电池。「物联网」为我们日常生活中的物品带来新的连接性，一个很好的例子就是RFID标签的食品包装。然而，为了满足物联网和电子设备发展的需求，我们要能使用「稳定的」、「导电的」、「无毒的」器件，「低成本且高效」地生产电子设备。

印刷多层材料

这种由「微流化法」生产出油墨，浓度高达「每升克石墨烯片」。这种经微流化工艺处理的石墨烯混合物，通过最有效的流变学修改器和稳定器处理，可被优化用于「丝网印刷」。

剑桥大学研究员，研究的领衔者PanagiotisKaragiannidis认为：

“研究动机在于使用高浓度油墨「丝网印刷」低薄层电阻的多层材料。”

除石墨烯外，该方法可以简单地用于其他的多层材料，例如六方氮化硼或者过渡金属二硫化物，从而能够提供一组可印刷的电路元件（导体、绝缘体、半导体），构建具有不同功能的电路。

部分经由微流化工艺处理的石墨烯油墨。

（图片来源：JamesMacleod/剑桥大学工程系）

石墨烯导电油墨性能极佳

这些产量很高的油墨含有未经化学修改的多层石墨烯，最终印刷成的材料具有优秀的导电性能。这种油墨也具有极好的薄层电阻，低于2Ω/sq，适用于RFID天线、光电和能量存储设备的电极，并且特别适合于低成本的应用。

微流化法

在「微流化法」处理过程中，石墨粉与水混合，然后加入表面活性剂，防止薄片聚集到一起。这种混合物通过微流化床装置，在一个曲形的微管道中接收高压处理。然后，湍流会通过具有金刚石涂层的微通道，从而达到s-1的超高剪切速率，将石墨剥离成几层薄片。更重要地是，所有的混合物都会流过微管道，经历高速剪切。这个过程可重复进行，从而达到符合要求的石墨烯薄片尺寸。

（图片来源：石墨烯旗舰项目/剑桥大学工程系）

Karagiannidis补充说道：

“所有的原始混合物，都同样经历了统一的密集裁剪，转化为有用的高浓度油墨。这个后加工处理过程中，并没有材料或者时间的浪费。”

可量产和商业化

（图片来源：石墨烯旗舰项目/剑桥大学工程系）

西班牙国家研究委员会(CSIC)的MarGarcía-Hernandez，是“石墨烯旗舰项目工作包启用材料”（GrapheneFlagshipWorkPackageEnablingMaterials）项目的领头人，该项目主要专注于为石墨烯和其他多层材料，开发可量产的合成方法。她评论说：

“对于应用于有机光电、RFID天线、导电涂料和纳米复合材料等领域的低成本、环境友好的石墨烯油墨来说，「微流化法」是一次巨大的飞跃。在真实世界的设备中，该方法扩大了多层材料的应用范围。”

石墨烯油墨要应用于印刷电子器件和其他方面，一个重要的问题就是可量产性。「微流化法」具有%的产量，能够产出高质量的石墨烯，很好地满足了商业化产品的量产需求。

该方法制造的油墨，已经被剑桥大学剥离的公司“剑桥石墨烯”（它最近被工程解决方案公司Versarien收购）进行了商业化。同时，这种油墨也应用于石墨烯旗舰项目的合作伙伴英国Novalia公司，用于他们的互动触摸式印刷电子器件（交互式新闻纸）的演示中。Novalia的ChrisJones评论道：

“对于具有可行性的市场应用，材料需要低成本、易于控制、性能稳定。我们使用了未经任何修改的、普通的工业丝网印刷设备，得到了稳定的结果，印刷了数以百计的世界移动大会的互动演示器。这十分令人兴奋，它成为了实验室和公众之间的关键连接点。”

石墨烯旗舰项目的科学技术总监，管理团队的主席AndreaFerrari说道：

“这是一个重要的概念性进展，将显著推进旗舰项目的创新和工业化。这个工艺已经得到了许可，并进行了商业化。即使在旗舰项目的生命周期内，它也能减少从实验室走向市场的时间。”

参考资料

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