石墨烯油墨打印应用

摘要:传统印制电路板必须经过化学蚀刻工艺,化学蚀刻带来的化学残液的处理问题,对环境的污染越来越严重,特别是有毒的氰化物、重金属(如重铬酸钾)对水和土壤的污染,引发一系列的生态和社会问题。石墨烯的出现有望改变这一现状,本文介绍石墨烯油墨的优势与应用前景,并提出一种新型石墨烯制备方式。

关键词:驰飞超声波;超声波纳米制备装置;石墨烯;石墨烯油墨


      喷墨打印可低成本、大面积地打印出柔性基底,是生产电子元件的一个有吸引力的方法。先前的研究已经喷墨打印出晶体管、太阳能电池、发光二极管、传感器等各种元器件,但打印高导电电极仍然是一个挑战,因为其要求非常精细的分辨率。日前,科学家根据石墨烯优良的导电性,研发石墨烯油墨,通过CAD电路设计,将石墨烯油墨直接打印在基板上,经过试制,取得良好的效果。通过这项新工艺,一方面,大大减少化学蚀刻繁琐工序,减少质量控制环节,提高印制电路板质量可控性;另一方面,可以大大减少对环境的污染;再者,减少对铜的使用,直接在基板上进行打印。石墨烯油墨线路板打印技术这项新工艺,开启了印制电路板新工艺新纪元,是一项颠覆传统工艺的新技术。

      石墨烯打印最重要步骤之一是获得大量的石墨烯。目前通过剥离生产纯净石墨烯的方法中,通常使用的溶剂和表面活性剂会留下残余物,从而降低其导电率。另一个问题是,小的石墨片对印刷稳定性的要求很高,且其大量片状交界处也降低了导电性。

      为克服这些问题,驰飞超声波开发出一种新方法,利用自主研发的超声波纳米制备装置剥离石墨烯,将高定向热解石墨用双面胶带固定在上下两个基片之间,浸于去离子水中,超声波纳米制备装置放入其中并启动,进行横向振动,超声波的制备时间控制在50min、温度10~40℃。将高定向热解石墨与上基片分离,并用双面胶带固定在新的上基片之下;重复以上过程5~10次,直至得到石墨烯;用分析纯的丙酮去除石墨烯表面残余胶带成分,该方法利用超声波破坏石墨层之间的键以剥离出石墨烯,均匀性好、效率高,避免了手工剥离法胶带残胶的影响,具有较强的推广与应用价值。

      驰飞超声波研发的超声波纳米制备装置推动了石墨烯油墨在电路板打印的发展。今后,为了探寻石墨烯更广阔的应用领域,驰飞超声波仍然会继续寻求更为优异的超声波石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用。

 


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