直接使用原子筆繪製柔性電路!基於石墨烯/碳黑納米等複合材料

2021-01-09 3xmaker合越智能

直接使用原子筆繪製柔性電路!基於石墨烯納米片/ MWCNT /碳黑納米複合材料

包含導電墨水的筆可以在各種表面上繪製電路-甚至是絲瓜絡(在此可見)。

導電油墨是在表面上印刷柔性電子電路的絕佳工具。但是這些墨水可能很昂貴,無法在某些材料上使用,並且使用它們的設備可能會堵塞。

現在,武漢大學印刷與包裝系科學家在ACS Applied Electronic Materials中報告說,他們已經開發出了廉價的導電墨水,用於無堵塞的原子筆,使用戶幾乎可以在任何地方(甚至在人體皮膚上)"編寫"電路。

柔性電子產品廣泛用於生物傳感器,電子皮膚和能量存儲等應用中。生產這樣的設備的最新進展包括可以在表面上畫電路的筆,而無需印表機。這些筆可以在各種紋理上書寫,有些甚至可以在不適合列印的粗糙或不規則表面上繪畫。但是,很難製造出能保持良好電路書寫性能的原子筆,因為筆尖會堵塞。另一個挑戰是這些系統中通常使用的金屬油墨製造成本高昂。尚不清楚這些筆和墨水隨著時間的推移是否穩定。因此,於遼,錢峻和他的同事著手設計一種廉價而有效的筆墨系統。

技術要點:

在先前工作的基礎上,科學家開發了一種水性油墨,其中包含由石墨烯納米片,多壁碳納米管和炭黑組成的導電碳顆粒。加入馬來酸酐改性的松香樹脂作為粘合劑以降低油墨的固含量和粘度,並加入黃原膠以穩定分散液,使碳不會從油墨中沉澱出來。研究人員優化了相對於筆尖的粘度和導電顆粒的尺寸,從而創建了一個在平坦和不規則表面(甚至是絲瓜)上都能提供穩定流暢的書寫性能的系統。

製備了具有優異的穩定性並且沒有有害氣體排放的可寫的超細水性導電油墨。碳導電顆粒的質量分數為4.95%,平均中值粒徑(D50)低至5μm。通過連續研磨分析油墨中的導電碳顆粒的尺寸,並解釋了具有小粒徑和大比表面積的導電顆粒的再聚結現象。此外,可寫石墨烯納米片/多壁碳納米管(MWCNT)/炭黑納米複合導電油墨的薄層電阻為11.1Ω·sq –1。在3000 r / min的離心速度下持續15分鐘,墨水的性能保持穩定。

此外,基於可寫導電墨水開發了穩定的導電原子筆,並測試了直接手寫紙基柔性電路的優異電氣和機械性能以及直接手寫紙基化學電池的電化學性能。

總結:

用筆在紙上繪製的電路可以經受多次摺疊而不會變質。研究人員指出,該墨水在放置12小時後仍保持穩定,在使用過程中不會釋放有害氣體,並且成本大大低於文獻中報導的其他成本。這些筆可用於在柔軟的基材或人體皮膚上繪製柔性的,可穿戴的電子設備。

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