Новый материал на основе графена может совершить прорыв в печатной электронике

Графен, известный своей прочностью, проводимостью и толщиной в один атом, долгое время считался перспективным для гибкой электроники, носимых устройств и печатных датчиков. Однако создание практичных, пригодных для печати чернил на его основе оставалось сложной задачей из-за склонности графеновых листов к слипанию и резкому увеличению вязкости чернил даже при низких концентрациях.

Высококонцентрированные чернила на основе графена без добавок позволяют печатать высокоточные детали. Автор: Туан Киен Нгуен

Исследователи из Университета Монаша предложили новый подход, описанный в журнале Advanced Materials Technologies. Вместо использования полимерных связующих или поверхностно-активных веществ они изменили структуру самого материала.

Исходный графеновый материал (слева) и обработанный материал на основе графена — плотно-блочный восстановленный оксид графита (справа). Автор: Туан Киен Нгуен

Учёные разработали материал под названием плотно-блочный восстановленный оксид графита (DB-rGtO). В отличие от плоских чешуек, он формирует трёхмерные блоки из слабо упакованных графеноподобных слоёв. Такая структура менее склонна к необратимому слипанию и позволяет диспергировать материал в значительно более высоких концентрациях, сохраняя при этом хорошую текучесть.

Это тонкое изменение формы имеет большое значение. 3D-структура делает DB-rGtO менее склонным к необратимому слипанию и агрегации, а также уменьшает резкое увеличение вязкости, характерное для обычных графеновых листов.

В испытаниях дисперсии DB-rGtO оставались пригодными для печати при концентрациях, превышающих 100 миллиграммов на миллилитр, и даже до 200 миллиграммов на миллилитр, без каких-либо связующих добавок.

Используя эти чернила, команда продемонстрировала высокоразрешающую трафаретную печать на гибких подложках, создавая чёткие узоры с размерами элементов порядка сотен микрометров. Напечатанные графеновые плёнки также эффективно работали в качестве электротермических нагревателей.

Высококонцентрированные чернила имеют ключевое значение для практических технологий печати, так как сокращают расход растворителя, снижают энергозатраты на сушку и уменьшают количество проходов печати, делая производство быстрее, дешевле и экологичнее. Этот подход открывает новый путь к созданию масштабируемых высокопроизводительных графеновых чернил.