RFID天線印刷油墨革新：借助石墨烯實(shí)現(xiàn)低成本、可循環(huán)和高導(dǎo)電的性能
作者：來(lái)源網(wǎng)絡(luò)(侵權(quán)刪)
日期：2023-12-08 16:59:29
摘要：石墨烯油墨大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的局限性可能已經(jīng)被克服
隨著科技的不斷發(fā)展，柔性印刷電子設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)大。為了滿足大規(guī)模、高效益的生產(chǎn)需求，研究人員正致力于開(kāi)發(fā)更省時(shí)、更成本有效的制造工藝。其中，石墨烯基可印刷油墨作為一種先進(jìn)的候選材料，引起了廣泛關(guān)注。
石墨烯是一種由單層碳原子以六邊形結(jié)構(gòu)組成的二維材料，具有出色的導(dǎo)電性和機(jī)械性能。將其制備成絲網(wǎng)印刷油墨，可以用于柔性印刷電子設(shè)備的制造。然而，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，需要解決一些關(guān)鍵問(wèn)題。首先，制備石墨烯油墨的溶劑需要具備可持續(xù)性和低成本的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的溶劑如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）雖然可以用于制備石墨烯油墨，但存在沸點(diǎn)高、毒性大等問(wèn)題，限制了其在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，研究人員正在尋找更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的替代方案。最近，有研究報(bào)道了一種通過(guò)回收利用制備高導(dǎo)電絲網(wǎng)印刷石墨烯油墨的可持續(xù)方法。該方法使用纖維素溶劑，不僅降低了生產(chǎn)成本，還實(shí)現(xiàn)了溶劑的循環(huán)使用，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。在制備過(guò)程中，通過(guò)控制墨水的濃度和粘度，實(shí)現(xiàn)了高濃縮、高導(dǎo)電的石墨烯墨水的制備。
其次，為了提高石墨烯油墨的電學(xué)性能，需要對(duì)其導(dǎo)電性進(jìn)行優(yōu)化。在研究中，研究人員通過(guò)對(duì)墨水的成分進(jìn)行優(yōu)化，提高了石墨烯墨水的導(dǎo)電率。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制剪切剝離過(guò)程的時(shí)間和溫度等因素，可以進(jìn)一步優(yōu)化石墨烯墨水的導(dǎo)電性能。此外，將石墨烯油墨應(yīng)用于柔性印刷電子設(shè)備的制造過(guò)程中，需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題是適應(yīng)各種基底材料。在研究中，研究人員嘗試將石墨烯油墨印刷在各種不同類(lèi)型的基底上，包括塑料、紙張和金屬等。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整印刷參數(shù)和基底預(yù)處理方法，可以獲得均勻、連續(xù)的石墨烯薄膜，實(shí)現(xiàn)了在不同基底上的高效印刷。總結(jié)來(lái)說(shuō)，這種石墨烯油墨的纖維素溶劑通過(guò)循環(huán)使用昔蘭尼溶劑，生產(chǎn)出高濃縮、高導(dǎo)電的石墨烯墨水，克服了纖維素溶劑成本高帶來(lái)的石墨烯墨水在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中的局限性。具體來(lái)說(shuō)，該溶劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.可回收利用：纖維素溶劑可以循環(huán)使用，從而降低了生產(chǎn)成本，并且減少了廢棄物產(chǎn)生。
2.高導(dǎo)電性：該溶劑制備出的石墨烯墨水具有高導(dǎo)電性，平均電導(dǎo)率可以超過(guò)3×10^4 s·m^-1。
3.可持續(xù)性：纖維素溶劑是一種可持續(xù)性的溶劑，相對(duì)于有毒的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議溶劑、復(fù)合離心和聲波降解法等傳統(tǒng)方法，具有更環(huán)保和可持續(xù)性的優(yōu)點(diǎn)。
因此，這種石墨烯油墨的纖維素溶劑能夠克服大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的局限性，實(shí)現(xiàn)低成本、環(huán)保和可持續(xù)性的生產(chǎn)。使用這種油墨的制成RFID標(biāo)簽性能優(yōu)秀
為了證明的這種可回收石墨烯墨水的實(shí)際效果，研究人員已將它們用于在紙質(zhì)基底上印刷遠(yuǎn)場(chǎng)UHF RFID標(biāo)簽天線。設(shè)計(jì)標(biāo)簽的幾何參數(shù)和布局如下圖所示：
最終印刷的石墨烯標(biāo)簽天線連接到傳感芯片，用于自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄，然后將從印刷石墨烯RFID傳感器獲得的結(jié)果與商業(yè)溫度計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較。溫度值隨時(shí)間的變化如下圖，數(shù)據(jù)表顯示了印刷石墨烯標(biāo)簽的優(yōu)異靈敏度和有效性能。溫度隨時(shí)間的明顯變化說(shuō)明了RFID傳感器的快速響應(yīng)，為瞬時(shí)檢測(cè)、準(zhǔn)確性和可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸提供了有力的證據(jù)，驗(yàn)證了印刷石墨烯電子產(chǎn)品在低成本、工業(yè)規(guī)模和完全可持續(xù)的無(wú)線傳感方面的潛力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。
石墨烯RFID傳感器獲得的結(jié)果與商業(yè)溫度計(jì)的結(jié)果對(duì)比
在未來(lái)，利用這種可持續(xù)且具有成本效益的技術(shù)，印刷石墨烯電子器件可以在需要低成本、大規(guī)模生產(chǎn)和高性能的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，例如柔性機(jī)器人、生物醫(yī)療系統(tǒng)，可穿戴設(shè)備和無(wú)線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控系統(tǒng)。
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