兰州大学：简易制备高导电石墨烯油墨，用于集成可穿戴电子产品等

成果简介

导电石墨烯油墨在制造高性能柔性可穿戴电子产品方面显示出巨大的潜力。然而，缺乏具有成本效益、直接和简便的途径来配制具有优异导电性和高表观粘度的多功能石墨烯水性油墨，极大地限制了它们的应用，特别是在高浓度加工和增材制造中。本文，兰州大学拜永孝教授团队在《Adv. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Sand-Milling Exfoliation of Structure Controllable Graphene for Formulation of Highly Conductive and Multifunctional Graphene Inks”的论文，研究报道了基于结构可控、砂磨剥落的高浓度石墨烯水性油墨原料。这样的路线产生62.8%的石墨烯分散在水中，浓度高达25.1mg mL−1，可配制成水性油墨，具有优异的印刷适性。

因此，进一步证明了将粘性石墨烯油墨丝网印刷到薄膜加热器件和微型超级电容器（MSC）中。由于其出色的导电性（高达 ≈870 S cm−1退火后），石墨烯薄膜在加热装置中展示了8 V下的快速升温（171.9°C），以及高面电容（1.36 mF cm−2），分别在 MSC 中。因此，人们认为，机械剥落石墨烯油墨在高性能可印刷可穿戴电子产品的可扩展生产中具有巨大的前景。

图文导读

图1、a） 石墨烯CEMC水溶液和粘性石墨烯油墨的制备工艺示意图。b） 通过丝网印刷制造石墨烯油墨膜和MSC。

图2、a) 石墨烯的电导率和浓度随剥离时间的变化。b,c) 石墨烯反应8小时后的AFM图像。f) 石墨烯横向片状大小的直方图。g) 剥落8小时的石墨烯的HRTEM图像。

图3、a) 分散剂溶液和石墨烯油墨的表观粘度与剪切率之间的关系。插图是粘性墨水的光学图片。b) PET基材上印刷薄膜的光学图片和墨水薄膜的横截面。c) 石墨烯墨水在多样化基材上的手写图案 d) 墨水薄膜的电导率的变化是弯曲周期的函数，前后弯曲和扭曲。弯曲曲率半径分别为0.8厘米。e）石墨烯油墨的电子电路应用照片。

图4、a) 固定退火时间为60分钟时，电导率随退火温度的变化；b) 电导率随退火时间的变化；c) 起始石墨粉、墨膜和退火墨膜（300℃）的拉曼光谱；d) 未退火石墨烯墨膜的SEM形态；e) 退火石墨烯墨膜的SEM形态；f) 石墨烯薄膜结构的模拟图。

图5、a) 涂在PI上的退火油墨薄膜的加热性能测试。b) 不同直流电压下退火油墨薄膜的红外图像。插图显示了弯曲过程中薄膜加热装置的原理图。e) 印刷在玻璃上的大面积薄膜的加热性能测试。f) 14.0V直流电压下基于石墨烯薄膜的沸水实验。

图6.Gr-MSC的电化学表征。

小结

综上所述，这样一种具有成本效益的纳米制造方法将为可扩展的剥落石墨烯铺平道路，以配制用于集成可穿戴电子设备的石墨烯墨水。

文献：

https://doi.org/10.1002/admi.202000888