直接使用圆珠笔绘制柔性电路!基于石墨烯纳米片/MWCNT/碳黑纳米复合材料
包含导电墨水的笔可以在各种表面上绘制电路-甚至是丝瓜络(在此可见)。
导电油墨是在表面上印刷柔性电子电路的绝佳工具。但是这些墨水可能很昂贵,无法在某些材料上使用,并且使用它们的设备可能会堵塞。
现在,武汉大学印刷与包装系科学家在ACSAppliedElectronicMaterials中报告说,他们已经开发出了廉价的导电墨水,用于无堵塞的圆珠笔,使用户几乎可以在任何地方(甚至在人体皮肤上)编写电路。
柔性电子产品广泛用于生物传感器,电子皮肤和能量存储等应用中。生产这样的设备的最新进展包括可以在表面上画电路的笔,而无需打印机。这些笔可以在各种纹理上书写,有些甚至可以在不适合打印的粗糙或不规则表面上绘画。但是,很难制造出能保持良好电路书写性能的圆珠笔,因为笔尖会堵塞。另一个挑战是这些系统中通常使用的金属油墨制造成本高昂。尚不清楚这些笔和墨水随着时间的推移是否稳定。因此,于辽,钱峻和他的同事着手设计一种廉价而有效的笔墨系统。
技术要点:
在先前工作的基础上,科学家开发了一种水性油墨,其中包含由石墨烯纳米片,多壁碳纳米管和炭黑组成的导电碳颗粒。加入马来酸酐改性的松香树脂作为粘合剂以降低油墨的固含量和粘度,并加入黄原胶以稳定分散液,使碳不会从油墨中沉淀出来。研究人员优化了相对于笔尖的粘度和导电颗粒的尺寸,从而创建了一个在平坦和不规则表面(甚至是丝瓜)上都能提供稳定流畅的书写性能的系统。
制备了具有优异的稳定性并且没有有害气体排放的可写的超细水性导电油墨。碳导电颗粒的质量分数为4.95%,平均中值粒径(D50)低至5μm。通过连续研磨分析油墨中的导电碳颗粒的尺寸,并解释了具有小粒径和大比表面积的导电颗粒的再聚结现象。此外,可写石墨烯纳米片/多壁碳纳米管(MWCNT)/炭黑纳米复合导电油墨的薄层电阻为11.1Ω·sq–1。在r/min的离心速度下持续15分钟,墨水的性能保持稳定。
此外,基于可写导电墨水开发了稳定的导电圆珠笔,并测试了直接手写纸基柔性电路的优异电气和机械性能以及直接手写纸基化学电池的电化学性能。
总结:
用笔在纸上绘制的电路可以经受多次折叠而不会变质。研究人员指出,该墨水在放置12小时后仍保持稳定,在使用过程中不会释放有害气体,并且成本大大低于文献中报道的其他成本。这些笔可用于在柔软的基材或人体皮肤上绘制柔性的,可穿戴的电子设备。