石墨烯技术潜在应用

文章来源:http://wwww.tangeer.com   作者:管薇   阅读次数:566   日期:2017-3-27



石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约1 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。鉴于以上特征,小编在这里总结了石墨烯技术的主要应用和终端用户。

石墨烯应用领域技术成熟度(TRL)评估:我国石墨烯领域研发起步较晚,但发展较快,有潜在优势和后发优势。目前中国是目前石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。石墨烯有望被列为“十三五”重点新材料。  低成本以及高速的石墨烯油墨印刷方法使用传统的卷到卷的印刷工艺,像印刷报纸一样。这项技术可以开辟广泛的实际应用,包括廉价的印刷电子,智能包装和一次性传感器。剑桥大学以及在剑桥起步的技术公司Novalia协作开发此技术,该方法允许石墨烯和其它导电材料,使用典型的水基油墨以及传统商用设备进行印刷。这是石墨烯在第一次实现了高速以及大规模的商业印刷。

石墨烯是碳原子的一个两维薄膜,只有一个原子厚。其力学性能,光学透明性和导电性使其适用于广泛的应用,包括印刷电子。尽管许多实验室样机已被证实可用,但石墨烯的广泛商业应用尚未实现。“这种方法将使我们能够把电子系统具备完全出乎意料的形状,”Novalia的Chris Jones说。 “这是一个令人难以置信的灵活技术。”

这种技术的工作原理是在一个“载体”即溶剂混合物中加入导电性的水基油墨配方,其中含有悬浮的石墨烯微小颗粒。各成分的比例可进行调整,以控制液体的性质,从而使载体溶剂可以很容易地混入常规的导电性的水性油墨,以显著降低电阻。同样的方法适用于石墨烯及类似材料等,包括金属,半导体和绝缘纳米粒子。

目前,印刷导电图案使用的是导电碳与其它材料,最常见的银,这是昂贵的组合。银基油墨的成本是每公斤1000欧元以上,而这个新的石墨烯油墨配方便宜了25倍。此外,银是不能回收利用的,而石墨烯和其他的碳材料可以很容易地回收利用。新方法的使用,能够迅速在室温下进行干燥,从而降低油墨固化的能源成本,而且溶剂廉价、无毒和对环境友好。一旦干燥,“电墨”会变得防水。

石墨烯基油墨的印刷速度超过100米/分钟,这是符合商业生产所需的速度的。两年前,哈桑和他的同事们采用石墨烯基油墨制作了透明和灵活的钢琴(下图),其中历时八小时就做出了原型。在短期到中期内,研究人员希望用自己的方法,印刷一次性生物传感器,能量采集器和RFID标签等。


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