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最近，欧盟石墨烯旗舰项目和英国剑桥大学石墨烯中心的科研人员一起开发了一种新工艺，它能生产出高质量、高浓度、水基的石墨烯导电油墨。它使用了微流化法的超高剪切力，从石墨中剥离出石墨烯薄片，它能将原始的石墨材料100%转化为有用的导电油墨片，并且无需离心分离处理，节约了生产油墨的时间。研究成果发表于美国化学会《纳米》杂志。

背景

导电油墨，具有广泛的应用，例如印刷柔性电子器件：射频识别(RFID)天线、晶体管、太阳能电池。物联网为我们日常生活中的物品带来新的连接性，一个很好的例子就是RFID标签的食品包装。然而，为了满足物联网和电子设备发展的需求，我们要能使用稳定的、导电的、无毒的器件，低成本且高效地生产电子设备。

印刷多层材料

这种由微流化法生产出油墨，浓度高达每升100克石墨烯片。这种经微流化工艺处理的石墨烯混合物，通过最有效的流变学修改器和稳定器处理，可被优化用于丝网印刷。

剑桥大学研究员，研究的领衔者 Panagiotis Karagiannidis认为：

“研究动机在于使用高浓度油墨丝网印刷低薄层电阻的多层材料。”

除石墨烯外，该方法可以简单地用于其他的多层材料，例如六方氮化硼或者过渡金属二硫化物，从而能够提供一组可印刷的电路元件（导体、绝缘体、半导体），构建具有不同功能的电路。

部分经由微流化工艺处理的石墨烯油墨。

（图片来源：James Macleod/剑桥大学工程系）

石墨烯导电油墨性能极佳

这些产量很高的油墨含有未经化学修改的多层石墨烯，最终印刷成的材料具有优秀的导电性能。这种油墨也具有极好的薄层电阻，低于2 Ω/sq，适用于RFID天线、光电和能量存储设备的电极，并且特别适合于低成本的应用。

研究人员Stephen Hodge（左）和Panagiotis Karagiannidis（右）用微流化法制备石墨烯油墨。

由微流化过程产生的油墨具有高达每升100g的石墨烯薄片的高浓度，并且可以优化用于丝网印刷。这些油墨也可用于创造新型复合材料，涂料和能量存储装置。该方法可以容易地应用于其它层状材料，例如六方氮化硼或过渡金属二硫属化物，以提供可印刷电路部件 - 导体，绝缘体和半导体 - 的族，其用于构建具有不同功能的印刷电子器件。这些油墨非常适合低成本重要的应用。

可量产和商业化

使用100％产率的微流化方法，现在可以以足够的量为商业产品生产高质量的石墨烯油墨。使用该方法生产的油墨已经通过剑桥大学（Cambridge University）出口公司Cambridge Graphene已经商业化，该公司最近被工程解决方案公司Versarien收购。这些油墨还提供给位于剑桥的创新印刷公司Novalia，用于其基于触摸的印刷电子演示。

剑桥石墨烯中心研究员Panagiotis Karagiannidis博士是这项工作的主要作者。“动机是需要通过使用高浓度油墨的丝网印刷生产具有低薄层电阻的层。在微流化过程中，所有起始混合物经历相同的均匀强化剪切水平，将其转化为具有高不会浪费材料或耗时的后处理。

Andrea Ferrari教授是剑桥石墨烯中心主任，Graphene旗舰的科学技术官员，以及旗舰管理小组主席。他说：“这是一个重要的概念进步，将显着帮助Graphene旗舰的创新和工业化目标。事实上，该过程已经获得许可和商业化，表明如何将实验室时间缩短到市场，即使在旗舰的寿命“。

Novalia公司的Chris Jones说：“对于可行的市场应用，材料需要具有成本效益，易于操作和性能一致性，我们在普通工业丝网印刷设备上运行这些墨水，无需修改，获得一致的结果，移动世界大会这是一个非常令人兴奋的点 - 实验室和公众之间的关键时刻。

西班牙国家研究委员会（CSIC）的MarGarcía-Hernandez是石墨烯旗舰工作包促进材料的领导者，该公司致力于石墨烯和其他层状材料的可扩展合成方法的开发。“微流化是在有机光伏，RFID天线，导电涂层或纳米复合材料中应用负担得起和环保的石墨烯油墨方面的巨大飞跃，该方法肯定非常适用于各种其他层状材料油墨的合成，层状材料在现实设备中的应用范围“。

参考资料

【1】http://graphene-flagship.eu/scalable-graphene-inks

【2】Panagiotis G. Karagiannidis, Stephen A. Hodge, Lucia Lombardi, Flavia Tomarchio, Nicolas Decorde, Silvia Milana, Ilya Goykhman, Yang Su, Steven V. Mesite, Duncan N. Johnstone, Rowan K. Leary, Paul A. Midgley, Nicola M. Pugno, Felice Torrisi, Andrea C Ferrari. Microfluidization of Graphite and Formulation of Graphene-Based Conductive Inks. ACS Nano, 2017; DOI: 10.1021/acsnano.* b077* *

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