石墨烯墨水正在进行卷对卷打印。图片来源:Tawfique Hasan
一种低成本、高速的方法，使用传统的卷对卷印刷工艺来印刷石墨烯油墨，就像印刷报纸和薯片包装一样，可能会带来广泛的实际应用，包括廉价的印刷电子产品、智能包装和一次性传感器。
该方法由剑桥大学的研究人员与剑桥科技公司Novalia合作开发，允许将石墨烯和其他导电材料添加到传统的水性油墨中，并使用典型的商业设备打印，这是石墨烯首次被用于大规模商业印刷机的高速印刷。
石墨烯是一个二维的碳原子层，只有一个原子厚。它的柔韧性、光学透明度和导电性使其适用于广泛的应用，包括印刷电子。尽管世界各地已经展示了许多实验室原型，但石墨烯的广泛商业应用尚未实现。
“我们很高兴成为第一个将石墨烯墨水推向现实生产的公司。有很多公司已经生产出石墨烯墨水，但没有一家的规模接近这个水平，”剑桥石墨烯中心(CGC)的Tawfique Hasan博士说，他开发了这种方法。“能够生产出能够以非常快的速度轻松用于商业规模印刷的导电墨水，将为石墨烯和其他类似材料开辟各种不同的应用领域。”
“这种方法将使我们把电子系统变成完全意想不到的形状，”诺瓦利亚公司的克里斯·琼斯说。“这是一项非常灵活的实现技术。”
哈桑的方法是在该大学的纳米科学中心开发的，其工作原理是将微小的石墨烯颗粒悬浮在“载体”溶剂混合物中，并将其添加到导电水性油墨配方中。可以调整成分的比例来控制液体的性质，使载体溶剂很容易混合到传统的导电水性油墨中，显著降低阻力。同样的方法也适用于石墨烯以外的材料，包括金属、半导体和绝缘纳米颗粒。
目前，印刷的导电图案使用不导电的碳和其他材料的组合，最常见的是银，它是昂贵的。银基墨水每公斤的价格为1000英镑或更多，而这种新的石墨烯墨水配方要便宜25倍。
此外，银是不可回收的，而石墨烯等碳材料很容易回收。新方法使用廉价、无毒、环保的溶剂，可在室温下快速干燥，降低油墨固化的能源成本。一旦干燥，“电墨水”也是防水的，并附着在基材上非常好。
以石墨烯为基础的油墨以每分钟100多米的速度打印，这符合图形打印的商业生产速度，远远快于早期的原型。两年前，哈桑和他的同事用石墨烯油墨制作了一种透明的、可弯曲的钢琴原型，制作过程耗时6到8个小时。
通过使用这种新油墨，纸张或塑料上的多功能设备可以以每分钟300个的速度生产，成本非常低。Novalia还制作了一个印刷的DJ甲板和交互式海报，使用相同的方法，它就像一个鼓包。
Hasan和CGC混合纳米材料工程小组的博士生Guohua Hu, Richard Howe和Zongyin Yang，与Novalia合作，在一个典型的商业印刷机上测试了这种方法，使用石墨烯墨水打印不需要任何修改。除了为石墨烯带来新的应用之外，该方法还可能为商业图形打印机带来全新的商机，使其可以进军电子领域。
“英国，尤其是剑桥地区，在印刷领域一直很强大，但主要是图形印刷和包装，”哈桑说，他是皇家工程研究院研究员和工程学院的大学讲师。“我们希望利用这种强大的本地专业技术来扩展我们的功能性油墨平台。除了更便宜的可打印电子产品，这项技术还开辟了潜在的应用领域，如智能包装和一次性传感器，迄今为止，由于成本问题，这些领域在很大程度上还无法实现。”
在短期到中期，研究人员希望用他们的方法来制造打印的、一次性的生物传感器、能量采集器和RFID标签。
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