Применение графеновых чернил для беспроводной мобильной электроники

На изображениях представлены снимки графеновых чернил после нанесения и сушки (a) и после прессовки (b). Благодаря прессовке слой графена уплотняется, и электрическая проводимость пластины увеличивается.

Ученые нашли еще одну сферу использования графена (прочной модификации углерода толщиной в один атом с высокой проводимостью): производство мобильной электроники. Исследователи создали радиочастотную антенну с помощью прессованных графеновых чернил. По данным ученых, антенну можно использовать для производства беспроводных датчиков и радиочастотных меток. Антенна представляет собой гибкий элемент, который можно встроить в любое устройство. Помимо этого, антенна экологически безопасна, а производство не требует больших затрат.

Исследователи из Манчестерского университета и инженеры компании BGTMaterialsLimited, производящей графен в Великобритании, отпечатали радиочастотную антенну с помощью прессованных графеновых чернил. Опыты показали, что графен в виде чернил хорошо подходит для коммерческого использования – например, для производства недорогих радиочастотных элементов.

Константин Новоселов, сотрудник Школы физики и астрономии Манчестерского университета и координатор проекта, отмечает: «Это настоящее событие – графен теперь не просто научное чудо! Это материал, который поможет сделать нашу повседневную жизнь лучше и удобнее».

Графеновые чернила

С того времени, как графен был впервые получен в 2004 году, исследователи уделяли большое внимание вопросу о том, как можно использовать его невероятные электрические и механические свойства. Одним из первых коммерческих продуктов на основе графена стали проводящие чернила, которые могут использоваться для печати схем и других компонентов электроники.

Получение графеновых чернил обходится очень дешево, а сами чернила после нанесения представляют собой гибкую структуру. Этим графеновые чернила выгодно отличаются от других проводящих чернил, например, на основе металлических наночастиц.

Для образования чернил чешуйки графена смешиваются с растворителем. Иногда добавляется связующее вещество для того, чтобы чернила лучше зафиксировались на подложке. Графеновые чернила со связующим веществом обычно еще лучше проводят электричество, чем без него. Однако в этом случае требуется отжиг, поскольку без термообработки проводящее вещество служит скорее изолятором, чем проводником. С другой стороны, отжиг накладывает ограничения на перечень материалов подложки: при высоких температурах такие подложки, как бумага или пластик, сразу разрушаются.

Команда исследователей нашла способ повышения проводимости графеновых чернил без использования связующего вещества. Для этого ученые прессуют высохшие чернила с помощью специального ролика – по аналогии с тем, как каток уплотняет новое дорожное покрытие.

Прессовка позволяет увеличить проводимость чернил более чем в 50 раз, а проводимость полученного «графенового ламината» в 2 раза выше, чем проводимость графеновых чернил со связующим веществом.

Путь к практическому использованию

Исследователи провели испытания прессованных графеновых чернил – они отпечатали графеновую антенну на листе бумаги. Размеры антенны составили 14 см в длину и 3,5 мм в ширину. Тесты показали, что антенна функционирует отлично.

Печать электронных схем на дешевых и гибких материалах, таких как бумага или пластик, позволит еще больше развить беспроводные технологии. Например, радиометки, использующиеся во всех сферах промышленности – от автомобильной до сельскохозяйственной – могут стать еще более доступным средством идентификации.

Сейчас большая часть радиометок изготавливается из металлов – алюминия и меди. Это дорогие материалы, использование которых предполагает применение сложных производственных процессов, в результате чего повышается и цена готового изделия.

«Радиометки на основе графена будут значительно дешевле благодаря более простому процессу изготовления и ограниченным затратам на материалы», - говорит один из исследователей. В дальнейшие планы исследователей входит применение графеновых чернил при производстве датчиков и мобильной электроники.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?