Forskare har flyttat grafen – det otroligt starka och ledande enatomtjocka arket av kol – ett betydande steg på vägen från labbbänknyhet till kommersiellt gångbart material för nya elektroniska applikationer.

Forskare från University of Manchester, tillsammans med BGT Materials Limited, en grafentillverkare i Storbritannien, har tryckt en radiofrekvensantenn med komprimerat grafenbläck. Antennen fungerade tillräckligt bra för att göra den praktisk för användning i radiofrekvensidentifiering (RFID)-taggar och trådlösa sensorer, sa forskarna. Ännu bättre, antennen är flexibel, miljövänliga och skulle kunna masstillverkas billigt. Forskarna presenterar sina resultat i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

Studien visar att utskrivbar grafen nu är redo för kommersiell användning i billiga radiofrekvensapplikationer, sa Zhirun Hu, en forskare vid School of Electrical and Electronic Engineering vid University of Manchester.

"Poängen är att grafen inte längre bara är ett vetenskapligt under. Det kommer att ge många nya tillämpningar till vårt dagliga liv mycket snart, " lade Kostya S. Novoselov till, från School of Physics and Astronomy vid University of Manchester, som koordinerade projektet.

Grafen blir inked

Sedan grafen först isolerades och testades 2004, forskare har strävat efter att göra praktisk användning av dess fantastiska elektriska och mekaniska egenskaper. En av de första kommersiella produkterna tillverkade av grafen var ledande bläck, som kan användas för att skriva ut kretsar och andra elektroniska komponenter.

Grafenbläck är generellt billigt och mekaniskt flexibelt, fördelar den har jämfört med andra typer av ledande bläck, till exempel lösningar gjorda av metallnanopartiklar.

För att göra bläcket, grafenflingor blandas med ett lösningsmedel, och ibland tillsätts ett bindemedel som etylcellulosa för att hjälpa bläcket att fastna. Grafenbläck med bindemedel leder vanligtvis elektricitet bättre än bindemedelsfritt bläck, men först efter bindemedelsmaterialet, som är en isolator, bryts ner i en högvärmeprocess som kallas glödgning. Glödgning, dock, begränsar de ytor som grafenbläck kan tryckas på eftersom de höga temperaturerna förstör material som papper eller plast.

Forskningsteamet vid University of Manchester, tillsammans med BGT Materials Limited, hittat ett sätt att öka ledningsförmågan hos grafenbläck utan att ta till ett bindemedel. De åstadkom detta genom att först skriva ut och torka bläcket, och sedan komprimera den med en rulle, liknande sättet som ny beläggning komprimeras med en vägvält.

Att komprimera bläcket ökade dess ledningsförmåga med mer än 50 gånger, och det resulterande "grafenlaminatet" var också nästan två gånger mer ledande än tidigare grafenbläck gjord med ett bindemedel.

Den höga ledningsförmågan hos det komprimerade bläcket, som möjliggjorde effektiv radiofrekvent strålning, var en av de mest spännande aspekterna av experimentet, sa Hu.

Banar vägen till antenner, Trådlösa sensorer, och mer

Forskarna testade sitt komprimerade grafenlaminat genom att skriva ut en grafenantenn på ett papper. Antennen mätte cirka 14 centimeter lång, och 3,5 millimeter tvärs över och utstrålade radiofrekvenseffekt effektivt, sa Xianjun Huang, som är den första författaren till uppsatsen och doktorand i mikrovågs- ​​och kommunikationsgruppen vid School of Electrical and Electronic Engineering.

Skriva ut elektronik på billiga, flexibla material som papper och plast kan innebära att trådlös teknik, som RFID-taggar som för närvarande överför identifierande information om allt från boskap till bildelar, kan bli ännu mer allmänt förekommande.

De flesta kommersiella RFID-taggar är gjorda av metaller som aluminium och koppar, Huang sa, dyra material med komplicerade tillverkningsprocesser som ökar kostnaderna.

"Grafenbaserade RFID-taggar kan minska kostnaderna avsevärt tack vare en mycket enklare process och lägre materialkostnad, " sa Huang. University of Manchester och BGT Materials Limited-teamet har planer på att vidareutveckla grafenaktiverade RFID-taggar, samt sensorer och bärbar elektronik.