Konduktivt bläck är användbart för en rad applikationer, inklusive tryckt och flexibel elektronik såsom radiofrekvensidentifieringsantenner (RFID), transistorer eller solceller. Tillkomsten av sakernas internet förutspås leda till ny anslutning inom vardagliga föremål, inklusive i livsmedelsförpackningar. Det finns ett tydligt behov av billig och effektiv produktion av elektroniska apparater med hjälp av stabila, ledande och giftfria komponenter.

En ny metod för att producera hög kvalitet, vattenbaserade ledande grafenbläck med höga koncentrationer har utvecklats av forskare från Graphene Flagship som arbetar vid Cambridge Graphene Center vid University of Cambridge, STORBRITANNIEN. Den nya metoden använder ultrahöga skjuvkrafter i en mikrofluidiseringsprocess för att exfoliera grafenflingor från grafit. Processen omvandlar 100 % av utgångsgrafitmaterialet till användbara flingor för ledande bläck, undviker behovet av centrifugering och minskar tiden det tar att producera ett användbart bläck. Forskningen är publicerad i ACS Nano .

Bläcket som produceras av mikrofluidiseringsprocessen har höga koncentrationer på upp till 100 g grafenflingor per liter och kan optimeras för screentryck. Dessa bläck kan också användas för att skapa nya kompositer, beläggningar och energilagringsanordningar. Denna metod kan lätt appliceras på andra skiktade material, såsom hexagonal bornitrid eller övergångsmetalldikalkogenider, att tillhandahålla en familj av utskrivbara kretskomponenter – ledare, isolatorer och halvledare – för att bygga tryckt elektronik med olika funktionaliteter. Dessa bläck är idealiska för applikationer där låg kostnad är viktig.

Med 100 % utbyte av mikrofluidiseringsmetoden, det är nu möjligt att producera grafenbläck av hög kvalitet i tillräckliga mängder för kommersiella produkter. Bläck som produceras med denna metod har redan kommersialiserats via ett spin-out-företag från University of Cambridge, Cambridge Graphene, som nyligen förvärvades av verkstadslösningsföretaget Versarien. Bläcken levereras även till Novalia, ett innovativt tryckeri baserat i Cambridge, för användning i deras interaktiva touch-baserade tryckta elektroniska demos.

Dr. Panagiotis Karagiannidis, en forskare vid Cambridge Graphene Centre, är huvudförfattare till verket. "Motivationen var behovet av att skikt med låg arkresistens skulle produceras genom screentryck med bläck med hög koncentration. I mikrofluidiseringsprocessen, hela utgångsblandningen upplever samma enhetliga intensiva skjuvningsnivåer, omvandla det till ett användbart bläck med hög koncentration. Det finns inget slöseri med material eller tidskrävande efterbearbetning."

Prof. Andrea Ferrari är chef för Cambridge Graphene Centre, Science and Technology Officer för flaggskeppet grafen, och ordförande för flaggskeppsledningspanelen. Han sa:"Detta är ett viktigt konceptuellt framsteg, och kommer att avsevärt bidra till innovations- och industrialiseringsmålen för grafenflaggskeppet. Det faktum att processen redan är licensierad och kommersialiserad indikerar hur det är möjligt att minska tiden från lab till marknad även under flaggskeppets livstid. "

Chris Jones från Novalia sa "För livskraftiga säljbara applikationer, materialen måste vara kostnadseffektiva, lätt att hantera och visar konsekvent prestanda. Vi körde dessa bläck på vanlig industriell screentryckutrustning utan modifiering och uppnådde konsekventa resultat, skriva ut hundratals interaktiva demonstranter för Mobile World Congress. Det här är en mycket spännande punkt - en kritisk knutpunkt mellan laboratoriet och allmänheten."

Mar García-Hernandez från det spanska nationella forskningsrådet (CSIC) är ledare för Graphene Flagship Work Package Enabling Materials, som är inriktat på utveckling av skalbara syntesmetoder för grafen och andra skiktade material. "Mikrofluidisering är ett stort steg framåt mot tillämpningar av prisvärda och miljövänliga grafenbläck i organiska solceller, RFID -antenner, elektriskt ledande beläggningar eller nanokompositer. Metoden är säkerligen väl lämpad för syntes av en mängd andra skiktade materialbläck, vilket kommer att utöka tillämpningsområdet för skiktmaterial i verkliga enheter. "