p (Phys.org) - Usando uma tinta contendo minúsculos flocos de grafeno, cientistas têm padrões de grafeno impressos a jato de tinta que podem ser usados ​​para imprimir detalhes finos, eletrodos altamente condutores. Embora o grafeno impresso a jato de tinta tenha sido demonstrado anteriormente, os padrões de grafeno impressos no novo estudo são cerca de 250 vezes mais condutores do que os padrões anteriores. A tinta de grafeno impressa também é altamente tolerante a tensões de flexão, com a capacidade de resistir ao dobramento com apenas uma ligeira diminuição na condutividade. p Os pesquisadores, Ethan B. Secor, et al., na Northwestern University em Evanston, Illinois, publicaram seu estudo sobre os padrões de grafeno de impressão a jato de tinta em uma edição recente da The Journal of Physical Chemistry Letters .

p Como explicam os pesquisadores, a impressão a jato de tinta é um método atraente para a impressão de componentes eletrônicos porque é de baixo custo, pode imprimir grandes áreas, e pode imprimir em substratos flexíveis. Os pesquisadores já usaram a impressão a jato de tinta para fabricar uma variedade de componentes, como transistores, células solares, LEDs, e sensores. Contudo, imprimir eletrodos altamente condutores ainda é um desafio devido à necessidade de resolução muito fina. Recentemente, pesquisadores se voltaram para o grafeno devido à sua alta condutividade, estabilidade química, e flexibilidade intrínseca em comparação com outras tintas, esperando que tintas à base de grafeno pudessem ser usadas para imprimir eletrodos.

p Uma das etapas mais importantes na impressão com tinta grafeno é a obtenção de uma grande quantidade de grafeno. Existem vários métodos para a produção em massa de grafeno, mas aquele com vantagens para a impressão a jato de tinta é a esfoliação - ou separação - de outros materiais, como grafite ou óxido de grafeno reduzido (RGO) para produzir flocos de grafeno. Estudos anteriores demonstraram a impressão a jato de tinta de flocos RGO esfoliados para eletrodos, sensores, e outros aplicativos. Contudo, as propriedades elétricas dos flocos RGO, que contêm carbono, oxigênio, e átomos de hidrogênio, são inferiores às propriedades dos flocos de grafeno puro, que contêm apenas átomos de carbono.

p Os métodos atualmente usados ​​para produzir grafeno puro por meio de esfoliação encontraram alguns desafios. O processo normalmente requer solventes e surfactantes que deixam resíduos no grafeno, o que diminui sua condutividade. Outro problema é que, enquanto pequenos flocos de grafeno são necessários para uma impressão estável, eles aumentam o número de junções floco-a-floco, que também diminui a condutividade.

p No novo estudo, os cientistas desenvolveram uma nova abordagem que supera esses problemas. O novo processo à temperatura ambiente usa etanol como solvente e etilcelulose como polímero estabilizador, nenhum dos quais deixa um resíduo. Este método produz altos rendimentos de um pó preto com um teor de grafeno de 15%, que é maior do que a maioria dos métodos anteriores. Os flocos de grafeno no pó têm espessuras de cerca de 2 nm e áreas de cerca de 50 x 50 nm ² . Embora um tamanho de floco tão pequeno resulte em numerosas junções floco-a-floco, o polímero estabilizador de etilcelulose reduz a resistência entre flocos melhor do que outros surfactantes.

p Os pesquisadores então dispersaram o pó preto em um solvente para criar uma tinta fluida que pode ser usada para impressão. Eles demonstraram a impressão a jato de tinta com a tinta à base de grafeno e descobriram que a excelente morfologia e condutividade da tinta permitiam a impressão de padrões precisos adequados para a impressão de eletrodos. Os pesquisadores também podem imprimir várias camadas de tinta, mantendo padrões uniformes, com cada camada adicionando cerca de 14 nm à espessura.

p Os pesquisadores avaliaram as propriedades mecânicas da tinta impressa imprimindo linhas em substratos flexíveis de poliimida. Eles descobriram que a condutividade da tinta permaneceu praticamente inalterada, mesmo em raios de curvatura altos de menos de 1 mm, mesmo que o substrato começou a rachar. Mesmo quando os pesquisadores dobraram um substrato com recursos impressos, a tinta mostrou apenas uma diminuição de 5% na condutividade, que provavelmente pode ser atribuída a rachaduras no substrato, em vez de danos à própria tinta. Os testes mecânicos sugerem que as tintas de grafeno podem ser usadas para criar dispositivos eletrônicos dobráveis ​​no futuro.

p "Essencialmente, todos os dispositivos e circuitos eletrônicos exigiam contatos e interconexões elétricos de alta condutividade e alta resolução, "co-autor Mark Hersam, professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Northwestern University, contado Phys.org . "Portanto, nossas tintas de grafeno têm o potencial de impactar uma ampla gama de aplicações, especialmente eletrônicos impressos, eletrônica flexível, e eletrônicos dobráveis. Exemplos de aplicativos downstream para esses tipos de dispositivos eletrônicos incluem smartphones, tablets, monitores de tela plana, e fotovoltaica. "

p No futuro, os pesquisadores planejam trabalhar na aplicação da nova tinta de grafeno a esses tipos de aplicações.

p "Até agora, alcançamos o desenvolvimento e caracterização da tinta de grafeno, "Hersam disse." Por outro lado, nossa pesquisa futura se concentrará na integração de nossas tintas de grafeno impressas em dispositivos e circuitos eletrônicos totalmente fabricados, incluindo as aplicações downstream listadas acima. Desta forma, podemos explorar totalmente nossos avanços fundamentais de pesquisa para a tecnologia do mundo real. " p Copyright 2013 Phys.org
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