science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Additieve productie van grafeen voor flexibele en bedrukbare elektronica

Krediet:CC0 Publiek Domein

Onderzoek geleid door Suprem Das van de Kansas State University, assistent-professor industriële en productiesysteemtechniek, in samenwerking met Christopher Sorensen, universiteitshoogleraar natuurkunde, toont mogelijke manieren om op grafeen gebaseerde nano-inkten te produceren voor additieve fabricage van supercondensatoren in de vorm van flexibele en afdrukbare elektronica.

Terwijl onderzoekers over de hele wereld de mogelijke vervanging van batterijen door supercondensatoren bestuderen, een energieapparaat dat zeer snel kan opladen en ontladen - binnen enkele tientallen seconden - heeft het team onder leiding van Das een alternatieve voorspelling. Het werk van het team zou kunnen worden aangepast om ze te integreren om de langzame laadprocessen van batterijen te overwinnen. Verder, Das is bezig met het ontwikkelen van additieve fabricage van kleine supercondensatoren, micro-supercondensatoren genaamd, zodat ze op een dag kunnen worden gebruikt voor integratie op waferschaal in siliciumverwerking.

"Additieve productie is fascinerend, kosteneffectief en heeft veelzijdige ontwerpoverwegingen, ' zei Das.

Het team heeft supercondensatoren ontwikkeld die zijn getest voor 10, 000 cycli van laad- en ontlaadcycli, een getal dat veelbelovend is om de betrouwbaarheid van deze apparaten te evalueren, Das zei dat het team ook de veelzijdigheid van deze micro-supercondensatoren bestudeert door op mechanisch flexibele oppervlakken te printen. Voor deze, ze gebruikten 20 micrometer dunne polyimide-plastic-substraten met een hoge betrouwbaarheid. Das is zeer geïnteresseerd in het vertalen van opkomende materialen naar apparaten.

"Als je denkt aan de beste materialen en de beste apparaten wilt maken, het is niet eenvoudig en duidelijk, " zei Das. "Men moet dan de onderliggende natuurkunde en scheikunde van apparaten begrijpen."

Een ander voordeel van Das' uitvinding zijn de groene aspecten van het onderzoek dat hij in beeld heeft gebracht door constructieve gesprekken met Sorensen. Toen Das Sorensen ontmoette, hij realiseerde zich dat hij zijn expertise in additive manufacturing kon gebruiken om deze materialen om te zetten in bruikbare dingen; in dit geval, het maken van kleine energieopslagapparaten.

Een paar maanden later, Das vroeg een Amerikaans patent aan na het ontwikkelen van een nano-inkttechnologie en gebruikte het om geprinte micro-supercondensatoren te demonstreren.

Das is vooral geïnteresseerd in het vormen van deze synergetische samenwerking met Sorensen vanwege de energiezuinige, zeer schaalbare en chemicaliënvrije aard van het productieproces van grafeen en het productieproces van grafeeninkt van zijn eigen groep. Beide processen zijn gepatenteerde/patent aangevraagde technologieën en zijn industrieel relevant, zei Das.

"Wij maken hoogwaardige, meerlaags grafeen door brandstofrijke mengsels van onverzadigde koolwaterstoffen zoals acetyleen met zuurstof te laten ontploffen in een kamer van meerdere liters, " zei Sorensen. "Onze gepatenteerde methode is eenvoudig en vereist heel weinig energie, daarom is het ecologisch goedaardig; vereist geen giftige chemicaliën; en is opgeschaald om hoogwaardige, goedkoop grafeen."

Grafeen wordt erkend als een wondermateriaal met veel potentieel vanwege de vele overtreffende trap fysische eigenschappen. Er zijn over de hele wereld tal van productiemethoden voor grafeen ontwikkeld en grafeen is in tonnen geproduceerd. Technologen, echter, zijn zich er terdege van bewust dat grafeen nog niet op de markt is omdat geen van deze methoden de juiste combinatie van zuinigheid heeft gehad, ecologie en productkwaliteit om grafeen in staat te stellen zijn potentieel te vervullen. Maar zowel de methoden voor het produceren van grafeen als nano-inkten die aan de Kansas State University worden nagestreefd, liggen op schema om aan al deze vereisten te voldoen, volgens Sorensen en Das.