Wetenschappers hebben grafeen - de ongelooflijk sterke en geleidende single-atom-dikke laag koolstof - een belangrijke stap gezet op het pad van nieuwheid in de laboratoriumbank naar commercieel levensvatbaar materiaal voor nieuwe elektronische toepassingen.

Onderzoekers van de Universiteit van Manchester, samen met BGT Materials Limited, een grafeenfabrikant in het Verenigd Koninkrijk, hebben een radiofrequentie-antenne geprint met gecomprimeerde grafeeninkt. De antenne presteerde goed genoeg om hem praktisch te maken voor gebruik in radiofrequentie-identificatie (RFID)-tags en draadloze sensoren, aldus de onderzoekers. Nog beter, de antenne is flexibel, milieuvriendelijk en goedkoop in massaproductie kunnen worden genomen. De onderzoekers presenteren hun resultaten in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven .

De studie toont aan dat afdrukbaar grafeen nu klaar is voor commercieel gebruik in goedkope radiofrequentietoepassingen, zei Zhirun Hu, een onderzoeker aan de School of Electrical and Electronic Engineering aan de Universiteit van Manchester.

"Het punt is dat grafeen niet langer alleen een wetenschappelijk wonder is. Het zal zeer binnenkort veel nieuwe toepassingen in ons dagelijks leven brengen, " voegde Kostya S. Novoselov toe, van de School voor Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Manchester, die het project coördineerde.

Grafeen wordt geïnkt

Sinds grafeen voor het eerst werd geïsoleerd en getest in 2004, onderzoekers hebben ernaar gestreefd om praktisch gebruik te maken van de verbazingwekkende elektrische en mechanische eigenschappen ervan. Een van de eerste commerciële producten vervaardigd uit grafeen was geleidende inkt, die kunnen worden gebruikt om circuits en andere elektronische componenten te printen.

Grafeeninkt is over het algemeen goedkoop en mechanisch flexibel, voordelen die het heeft ten opzichte van andere soorten geleidende inkt, zoals oplossingen gemaakt van metalen nanodeeltjes.

Om de inkt te maken, grafeenvlokken worden gemengd met een oplosmiddel, en soms wordt een bindmiddel zoals ethylcellulose toegevoegd om de inkt te helpen kleven. Grafeeninkt met bindmiddelen geleidt elektriciteit doorgaans beter dan bindmiddelvrije inkt, maar pas na het bindmiddel, dat is een isolator, wordt afgebroken in een proces met hoge temperaturen dat gloeien wordt genoemd. gloeien, echter, beperkt de oppervlakken waarop grafeeninkt kan worden afgedrukt, omdat de hoge temperaturen materialen zoals papier of plastic vernietigen.

Het onderzoeksteam van de Universiteit van Manchester, samen met BGT Materials Limited, een manier gevonden om de geleidbaarheid van grafeeninkt te verhogen zonder toevlucht te nemen tot een bindmiddel. Ze bereikten dit door eerst de inkt te printen en te drogen, en vervolgens samendrukken met een roller, vergelijkbaar met de manier waarop nieuwe bestrating wordt samengedrukt met een wals.

Het comprimeren van de inkt verhoogde de geleidbaarheid met meer dan 50 keer, en het resulterende "grafeenlaminaat" was ook bijna twee keer meer geleidend dan eerdere grafeeninkt gemaakt met een bindmiddel.

De hoge geleidbaarheid van de gecomprimeerde inkt, die efficiënte radiofrequentiestraling mogelijk maakte, was een van de meest opwindende aspecten van het experiment, zei Hu.

De weg vrijmaken voor antennes, draadloze sensoren, en meer

De onderzoekers testten hun gecomprimeerde grafeenlaminaat door een grafeenantenne op een stuk papier te printen. De antenne was ongeveer 14 centimeter lang, en 3,5 millimeter breed en effectief radiofrequentievermogen uitgestraald, zei Xianjun Huang, wie is de eerste auteur van het artikel en een promovendus in de Microwave and Communications Group in de School of Electrical and Electronic Engineering.

Elektronica printen op goedkope, flexibele materialen zoals papier en plastic kunnen betekenen dat draadloze technologie, zoals RFID-tags die momenteel identificerende informatie over alles verzenden, van vee tot auto-onderdelen, zou nog alomtegenwoordiger kunnen worden.

De meeste commerciële RFID-tags zijn gemaakt van metalen zoals aluminium en koper, Huang zei, dure materialen met gecompliceerde fabricageprocessen die de kosten verhogen.

"Op grafeen gebaseerde RFID-tags kunnen de kosten aanzienlijk verlagen dankzij een veel eenvoudiger proces en lagere materiaalkosten, " Huang zei. Het team van de Universiteit van Manchester en het BGT Materials Limited-team hebben plannen om RFID-tags met grafeen verder te ontwikkelen, evenals sensoren en draagbare elektronica.