Geleidende inkten zijn nuttig voor een reeks toepassingen, inclusief gedrukte en flexibele elektronica zoals radiofrequentie-identificatie (RFID) antennes, transistoren of fotovoltaïsche cellen. De komst van het internet der dingen zal naar verwachting leiden tot nieuwe connectiviteit binnen alledaagse objecten, ook in voedselverpakkingen. Er is een duidelijke behoefte aan goedkope en efficiënte productie van elektronische apparaten met behulp van stabiele, geleidende en niet-toxische componenten.

Een nieuwe methode voor het produceren van hoogwaardige, op water gebaseerde geleidende grafeeninkt met hoge concentraties is ontwikkeld door onderzoekers van het Graphene Flagship die werken aan het Cambridge Graphene Centre aan de Universiteit van Cambridge, VK. De nieuwe methode maakt gebruik van ultrahoge schuifkrachten in een microfluïdisatieproces om grafeenvlokken van grafiet te exfoliëren. Het proces zet 100% van het uitgangsgrafietmateriaal om in bruikbare vlokken voor geleidende inkten, het vermijden van de noodzaak van centrifugeren en het verminderen van de tijd die nodig is om een ​​bruikbare inkt te produceren. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Nano .

De inkten die door het microfluïdisatieproces worden geproduceerd, hebben hoge concentraties tot 100 g grafeenvlokken per liter en kunnen worden geoptimaliseerd voor zeefdruk. Deze inkten kunnen ook worden gebruikt om nieuwe composieten te maken, coatings en energieopslagapparaten. Deze methode kan gemakkelijk worden toegepast op andere gelaagde materialen, zoals hexagonaal boornitride of overgangsmetaaldichalcogeniden, om een ​​familie van printbare circuitcomponenten te bieden - geleider, isolatoren en halfgeleiders - waarmee gedrukte elektronica met verschillende functionaliteiten kan worden gebouwd. Deze inkten zijn ideaal voor toepassingen waar lage kosten belangrijk zijn.

Met de 100% opbrengst van de microfluïdisatiemethode, het is nu mogelijk om grafeeninkten van hoge kwaliteit te produceren in voldoende hoeveelheden voor commerciële producten. Inkten die met deze methode zijn geproduceerd, zijn al gecommercialiseerd via een spin-outbedrijf van de Universiteit van Cambridge, Cambridge grafeen, dat onlangs werd overgenomen door Versarien, een bedrijf voor technische oplossingen. De inkten worden ook geleverd aan Novalia, een innovatief drukkerij gevestigd in Cambridge, voor gebruik in hun interactieve op aanraking gebaseerde gedrukte elektronische demo's.

Dr. Panagiotis Karagiannidis, een onderzoeker aan het Cambridge Graphene Centre, is hoofdauteur van het werk. "De motivatie was de behoefte om lagen met een lage velweerstand te produceren door zeefdruk met inkten met een hoge concentratie. In het microfluïdisatieproces, al het uitgangsmengsel ervaart dezelfde uniforme intensieve afschuifniveaus, omzetten in een bruikbare inkt met een hoge concentratie. Er is geen verspilling van materiaal of tijdrovende nabewerking."

Prof. Andrea Ferrari is directeur van het Cambridge Graphene Centre, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship, en voorzitter van het vlaggenschipmanagementpanel. Hij verklaarde:"Dit is een belangrijke conceptuele vooruitgang, en zal een aanzienlijke bijdrage leveren aan de innovatie- en industrialisatiedoelstellingen van het Graphene Flagship. Het feit dat het proces al is gelicentieerd en gecommercialiseerd, geeft aan hoe het haalbaar is om de tijd van lab tot markt te verkorten, zelfs tijdens de levensduur van het vlaggenschip."

Chris Jones van Novalia zei:"Voor levensvatbare verkoopbare toepassingen, de materialen moeten kosteneffectief zijn, gemakkelijk te hanteren en consistente prestaties te tonen. We gebruikten deze inkten op gewone industriële zeefdrukapparatuur zonder aanpassingen en bereikten consistente resultaten, het printen van honderden interactieve demonstrators voor het Mobile World Congress. Dit is een zeer opwindend punt - een kritiek kruispunt tussen het laboratorium en het publiek."

Mar García-Hernandez van de Spanish National Research Council (CSIC) is de leider van het Graphene Flagship Work Package Enabling Materials, die is gericht op de ontwikkeling van schaalbare synthesemethoden voor grafeen en andere gelaagde materialen. "Microfluïdisatie is een enorme sprong voorwaarts in de richting van toepassingen van betaalbare en milieuvriendelijke grafeeninkten in organische fotovoltaïsche cellen, RFID-antennes, elektrisch geleidende coatings of nanocomposieten. De methode is zeker goed geschikt voor de synthese van een verscheidenheid aan andere gelaagde materiaalinkten, wat het toepassingsgebied van gelaagde materialen in apparaten in de echte wereld zal vergroten."