RFID天线印刷油墨革新：借助石墨烯实现低成本、可循环和高导电的性能
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日期：2023-12-08 16:59:29
摘要：石墨烯油墨大规模工业化生产的局限性可能已经被克服
随着科技的不断发展，柔性印刷电子设备在各个领域的应用也在逐步扩大。为了满足大规模、高效益的生产需求，研究人员正致力于开发更省时、更成本有效的制造工艺。其中，石墨烯基可印刷油墨作为一种先进的候选材料，引起了广泛关注。
石墨烯是一种由单层碳原子以六边形结构组成的二维材料，具有出色的导电性和机械性能。将其制备成丝网印刷油墨，可以用于柔性印刷电子设备的制造。然而，要实现大规模工业化生产，需要解决一些关键问题。首先，制备石墨烯油墨的溶剂需要具备可持续性和低成本的特点。传统的溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）虽然可以用于制备石墨烯油墨，但存在沸点高、毒性大等问题，限制了其在工业规模生产中的应用。因此，研究人员正在寻找更环保、更经济的替代方案。最近，有研究报道了一种通过回收利用制备高导电丝网印刷石墨烯油墨的可持续方法。该方法使用纤维素溶剂，不仅降低了生产成本，还实现了溶剂的循环使用，为工业化生产提供了可能。在制备过程中，通过控制墨水的浓度和粘度，实现了高浓缩、高导电的石墨烯墨水的制备。
其次，为了提高石墨烯油墨的电学性能，需要对其导电性进行优化。在研究中，研究人员通过对墨水的成分进行优化，提高了石墨烯墨水的导电率。此外，他们还发现，通过控制剪切剥离过程的时间和温度等因素，可以进一步优化石墨烯墨水的导电性能。此外，将石墨烯油墨应用于柔性印刷电子设备的制造过程中，需要解决的一个重要问题是适应各种基底材料。在研究中，研究人员尝试将石墨烯油墨印刷在各种不同类型的基底上，包括塑料、纸张和金属等。他们发现，通过调整印刷参数和基底预处理方法，可以获得均匀、连续的石墨烯薄膜，实现了在不同基底上的高效印刷。总结来说，这种石墨烯油墨的纤维素溶剂通过循环使用昔兰尼溶剂，生产出高浓缩、高导电的石墨烯墨水，克服了纤维素溶剂成本高带来的石墨烯墨水在大规模工业化生产中的局限性。具体来说，该溶剂具有以下优点：1.可回收利用：纤维素溶剂可以循环使用，从而降低了生产成本，并且减少了废弃物产生。
2.高导电性：该溶剂制备出的石墨烯墨水具有高导电性，平均电导率可以超过3×10^4 s·m^-1。
3.可持续性：纤维素溶剂是一种可持续性的溶剂，相对于有毒的网络管理协议溶剂、复合离心和声波降解法等传统方法，具有更环保和可持续性的优点。
因此，这种石墨烯油墨的纤维素溶剂能够克服大规模工业化生产的局限性，实现低成本、环保和可持续性的生产。使用这种油墨的制成RFID标签性能优秀
为了证明的这种可回收石墨烯墨水的实际效果，研究人员已将它们用于在纸质基底上印刷远场UHF RFID标签天线。设计标签的几何参数和布局如下图所示：
最终印刷的石墨烯标签天线连接到传感芯片，用于自动数据记录，然后将从印刷石墨烯RFID传感器获得的结果与商业温度计的结果进行比较。温度值随时间的变化如下图，数据表显示了印刷石墨烯标签的优异灵敏度和有效性能。温度随时间的明显变化说明了RFID传感器的快速响应，为瞬时检测、准确性和可靠的无线数据传输提供了有力的证据，验证了印刷石墨烯电子产品在低成本、工业规模和完全可持续的无线传感方面的潜力物联网应用程序。
石墨烯RFID传感器获得的结果与商业温度计的结果对比
在未来，利用这种可持续且具有成本效益的技术，印刷石墨烯电子器件可以在需要低成本、大规模生产和高性能的应用中发挥重要作用，例如柔性机器人、生物医疗系统，可穿戴设备和无线结构健康监控系统。
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