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英国约克大学《ACS AEM》:通过激光诱导石墨烯在 D打印结构上一步制造低电阻导体

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石墨烯联盟 2021-09-13 19:16

三维 (3D) 打印在不同应用的商品制造中变得越来越普遍。其中许多应用将受益于将电子设备集成到 3D 打印结构中。本文,英国约克大学Mehraneh Tavakkoli Gilavan等研究人员在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊发表名为“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-Printed Structures by Laser-Induced Graphene”的论文,研究报告了一种将3D打印的聚醚酰亚胺 (PEI) 转化为石墨烯。这种激光诱导石墨烯(LIG) 不仅具有导电性,而且还具有用于机械应变传感的大应变系数。 已经实现了0.30 Ω/sq 的薄层电阻,这比之前关于3D打印的 PEI/PC 薄板的报告低 50 倍,并且是迄今为止在任何聚合物基板上报告的最低 LIG 薄层电阻值。这是由于三个主要因素实现的:3D 打印物体上的 LIG 厚度大、每单位面积的激光能量最大化,以及与商业 PEI 相比,3D 打印 PEI 上的 LIG 形态得到改善。

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图1. (a) 3D 打印基材和激光工艺在 3D 打印物体上的示意图。用于不同应用的导电图案可以直接集成到智能对象中。(b) 3D 打印的 PEI 基板上的激光工艺。(c) PEI 基板上的一、二和三脉冲宽线。

图2. (a) 3D 打印的 PEI 和 (b) 商业 PEI 上具有不同激光功率的矩形图案的拉曼光谱。材料质量随着功率的提高而提高。多层石墨烯对于 3D 打印的 PEI,可以在 40% 的功率下观察到峰值。(c) 3D打印的 PEI 和 (d) 商业 PEI 上 40% 激光功率的 TEM 图像。

图3.在3D打印的 PEI 基板上的石墨烯 低倍率 SEM 图像

图4. (a) XPS 测量光谱和 (b) 碳和氧的原子百分比作为 3D打印PEI上矩形图案LIG激光功率的函数。(c) XPS 测量光谱和 (d) 碳和氧的原子百分比作为商业 PEI 上LIG样品的激光功率的函数。

图5. (a) 刻在 3D 打印(底部)和商业(上方)PEI 上的应变计。(b) 三点弯曲试验装置。对 (c) 3D 打印的 PEI 和 (d) 商业 PEI 上的雕刻后施加应变后的电阻变化。

我们已经展示了将 3D 打印聚合物 (PEI) 直接转化为 石墨烯。由于 3D 打印过程中链的重新排列,3D 打印的 PEI 的热分析显示出不同的结果。与商业样品相比,在 3D 打印的 PEI 上制造的应变传感器显示出高 14 倍的应变系数。

链接:

https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00480

文章来源:公众号【材料分析与应用

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