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能源環境新聞

英國約克大學:激光誘導石墨烯在 3D打印一步制造低電阻導體

星之球科技 來源:碳藝2021-09-14 我要評論(0 )   

成果簡介三維 (3D) 打印在不同應用的商品制造中變得越來越普遍。其中許多應用將受益于將電子設備集成到 3D 打印結構中。本文,英國約克大學Mehraneh Tavakkoli Gilavan...


成果簡介


三維 (3D) 打印在不同應用的商品制造中變得越來越普遍。其中許多應用將受益于將電子設備集成到 3D 打印結構中。本文,英國約克大學Mehraneh Tavakkoli Gilavan等研究人員在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊發表名為“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-Printed Structures by Laser-Induced Graphene”的論文,研究報告了一種將3D打印的聚醚酰亞胺 (PEI) 轉化為石墨烯。這種激光誘導石墨烯(LIG) 不僅具有導電性,而且還具有用于機械應變傳感的大應變系數。


已經實現了0.30 Ω/sq 的薄層電阻,這比之前關于3D打印的 PEI/PC 薄板的報告低 50 倍,并且是迄今為止在任何聚合物基板上報告的最低 LIG 薄層電阻值。這是由于三個主要因素實現的:3D 打印物體上的 LIG 厚度大、每單位面積的激光能量最大化,以及與商業 PEI 相比,3D 打印 PEI 上的 LIG 形態得到改善。





圖文導讀


圖1. (a) 3D 打印基材和激光工藝在 3D 打印物體上的示意圖。用于不同應用的導電圖案可以直接集成到智能對象中。(b) 3D 打印的 PEI 基板上的激光工藝。(c) PEI 基板上的一、二和三脈沖寬線。


圖2. (a) 3D 打印的 PEI 和 (b) 商業 PEI 上具有不同激光功率的矩形圖案的拉曼光譜。材料質量隨著功率的提高而提高。多層石墨烯對于 3D 打印的 PEI,可以在 40% 的功率下觀察到峰值。(c) 3D打印的 PEI 和 (d) 商業 PEI 上 40% 激光功率的 TEM 圖像。


圖3.在3D打印的 PEI 基板上的石墨烯 低倍率 SEM 圖像


圖4. (a) XPS 測量光譜和 (b) 碳和氧的原子百分比作為 3D打印PEI上矩形圖案LIG激光功率的函數。(c) XPS 測量光譜和 (d) 碳和氧的原子百分比作為商業 PEI 上LIG樣品的激光功率的函數。


圖5. (a) 刻在 3D 打?。ǖ撞浚┖蜕虡I(上方)PEI 上的應變計。(b) 三點彎曲試驗裝置。對 (c) 3D 打印的 PEI 和 (d) 商業 PEI 上的雕刻后施加應變后的電阻變化。

小結


我們已經展示了將 3D 打印聚合物 (PEI) 直接轉化為 石墨烯。由于 3D 打印過程中鏈的重新排列,3D 打印的 PEI 的熱分析顯示出不同的結果。與商業樣品相比,在 3D 打印的 PEI 上制造的應變傳感器顯示出高 14 倍的應變系數。





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



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