英國約克大學(xué)《ACS AEM》：通過激光誘導(dǎo)石墨烯在3D打印結(jié)構(gòu)上一步制造低電阻導(dǎo)體

來源：carbon_art

1成果簡(jiǎn)介

三維 (3D) 打印在不同應(yīng)用的商品制造中變得越來越普遍。其中許多應(yīng)用將受益于將電子設(shè)備集成到 3D 打印結(jié)構(gòu)中。本文，英國約克大學(xué)Mehraneh TavakkoliGilavan等研究人員在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊發(fā)表名為“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-PrintedStructures by Laser-Induced Graphene”的論文，研究報(bào)告了一種將3D打印的聚醚酰亞胺 (PEI) 轉(zhuǎn)化為石墨烯。這種激光誘導(dǎo)石墨烯(LIG) 不僅具有導(dǎo)電性，而且還具有用于機(jī)械應(yīng)變傳感的大應(yīng)變系數(shù)。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00480

已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了0.30 Ω/sq 的薄層電阻，這比之前關(guān)于3D打印的 PEI/PC 薄板的報(bào)告低50 倍，并且是迄今為止在任何聚合物基板上報(bào)告的最低 LIG 薄層電阻值。這是由于三個(gè)主要因素實(shí)現(xiàn)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(yè) PEI 相比，3D 打印 PEI 上的 LIG 形態(tài)得到改善。

2圖文導(dǎo)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(yīng)用的導(dǎo)電圖案可以直接集成到智能對(duì)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(yè) PEI 上具有不同激光功率的矩形圖案的拉曼光譜。材料質(zhì)量隨著功率的提高而提高。多層石墨烯對(duì)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(yè) 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(cè)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(shù)。(c) XPS 測(cè)量光譜和 (d) 碳和氧的原子百分比作為商業(yè) PEI 上LIG樣品的激光功率的函數(shù)。

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

3小結(jié)

我們已經(jīng)展示了將 3D 打印聚合物(PEI) 直接轉(zhuǎn)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(jié)果。與商業(yè)樣品相比，在 3D 打印的 PEI 上制造的應(yīng)變傳感器顯示出高 14 倍的應(yīng)變系數(shù)。