211service.com
Eerste demonstratie van inkjet-geprinte grafeenelektronica
Inkjettechnologie is een revolutie geweest. Ten eerste is er het digitaal printen van afbeeldingen, dat sneller en flexibeler is geworden dan wie dan ook had gedacht (hoewel niet per se goedkoper).
Toen kwam 3D-printen waarbij de ene laag materiaal op de andere wordt geprint om een driedimensionaal object op te bouwen. Dat is een standaardmanier geworden om complexe prototypes te maken, terwijl anderen het gebruiken om verschillende soorten chocolaatjes, crèmes en glazuur te ‘printen’.
Dan zijn er de groepen die geleidende polymeren aan de inkten hebben toegevoegd en die hebben gebruikt om circuits op flexibele substraten te printen. Deze worden gebruikt om alles te maken, van digitaal papier tot wegwerp RFID-tags. En ze kunnen worden afgedrukt op vellen van vrijwel elk formaat, in tegenstelling tot conventionele hoogwaardige circuits die in exotische omstandigheden in fabrieken van miljarden dollars moeten worden gesmeed.
Er is echter een probleem. Met inkjet bedrukte elektronica presteert aanzienlijk slechter dan conventionele geïntegreerde schakelingen - bedrukte dunnefilmtransistors zijn gewoon groter en langzamer dan op silicium gebaseerde modellen. Dus de race is begonnen om hun prestaties te verbeteren.
Vandaag laten Andrea Ferrari en vrienden van de Universiteit van Cambridge in het VK een belangrijke stap voorwaarts zien. Deze jongens hebben een manier gevonden om de geleidende polymeren in deze inkten te vervangen of aan te vullen met grafeen, het wondermateriaal van dit moment.
Het is niet moeilijk om te zien waarom. De elektronische eigenschappen van grafeen zijn moeilijk te evenaren en maken het een idee voor nano-elektronica. Maar de moeilijkheid is om het te combineren tot een inkt die gemakkelijk kleine druppeltjes vormt - iets dat duidelijk essentieel is voor inkjetprinten.
Dit is in wezen de doorbraak die Ferrari en co hebben bereikt. Ze hebben een manier gevonden om grafeen gemakkelijk te produceren door vlokken chemisch van een blok grafiet af te breken en ze te filteren om eventuele verstoppingen van de printerkoppen te verwijderen.
Vervolgens voegen ze de vlokken toe aan een oplosmiddel genaamd N-Methylpyrrolidon, of NMP, dat problemen minimaliseert, zoals het koffieringeffect dat kan optreden wanneer sommige oplosmiddelen verdampen.
Eindelijk hebben ze dit spul in hun printers gestopt en een paar circuits en dunne-filmtransisters uitgeprint.
De resultaten zijn veelbelovend. De op grafeen gebaseerde inkten evenaren of verslaan de prestaties van de meeste andere inkten die tegenwoordig verkrijgbaar zijn. Dat is best goed voor een eerste poging, want verbeteringen zullen zeker volgen.
Dit maakt de weg vrij voor volledig bedrukte, flexibele en transparante grafeenapparaten op willekeurige substraten, zeggen Ferrari en co bij het afsluiten van hun paper. Dat betekent dat we hier de komende maanden en jaren nog veel meer over kunnen verwachten.
Referentie: arxiv.org/abs/1111.4970 : Inkjet-geprinte grafeenelektronica