ساخت بلوک‌ سه‌بعدی مشتق از گرافن برای تولید جوهر رسانای غلیظ

به گزارش ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این دستاورد می‌تواند مسیر تولید انبوه مدارهای چاپی، الکترونیک انعطاف‌پذیر و ادوات پوشیدنی را هموارتر کند.

چالش اصلی در توسعه جوهرهای گرافنی، دستیابی هم‌زمان به غلظت بالا و جریان‌پذیری مناسب است. صفحات دوبعدی گرافن در غلظت‌های بالا به‌سرعت روی هم می‌خوابند، تجمع پیدا می‌کنند و باعث افزایش شدید ویسکوزیته می‌شوند؛ موضوعی که معمولاً با افزودن بایندرها و مواد کمکی جبران می‌شود، اما به قیمت کاهش رسانایی الکتریکی.

در این پژوهش، محققان به‌جای افزودن مواد جدید، ساختار خود گرافن را تغییر دادند. آن‌ها با فشرده‌سازی گرافیت اکسید کاهش‌یافته منبسط‌شده، ماده‌ای با عنوان «گرافیت اکسید کاهش‌یافته بلوکی متراکم» (DB-rGtO) تولید کردند. این ماده به‌جای ورقه‌های تخت، از بلوک‌های سه‌بعدی تشکیل شده است که لایه‌های شبه‌گرافنی در آن به‌صورت شُل روی هم قرار گرفته‌اند.

این معماری سه‌بعدی باعث می‌شود بخشی از لایه‌ها همچنان در تماس با حلال باقی بمانند و برهم‌کنش کنترل‌شده‌ای با محیط مایع داشته باشند. در نتیجه، DB-rGtO کمتر دچار تجمع غیرقابل‌برگشت می‌شود و برخلاف جوهرهای گرافنی مرسوم، افزایش ناگهانی ویسکوزیته را تجربه نمی‌کند.

آزمایش‌ها نشان داد که پراکنه‌های DB-rGtO در حلال‌های رایج چاپ، حتی در غلظت‌هایی بالاتر از ۱۰۰ میلی‌گرم بر میلی‌لیتر و تا حدود ۲۰۰ میلی‌گرم بر میلی‌لیتر نیز قابل چاپ باقی می‌مانند؛ آن هم بدون استفاده از هرگونه بایندر. همچنین، با استفاده از گرافیت اکسید کاهش‌یافته منبسط‌شده نیتروژن‌دوپ‌شده به‌عنوان ماده اولیه، فیلم‌ها و الگوهای چاپ‌شده در یک پاس، رسانایی صفحه‌ای در بازه ۵ تا ۱۰ اهم بر مربع از خود نشان دادند.

به گفته پژوهشگران، این نتایج مجموعه‌ای از قواعد طراحی عمومی برای فرمولاسیون جوهرهای گرافنی فوق‌غلیظ و رسانا ارائه می‌دهد که می‌تواند در طیف وسیعی از روش‌های رسوب‌دهی و چاپ با وضوح بالا به‌کار گرفته شود. این رویکرد، گامی مهم در جهت ساده‌سازی فرایند تولید و ارتقای عملکرد الکترونیک چاپی مبتنی بر گرافن به‌شمار می‌رود.