Atrament grafenowy zmieni wszystko, co znamy. Nadchodzi ciekawa rewolucja

Atrament grafenowy opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Sussex może pozwolić na stworzenie drukowanych elektrod i czujników następnej generacji.
Mikrofotografie optyczne pokazują osadzanie się kropel grafenowych (po lewej) i montaż (po prawej) w wąskiej szczelinie elektrody (~100 µm)
Mikrofotografie optyczne pokazują osadzanie się kropel grafenowych (po lewej) i montaż (po prawej) w wąskiej szczelinie elektrody (~100 µm)

Grafen wydaje się być idealnym materiałem do wykorzystania w drukowanej elektronice. Wynika to z faktu, że grafen jest łatwiejszy w obróbce niż inne materiały elektroniczne, a przy tym cechuje go większa elastyczność. Dzięki temu nadaje się do tworzenia ubieralnej elektroniki.

Jednym z największych problemów wszystkich drukowalnych atramentów elektronicznych jest tzw. efekt pierścienia kawy, w którym to cząsteczki tuszu wykazują tendencję do spływania na krawędzie kropli, gdzie szybkość parowania jest największa. Prowadzi to do osadzania się na krawędziach kropli cieczy w trakcie jej wysychania – podobnie jak plamy powstałe w wyniku rozlanej kawy. Jest pomysł, jak to zmienić – przy użyciu grafenu. Wpadli na niego naukowcy z Uniwersytetu Sussex podczas… mieszania sosu sałatkowego.

Czytaj też: Grafen dziwnie się zachowuje. Naukowcy tego się nie spodziewali

Emulsja to połączenie dwóch cieczy, które w normalnych warunkach nie mieszają się (np. olej i woda). Istnieją konwencjonalne emulsje, będące mieszaninami niemieszających się cieczy, które są stabilizowane przez związki amfifilowe (ani hydrofobowe, ani hydrofilowe). Takie substancje to często surfaktanty – małe cząsteczki z hydrofobowymi i hydrofilowymi końcami, jak detergenty.

Problem z emulsjami stabilizowanymi surfaktantami polega na tym, że po zmieszaniu wszystkiego razem, powstała ciecz często nie zachowuje wszystkich właściwości funkcjonalnych substancji, które zostały wrzucone do emulsji. Teraz brytyjskim naukowcom udało się ustabilizować emulsję za pomocą cienkich warstw grafenu i disiarczku molibdenu (MoS2). W ten sposób powstała emulsja wykazująca przewodnictwo elektryczne nawet w stanie ciekłym.

Te atomowo cienkie warstwy są również uwięzione na granicy faz olej-woda, więc po osadzeniu kropli, cienka, ale gęsto upakowana warstwa jest zamknięta do czasu, aż kropla opadnie na podłoże – a warstwa jest przenoszona bez typowej dla farb dyspersyjnych dynamiki suszenia, takiej jak efekt pierścienia kawy. Przewidujemy osadzanie pojedynczych kropel (np. za pomocą atramentu) w celu montażu cienkowarstwowych urządzeń z grafenu, MoS2, azotku boru i innych materiałów 2D na żądanie.Sean Ogilvie z Uniwersytetu w Sussex, główny autor badań

Opracowane emulsje są obiecujące nie tylko w przypadku jednowarstwowej elektroniki drukowanej atramentem, ale także w przypadku bardziej złożonych struktur 3D wytwarzanych za pomocą technik addytywnych.

Technologia ta ma zastosowanie do struktur 3D zarówno w stanie ciekłym, jak i w utwardzonych elastomerach stałych. Można ją rozszerzyć na produkcję addytywną, jeśli emulsja będzie miała odpowiedni skład i konstrukcję.Sean Ogilvie

Istnieje ogromna liczba zastosowań, w których takie grafenowe emulsje mogą okazać się przydatne, np. materiały zmiennofazowe w gospodarce cieplnej czy interfejsy transferu ładunku w optoelektronice.