导电油墨是所有印刷电子设备和电路板的主要组件，为集成的低电阻电路和接触电极创造了基本结构。然而，制造在水中具有良好的导电性和分布稳定性的石墨烯基导电油墨仍然是一个重大困难。
研究：用于高导电水性油墨的Ag/碳量子点/石墨烯复合材料的简单合成。图片来源：wacomka/Shutterstock.com
最近发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上的一项研究侧重于生产一种导电性极强的银/碳量子点/石墨烯（Ag/CQD/G）纳米复合材料，用于制造水性导电油墨。
什么是导电油墨？
导电油墨在可伸缩电子设备的生产中是必不可少的。高性能导电油墨必须具有出色的导电性、对基材的附着力和耐用性。根据其生产中使用的物质，导电油墨可以是金属基或碳基。
银纳米颗粒由于其良好的导电性和强大的抗氧化特性，是目前用于生产导电油墨的最广泛使用的材料。然而，银材料成本高昂，银扩散是一个严重问题，严重影响银轨道的可靠性。
铜基导电油墨比银基导电油墨成本更低，生产更简单。然而，它很容易氧化，限制了其工业适用性。
导电油墨由石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、炭黑等碳基纳米结构组成，可以解决上述挑战，并因其优异的机械和电气特性而备受关注。
石墨烯基导电油墨：应用和限制
石墨烯是一种非常有前途的碳纳米结构，用于制造导电性相当于银油墨的导电油墨。此外，石墨烯基导电油墨具有多种优点，包括成本低廉，稳定性高，应用广泛。
因此，高性能石墨烯基油墨的创造可以帮助推进印刷微电子学的发展。
水溶性氧化石墨烯（GO）由于其廉价的成本和强大的水降解性，通常被用作制造石墨烯基导电油墨的原料。然而，将预印的GO图案转换为导电图案涉及高温和强大的还原化学物质，限制了它们在可穿戴电子设备中的使用。
具有原始性能的石墨烯纳米片具有比rGO更好的电气特性。然而，由于pi-pi堆叠和范德华接触，它们往往会结块，这使得它们难以在大多数溶剂中使用。
提高石墨烯基油墨的导电性
从经济和生态的角度来看，生产具有高导电性和在水中强分散性的石墨烯基纳米材料至关重要，这些材料在正常条件下具有成本效益，无毒和耐用。
已经观察到不同的试剂和亲水材料，如聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亚胺乙氧基化，可以提高石墨烯在水性溶剂中的溶解度和耐久性。然而，这些分散化学品很难完全去除，导致复合材料的导电性差和环境污染。
碳量子点（CQD）是两亲半导体，可以沉积在石墨烯的表面，并显着增加其在水中的导电性和溶解度。
增加石墨烯基导电油墨电导率的另一种可行方法是用金属纳米颗粒（NPs）涂覆它。许多具有不同形态的银（Ag）纳米颗粒在石墨烯片之间作为纳米级连接，导致Ag/石墨烯复合材料具有低接触电阻，并提高了制造高导电油墨的能力。
研究的要点和主要进展
在这项研究中，研究人员通过原位光还原硝酸银并将银分层到石墨烯纳米片上以产生高导电性油墨，创造了一种独特的Ag / CQDs / G复合材料。
这是一种简单易用的制备Ag/CQDs/G复合材料的方法，无需减少化学品或高温还原程序。
制备的Ag /CQDs/G纳米复合材料在水中表现出30天的高分散性和耐久性。在Ag / CQDs / G纳米复合材料中引入Ag NPs导致电阻比简单的石墨烯片降低97.2%。此外，生产的Ag / CQD / G图案在滚动压缩后具有低接触电阻率。
所制备的纳米复合材料因其较强的水分散性和高导电性而适合生产水性导电油墨的填料。此外，经过5000次弯曲循环后，印刷图案表现出出色的结构稳定性，为生产一系列高性能适应性强的电子产品铺平了道路，如电路板和射频识别设备（RFID）。
参考
Gao, C. et al. (2022). Facile Synthesis of Ag/Carbon Quantum Dots/Graphene Composites for Highly Conductive Water-Based Inks. ACS Applied Materials & Interfaces. Available at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c06298
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