普渡大学Alexander Wei等–石墨烯纳米粒子在乙酸乙酯和丙酮中的剥离和喷射沉积：对低成本电极和散热器增材制造的启示

石墨烯纳米片（GrNP）的非水性分散体可用于制备不含表面活性剂的薄膜和涂层，但通常涉及具有高沸点和低暴露极限的极性有机溶剂。在这里，本文描述了GrNP在挥发性非质子溶剂如乙酸乙酯（EtOAc）和丙酮中的机械化学剥离和分散，这些溶剂在绿色溶剂选择指南中排名有利。粉末形式的GrNP在卧式球磨机上用溶剂剥离48小时，然后在中等功率下超声处理，以产生超过300μg/mL的悬浮液，在室温下7周内分散稳定性损失最小。单个颗粒的原子力显微镜显示，中值厚度和横向宽度分别为8-10层和180 nm。GrNP薄膜可以通过传统的喷枪设备在几秒钟的干燥时间内沉积，并作为增强电子设备再现性和性能的层和涂层应用。本文证明了喷涂GrNP作为低成本电化学传感的接触层的实用性，提高了批内再现性，并作为金属散热器上的保形涂层，提高了散热率。

图1.石墨烯纳米板（GrNP）粉末可以通过低能球磨剥离，在原始EtOAc或丙酮中形成稳定的分散体，使其能够以薄膜和保形涂层的形式沉积，并使用传统的气喷涂设备快速干燥。

图2. （A） GrNP分散体在EtOAc中7周的消光光谱；（B） EtOAc中的消光系数（ε₆₆₀=212.7 L g^–1 m^–1）。

图3. 分散在EtOAc中的GrNP的浓度作为超声处理功率的函数；在超声处理之前将GrNP研磨48小时。

图4. （A）GrNP在剥离过程中的拉曼分析。（B，C）D/G而不是D/D′峰比的增加表明，LPE期间GrNP的结构变化主要与颗粒尺寸减小有关。

图5. （A–C）EtOAc中剥离的单个GrNP的AFM分析。（A） 带有线条扫描的单个粒子的代表性图像；（B） 颗粒高度分布（0.35纳米仓宽，N=61）；（C） 横向横截面的分布（20nm仓宽度；N=58）。（D，E）双层石墨烯颗粒的TEM图像和SAED图案（取自虚线圆圈）。

图6.Si/SiO₂表面喷涂GrNP薄膜的四点探针分析。

图7.喷涂GrNP触点提高了用于电位测定的固态电极的批内再现性。（A） 具有石墨烯接触层的硝酸盐传感电极表现出10mV的电压扩展（N=8）；（B） 没有基于GrNP的接触的电极具有23mV的扩展（N＝8）。

图8.GrNP涂层散热器的散热。（A） 冷却时安装在珀耳帖板背面的散热器的热成像；（B） 切断电源后散热器散热片的热衰减。

相关研究成果由普渡大学Alexander Wei等人2023年发表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.3c02996)上。原文：Exfoliation and Spray Deposition of Graphene Nanoplatelets in Ethyl Acetate and Acetone: Implications for Additive Manufacturing of Low-Cost Electrodes and Heat Sinks。