成果简介
基于石墨烯的可印刷油墨是柔性印刷电子设备的先进和有前途的候选材料。要在现有石墨烯材料印刷方法的基础上开发出大规模的石墨烯基高导电电子器件，就必须扩大其油墨生产方法的规模，并优化印刷薄膜的电气性能。本本文，曼彻斯特大学Zhirun Hu等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“A sustainable approach towards printed graphene ink for wireless RFID sensing applications”的论文，研究报告了一种通过回收纤维素溶剂制备高导电丝网印刷石墨烯油墨的可持续方法。该油墨循环使用烯丙基（Cyrene）溶剂，生产出高浓度、高导电性的石墨烯油墨，解决了石墨烯油墨因纤维素溶剂成本高昂而无法大规模工业化生产的问题。
作者对石墨烯墨水的片层电阻随循环次数的变化进行了系统研究。只需2小时的剪切剥离过程，墨水的平均电导率就能超过3×104Sm-1，这与最近的研究成果（使用有毒的 NMP 溶剂、复杂的离心分离、超声处理等）显示出的电导率基本相同，但制造过程更简单、更经济。石墨烯油墨的配方可以丝网印刷柔性无金属远场标签天线，并与现成的传感芯片集成，实现免电池无线 UHF RFID 远场温度传感。该RFID感测标签具有高响应性、准确性和灵敏度，可即时检测到准确可靠的无线数据传输。
图文导读
图1。通过在Cyrene溶剂中剪切剥落石墨片，实现大规模石墨烯油墨生产的可持续方法。在这项工作中进行了十次循环测试。
图2. 丝网印刷石墨烯层压板表面（压缩后）的扫描电镜图像：a) 第 1、b) 第 5 和 c) 第10个周期后，放大10k倍；标注的刻度线长1μm。
图3。所提出的在纸基板上印刷石墨烯UHF RFID标签的几何形状
图4。阻抗随标签频率的变化。共轭匹配是在915MHz下实现的
图5. 拟议的远场 RFID 无线传感器。石墨烯印刷标签天线与 SL900A 感应芯片集成在一起。
图6. RFID 温度感应性能测试的测量装置。使用商用温度计进行比较，显示的温度值与 RFID 标签的结果接近.
小结
我们提出了一种可持续、环保（不使用有毒溶剂）且具有成本效益的回收技术，可用于工业规模生产高导电性和高稳定性的石墨烯墨水，并展示了其在无线射频识别（RFID）传感中的应用。利用所提出的可持续方法，通过离心分离上清液和高浓度石墨烯浆料后再利用骏马烯，可以大大减少骏马烯价格昂贵所带来的严重限制。实验证明，随着循环次数的增加，片层电阻在前五个循环内逐渐减小，直到达到 0.624 Ω sq-1 的最低片层电阻，然后上升到 0.79 Ω sq-1 左右的稳定状态，这表明最终可以实现界面接触增加带来的电阻上升趋势和小薄片填充间隙带来的电阻下降趋势之间的平衡。利用回收的赛丽耐石墨烯墨水在普通 A4 纸基底上打印出了无需电池的无线超高频射频识别（UHF RFID）温度传感标签天线。读取距离达到近半米（0.42 米）。可以想象，有了这种可持续的、具有成本效益的技术，印刷石墨烯电子器件可以在需要低成本、大规模生产和高性能的应用中发挥重要作用，如软机器人、生物医学系统、可穿戴设备和无线结构健康监测系统。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118693
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