Inchiostri al grafene per l'elettronica

Proprietà del grafene per l'elettronica

Ilgrafene è uno strato monopiano di carbonio con struttura reticolare esagonale. Presenta un'elevata mobilità degli elettroni, che a volte raggiunge i 200.000 cm²/V-s in laboratorio. Queste caratteristiche gli consentono di accelerare la velocità dei segnali elettronici. Il grafene ha anche un'elevata conduttività termica e i suoi valori sono generalmente compresi tra 2.000 e 5.000 watt per metro per Kelvin. Questo lo rende adatto ad applicazioni ad alto carico termico. Inoltre, il grafene ha un'elevata resistenza ma anche flessibilità. La sua resistenza alla trazione è paragonabile a quella di 100 gigapascal. La maggior parte delle applicazioni di elettronica stampata ha utilizzato il grafene per la sua resistenza meccanica e la sua leggerezza. Queste proprietà sono responsabili della riduzione del peso e della maggiore robustezza dei circuiti stampati e dei display flessibili.

Cosa sono gli inchiostri al grafene?

Gliinchiostri al grafene sono sospensioni liquide con particelle di grafene altamente disperse. Gli inchiostri sono adatti all'uso con diverse tecnologie di stampa. Consentono di depositare film sottili e conduttivi su vari substrati come vetro, carta o plastica. Il grafene è il materiale conduttivo utilizzato negli inchiostri. La forma liquida consente al materiale di diffondersi rapidamente su ampie superfici. Gli inchiostri al grafene sono preziosi per la maggior parte dei settori industriali perché sono poco costosi e offrono un percorso ad alte prestazioni per la stampa di componenti elettronici.

Tipi di inchiostri al grafene

Esistono diversi tipi di inchiostri al grafene. Alcuni hanno solventi a base d'acqua, mentre altri sono a base di solventi organici. Gli inchiostri di grafene a base d'acqua sono importanti perché sono puri e sicuri. Tuttavia, le forme di inchiostro composte da solventi organici possono fornire una migliore dispersione del grafene in alcune applicazioni. Esistono altri tipi, come gli inchiostri di grafene modificati con polimeri. In questi tipi, i polimeri vengono mescolati al grafene per migliorarne l'adesione e la flessibilità. Ogni tipo viene scelto in base all'applicazione e al substrato su cui verrà stampato.

Tecniche di formulazione e dispersione

Per preparare gli inchiostri al grafene, occorre innanzitutto utilizzare polveri di grafene di alta qualità. La sonicazione e la macinazione a sfere sono i metodi più utilizzati per la dispersione. La sonicazione disintegra i cluster di grafene, consentendone la distribuzione omogenea. Per evitare la riaggregazione dei fogli di grafene si aggiungono agenti disperdenti o tensioattivi. Il solvente svolge un ruolo importante. Un solvente compatibile stabilizza il grafene per periodi prolungati. Scienziati esperti hanno riferito che la combinazione appropriata di solvente, tensioattivo e concentrazione di grafene è essenziale. Per questo motivo, la formulazione consente di ottenere inchiostri ad alta conduttività e dalla consistenza uniforme.

Metodi di stampa e compatibilità

Con gli inchiostri al grafene si utilizzano diverse tecnologie di stampa. La stampa a getto d'inchiostro è ampiamente utilizzata perché consente di ottenere una risoluzione fine dei disegni su substrati flessibili o rigidi. Anche la stampa serigrafica è molto diffusa. È ideale per pellicole più spesse e per quelle che devono essere resistenti. Anche la stampa a getto d'aria è stata utilizzata per ottenere un'alta risoluzione in aree localizzate. La compatibilità degli inchiostri al grafene con le suddette tecnologie di stampa dipende dai tempi di essiccazione e dal controllo della viscosità. Sulla base dell'esperienza pratica nell'industria, la migliore combinazione di formulazione dell'inchiostro e tecnologia di stampa può portare a modelli e dispositivi elettronici riproducibili.

Applicazioni nell'elettronica

Gli inchiostri al grafene sono stati utilizzati in molte applicazioni nel campo dell 'elettronica. Sono utilizzati nei circuiti stampati, nei display flessibili e nelle antenne RFID. Ad esempio, un'antenna stampata su un substrato polimerico flessibile può servire come opzione di comunicazione wireless a basso costo. Alcuni sensori stampati utilizzano inchiostri di grafene per rilevare fluttuazioni di temperatura o gas. Gli inchiostri di grafene sono utilizzati per stampare tracce conduttrici nelle celle solari. In un caso, una cella solare stampata a basso costo ha utilizzato l'inchiostro di grafene per migliorare la conduzione dell'elettricità su un substrato flessibile. Inoltre, i dispositivi di memoria e i transistor stampati hanno utilizzato inchiostri al grafene per le loro elevate velocità di commutazione. In ognuna di queste applicazioni, gli inchiostri al grafene consentono di ottenere componenti elettronici leggeri e flessibili.

Conclusioni

Gli inchiostri al grafene rappresentano una nuova area di opportunità nell'elettronica stampata. Combinano le eccezionali proprietà del grafene e la versatilità della formulazione liquida. La gestione termica, la resistenza meccanica e l'elevata conduttività consentono di realizzare diverse applicazioni elettroniche. La scelta della forma corretta di inchiostro di grafene dipende dall'applicazione prevista e dalla tecnica di stampa desiderata.

Domande frequenti

F: A cosa servono gli inchiostri al grafene?

D: Sono utilizzati per stampare su substrati componenti elettronici come sensori, antenne e circuiti.

F: Come si mantiene stabile il grafene negli inchiostri?

D: Il grafene è stabilizzato da tensioattivi, sonicazione e solventi adeguati che ne impediscono l'aggregazione.

F: Gli inchiostri di grafene a base d'acqua sono sicuri dal punto di vista commerciale?

D: Gli inchiostri di grafene a base d'acqua sono sicuri, ecologici ed efficaci per la maggior parte delle applicazioni elettroniche.