Новый метод печати позволяет создавать гибкие микро-суперконденсаторы, подходящие для интеграции в портативные электронные устройства.
Графен используется во все более гибких продуктах. К сожалению, традиционные методы микрообработки ограничивают масштабируемость технологий, пригодных для приложений. Например, экономически выгодное производство миниатюрной электроники требует низких затрат и высокой пропускной способности, что не может быть удовлетворено действующими технологиями. Таким образом, исследователи обращаются к новым технологиям для реализации передовой микроэлектроники, но методы, такие как лазерная скрайбировка, которые сейчас изучаются, могут означать высокий уровень отходов, и непонятно, как они могут быть интегрированы с другой электроникой.
Одним из электронных компонентов, представляющих интерес, является микро-суперконденсатор, устройство хранения энергии, которое быстро заряжается / разряжается и имеет высокую плотность мощности и длительный срок службы. Физические и электрические свойства графена делают его идеальным материалом для микро-суперконденсаторов.
В настоящее время команда, работающая в Университете Миннесоты и Северо-западного университета, США, разработала метод печати для создания таких гибких графеновых микро-суперконденсаторов с плоской архитектурой, подходящей для интеграции в портативные электронные устройства.
Их процесс, обозначенный как «самонастраивающаяся капиллярная литография для электроники» (SCALE), начинается с создания полимерной матрицы, создаваемой путем штамповки УФ-отверждаемого полимера с помощью формы PDMS. Сжатие струйной печати с высоким разрешением затем используется для осаждения графеновых чернил в шаблон, который отжигается с использованием ксеноновой лампы для образования электродов. На последней стадии полимерный гелиевый электролит печатают на матрице по электродам для завершения конфигурации.
Чернила из графена составлены из графена, смеси, отслаиваемой от графитовых хлопьев, с использованием полимерного стабилизатора. Система растворителей циклогексанон / терпинеол / ди(этиленгликоль) метилового эфира используется для обеспечения вязкости сдвига всего 8-12 мПа с, обеспечивая хорошее смачивание капиллярного канала чернилами во время печати. Штамп PDMS может использоваться несколько раз. Существует потенциал для масштабируемости технологии для создания графеновой электроники, в том числе сложных архитектур, используя эту технику.
Массивы микро-суперконденсаторов были напечатаны на гибкой ПЭТ-пленке и были протестированы их электрохимические характеристики. Было установлено, что все печатные устройства являются функциональными.
Источник: Scalable, Self-Aligned Printing of Flexible Graphene Micro-Supercapacitors. Woo Jin Hyun, Ethan B. Secor, Chang-Hyun Kim, Mark C. Hersam, Lorraine F. Francis, C. Daniel Frisbie. Advanced Energy Materials. Volume 7, Issue 17, September 6, 2017.