英国约克大学《ACS AEM》:通过激光诱导石墨烯在3D打印结构上一步制造低电阻导体

3D打印科研前沿
2021
09/14
15:47
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来源:carbon_art

1成果简介

三维 (3D) 打印在不同应用的商品制造中变得越来越普遍。其中许多应用将受益于将电子设备集成到 3D 打印结构中。本文,英国约克大学Mehraneh TavakkoliGilavan等研究人员在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊发表名为“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-PrintedStructures by Laser-Induced Graphene”的论文,研究报告了一种将3D打印的聚醚酰亚胺 (PEI) 转化为石墨烯。这种激光诱导石墨烯(LIG) 不仅具有导电性,而且还具有用于机械应变传感的大应变系数。

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已经实现了0.30 Ω/sq 的薄层电阻,这比之前关于3D打印的 PEI/PC 薄板的报告低50 倍,并且是迄今为止在任何聚合物基板上报告的最低 LIG 薄层电阻值。这是由于三个主要因素实现的:3D 打印物体上的 LIG 厚度大、每单位面积的激光能量最大化,以及与商业 PEI 相比,3D 打印 PEI 上的 LIG 形态得到改善。

2图文导读  

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图1. (a) 3D 打印基材和激光工艺在 3D 打印物体上的示意图。用于不同应用的导电图案可以直接集成到智能对象中。(b) 3D打印的 PEI 基板上的激光工艺。(c) PEI 基板上的一、二和三脉冲宽线。

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图2. (a) 3D 打印的 PEI 和 (b) 商业 PEI 上具有不同激光功率的矩形图案的拉曼光谱。材料质量随着功率的提高而提高。多层石墨烯对于 3D 打印的 PEI,可以在 40% 的功率下观察到峰值。(c) 3D打印的 PEI 和 (d) 商业 PEI 上 40% 激光功率的 TEM图像。

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图3.在3D打印的 PEI 基板上的石墨烯 低倍率 SEM 图像

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图4. (a) XPS 测量光谱和(b) 碳和氧的原子百分比作为 3D打印PEI上矩形图案LIG激光功率的函数。(c) XPS 测量光谱和 (d) 碳和氧的原子百分比作为商业 PEI 上LIG样品的激光功率的函数。

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图5. (a) 刻在 3D 打印(底部)和商业(上方)PEI 上的应变计。(b) 三点弯曲试验装置。对 (c) 3D 打印的 PEI 和(d) 商业 PEI 上的雕刻后施加应变后的电阻变化。

3小结

我们已经展示了将 3D 打印聚合物(PEI) 直接转化为 石墨烯。由于 3D 打印过程中链的重新排列,3D 打印的 PEI 的热分析显示出不同的结果。与商业样品相比,在 3D 打印的 PEI 上制造的应变传感器显示出高 14 倍的应变系数。



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