英國約克大學《ACS AEM》：通過激光誘導石墨烯在3D打印結構上一步制造低電阻導體

來源：carbon_art

1成果簡介

三維 (3D) 打印在不同應用的商品制造中變得越來越普遍。其中許多應用將受益于將電子設備集成到 3D 打印結構中。本文，英國約克大學Mehraneh TavakkoliGilavan等研究人員在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊發(fā)表名為“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-PrintedStructures by Laser-Induced Graphene”的論文，研究報告了一種將3D打印的聚醚酰亞胺 (PEI) 轉化為石墨烯。這種激光誘導石墨烯(LIG) 不僅具有導電性，而且還具有用于機械應變傳感的大應變系數(shù)。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00480

已經實現(xiàn)了0.30 Ω/sq 的薄層電阻，這比之前關于3D打印的 PEI/PC 薄板的報告低50 倍，并且是迄今為止在任何聚合物基板上報告的最低 LIG 薄層電阻值。這是由于三個主要因素實現(xiàn)的：3D 打印物體上的 LIG 厚度大、每單位面積的激光能量最大化，以及與商業(yè) PEI 相比，3D 打印 PEI 上的 LIG 形態(tài)得到改善。

2圖文導讀  

圖1. (a) 3D 打印基材和激光工藝在 3D 打印物體上的示意圖。用于不同應用的導電圖案可以直接集成到智能對象中。(b) 3D打印的 PEI 基板上的激光工藝。(c) PEI 基板上的一、二和三脈沖寬線。

圖2. (a) 3D 打印的 PEI 和 (b) 商業(yè) PEI 上具有不同激光功率的矩形圖案的拉曼光譜。材料質量隨著功率的提高而提高。多層石墨烯對于 3D 打印的 PEI，可以在 40% 的功率下觀察到峰值。(c) 3D打印的 PEI 和 (d) 商業(yè) PEI 上 40% 激光功率的 TEM圖像。

圖3.在3D打印的 PEI 基板上的石墨烯 低倍率 SEM 圖像

圖4. (a) XPS 測量光譜和(b) 碳和氧的原子百分比作為 3D打印PEI上矩形圖案LIG激光功率的函數(shù)。(c) XPS 測量光譜和 (d) 碳和氧的原子百分比作為商業(yè) PEI 上LIG樣品的激光功率的函數(shù)。

圖5. (a) 刻在 3D 打?。ǖ撞浚┖蜕虡I(yè)（上方）PEI 上的應變計。(b) 三點彎曲試驗裝置。對 (c) 3D 打印的 PEI 和(d) 商業(yè) PEI 上的雕刻后施加應變后的電阻變化。

3小結

我們已經展示了將 3D 打印聚合物(PEI) 直接轉化為 石墨烯。由于 3D 打印過程中鏈的重新排列，3D 打印的 PEI 的熱分析顯示出不同的結果。與商業(yè)樣品相比，在 3D 打印的 PEI 上制造的應變傳感器顯示出高 14 倍的應變系數(shù)。