柔性印刷电极 铜-石墨烯复合墨水开发成功成本为银墨水十分之一!

  韩国的研究团队成功开发出了将石墨烯在铜上合成的“铜-石墨烯复合墨水”。该墨水与目前的银墨水性能一样,但是价格只有其十分之一。预计通过此技术将提高触摸屏,显示屏等领域的价格竞争力。

  该研究的负责人JungHeejin责任研究员(左)和Lee Gunwoong责任研究员各自拿着铜-石墨烯粉末和墨水的画面

  韩国科学技术信息通信部下属的政府资助的电气专业研究机关——韩国电气研究院钠融合技术研究中心8月16日宣布,成功开发出了具有“梦想中的纳米材料”之称的石墨烯合成在铜上制成的“铜-石墨烯复合墨水”,该墨水可降低成本,并具备卓越的导电性。

  韩国研究团队开发的新一代复合墨水,与目前作为电子设备配线及回路电极使用的价格高昂的银墨水具备同样的性能,价格却仅有其十分之一。此技术将成为在触摸屏、显示等柔性印刷电极领域具备较高的稳定性并可以确保价格竞争力的技术。

  目前市场上销售的导电性墨水材料中使用最多的是属于贵金属系列的银。银虽然具备高导电性和不易氧化的优点,但是售价非常高。因此与银性能类似价格又低廉10倍的铜作为替代材料受到人们的关注。

  但是铜存在比银熔点高,露出在空气中时很容易在表面形成氧化膜的缺陷。在电极材料制造过程中,露出在高温环境下时,存在铜离子易被氧化的缺点。形成氧化膜的铜因为电流不能经过,为了防止此现象需要开发完美的技术。为了克服缺陷,韩国的研究团队曾发布过很多防止氧化膜的研究结果,进行过将铜粒子的大小缩减到数十纳米,在表面敷上银的尝试等等。但是这些研究存在费用较高,以及发生再次形成氧化膜的问题,而无法实现商用化。

  KERI研究团队为了解决该问题,将目光投向了石墨烯材料。石墨烯是一种纳米材料,具备卓越的化学稳定性,优异的导电性和热传导性能,可以作为金属材料的抗氧化膜使用。研究团队采用了非纳米级的铜,而是采用价格更便宜的微米级商用铜粒子来提高价格竞争力,并采用在铜粒子表面将数层石墨烯在液体状态合成的“液态合成法”,构建了大量可持续生产制程的基础。

  所制造出的铜-石墨烯复合性墨水结晶性非常优异,可以保持6个月以上稳定状态,具备抗氧化的效果。KERI研究团队进行了铜-石墨烯电极的高温·耐湿信赖性试验,确认到在摄氏85度,相对湿度85%的环境下6个月期间的导电性变化不到5%。

  研究团队以此为基础,制造出了扩散性优异的高粘度墨水, 通过印刷形成分辨率高的Patten膜。通过光热塑性,实现与银同等水平的导电性,以此确保可以商用化。尤其是通过对铜粒子大小、光能及Patten厚度的调节,可以确保具备多种导电度的Patten电极,可应用到非常丰富的应用领域上。

  铜-石墨烯复合材料基础的高粘度墨水和利用此印刷的Patten照片及塑性后高温/高湿环境下的导电性测试结果

  研究负责人Lee Gunwoong责任研究员称“为了在铜表面上合成数层的石墨烯,我们采用了全球首个液态合成法,通过反复试验,开发出了控制铜-石墨烯表面图像的方法,确保了大批量持续生产的可能性。”

  Jeung heejin责任研究员称“本次的成果通过石墨烯的复合化,将解决铜墨水的氧化导致的电传导不稳定的问题”,并称“采用了相对低廉的商用铜粒子,具备优异的量产性和非常强的价格竞争力。”

  研究团队开发的成果今后将能作为电磁波屏蔽膜(EMI)、太阳能电池、射频识别(RFID)天线、柔性印刷回路基板(Flexible PCB)及可穿戴收缩电极等材料应用。目前正在对相关研究成果进行原始专利的申请及验证自主量产的可能性。为了实现商业化,也正在寻找需要技术转让的企业,将通过与相关企业的合作进行技术转让并促进商业化。

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