等离子体喷射印刷并原位还原酸性氧化石墨烯

2018.07.27 点击3090次

　　功能性纳米材料的图案化沉积技术在制备柔性电子器件具有独特的优势，如印刷柔性功能性电路以及能量转换存储器件可以嵌入服饰或其他柔性表面中。而该技术在制备微型移动电子设备以及物联网设备方面依然具有许多挑战。

　　在诸多功能性纳米材料中，氧化石墨烯由于具有良好的液体可加工性、鲁棒性以及还原态的高导电性等特性，在图案化沉积技术具有诸多应用。而采用氧化石墨烯印制导电线路的过程中一般需要多个中间步骤，如清洗、还原等步骤，这极大增加了工艺的复杂性。

　　近期，来自于英国The Open University的Krishnamurthy小组采用等离子体喷射印刷了强酸性氧化石墨烯分散液，在形成功能化图案的同时实现了氧化石墨烯的原位还原，其相关研究进展发表在ACS Nano期刊上。 　　

图一 等离子体喷射印刷并原位还原酸性氧化石墨烯的示意图

　　采用大气压的等离子射流，可以将高酸性氧化石墨烯悬浮液印刷为图案化薄膜，同时其中氧化石墨烯会原位还原。氦气和氢气混合气氛的低温等离子体能够有效地将高酸性的氧化石墨烯分散液（pH<2）中的氧化石墨烯在喷印过程中原位还原。该技术能够有效地避免传统图案化沉积技术中印制氧化石墨烯所需的多个中间步骤，如图二所示。

　　图二 传统图案化沉积技术与等离子体喷射印刷的工艺流程图

　　通过X射线光谱（XPS）可证实，将高酸性氧化石墨烯分散液经过低温等离子喷印过程后，其反应中间体与氧化石墨烯中的含氧官能团数量显著降低，如图三所示。且还原的氧化石墨烯薄膜具有更好的导电性。 　　

　　图三 等离子喷印沉积图案的XPS C1s能谱

　　综上所述，这种基于低温等离子体喷射印刷工艺具有很好的应用潜力，能够实现还原氧化石墨烯导电图案的快速大规模印制。