據外媒報道，堪薩斯州立大學(xué)工業(yè)和制造系統工程副教授Suprem Das領(lǐng)導的研究團隊與大學(xué)物理學(xué)杰出教授Christopher Sorensen合作，展示了制造基于石墨烯的納米墨水的潛在方法，以柔性和可打印的電子產(chǎn)品的形式添加制造超級電容器。
超級電容器是一種可以在幾十秒內快速充電和放電的能源設備。隨著(zhù)世界各地的研究人員研究超級電容器替代電池的可能性，Das領(lǐng)導的團隊提出了另一種預測。該團隊的工作可以將其整合，以克服電池的緩慢充電過(guò)程。此外，Das一直在開(kāi)發(fā)小型超級電容器的增材制造--稱(chēng)為微型超級電容器--以便有一天它們可以用于硅加工中的晶圓級集成。
Das說(shuō)：“增材制造是令人著(zhù)迷的，具有成本效益，并具有多功能的設計考慮。”
該團隊已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了經(jīng)過(guò)10000次充放電循環(huán)測試的超級電容器，這個(gè)數字對于評估這些設備的可靠性是很有希望的，Das表示該團隊還在研究這些微型超級電容器的多功能性，在機械柔性表面上打印。為此，他們使用了20微米厚的聚酰亞胺--塑料--基底，可靠性很高。Das對將新興材料轉化為設備十分感興趣。
“當你考慮最好的材料并希望制造最好的設備時(shí)，它并不簡(jiǎn)單和直接，”Das說(shuō)。“人們需要再了解器件所涉及的基礎物理學(xué)和化學(xué)。”
Das的發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢是他通過(guò)與Sorensen的建設性討論可視化的綠色研究方面。當Das遇到Sorensen 時(shí)，他意識到他可以利用他在增材制造方面的專(zhuān)業(yè)知識，將這些材料轉化為有用的東西;在這種情況下，制造微小的儲能裝置。
幾個(gè)月后，Das在開(kāi)發(fā)出納米墨水技術(shù)后申請了美國專(zhuān)利，并將其用于展示打印的微型超級電容器。
Das 對與 Sorensen 形成這種協(xié)同合作特別感興趣，因為石墨烯生產(chǎn)過(guò)程和他自己研究小組的石墨烯油墨制造過(guò)程具有高能效、高度可擴展和無(wú)化學(xué)成分的特點(diǎn)。Das 說(shuō)，這兩種工藝都是專(zhuān)利/正在申請專(zhuān)利的技術(shù)，在工業(yè)上具有相關(guān)性。
"我們通過(guò)在一個(gè)多升的室內引爆富含燃料的不飽和碳氫化合物(如乙炔)與氧氣的混合物來(lái)制造高質(zhì)量的多層石墨烯，"Sorensen說(shuō)。"我們的專(zhuān)利方法很簡(jiǎn)單，只需要很少的能量，因此對生態(tài)環(huán)境是無(wú)害的;不需要有毒的化學(xué)品;并且已經(jīng)擴大了規模，可以產(chǎn)生高質(zhì)量、廉價(jià)的石墨烯。"
石墨烯被認為是一種具有很大潛力的神奇材料，因為它具有許多超強的物理特性，許多石墨烯制造方法已經(jīng)在全球范圍內被開(kāi)發(fā)出來(lái)，石墨烯的生產(chǎn)量也達到了噸級。然而，技術(shù)專(zhuān)家們很清楚，石墨烯還沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)，因為這些方法都沒(méi)有在經(jīng)濟、生態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量方面進(jìn)行適當的組合，使石墨烯能夠發(fā)揮其潛力。但據Sorensen和Das說(shuō)，堪薩斯州立大學(xué)追求的生產(chǎn)石墨烯和納米墨水的方法都在解決所有這些要求的目標上。
這項研究最近作為封面文章發(fā)表在《ACS應用能源材料雜志》上。
