水凝膠電路材料有著廣泛的應(yīng)用，特別是在柔性電子領(lǐng)域。然而，開發(fā)具有優(yōu)異性能的智能水凝膠電路材料仍然是一個(gè)難題。基于電路結(jié)構(gòu)的柔性設(shè)計(jì)和直接噴墨3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種可打印的導(dǎo)電藻酸鈉/石墨烯/碳納米管(SGC)油墨，實(shí)現(xiàn)了高分辨率、多功能的三維石墨烯基柔性電路。與以往工作相比，氧化石墨烯、SWCNT和Ca
2+的加入使SGC具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和阻燃性。SGC的電導(dǎo)率達(dá)到24.11S/m，比SA水凝膠高3倍。LOI在99.7%以上，遠(yuǎn)高于大多數(shù)導(dǎo)電聚合物。我們對(duì)3D打印具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多功能SGC水凝膠進(jìn)行了初步探索，并提供了理論基礎(chǔ)，有望在柔性電路、消防、人工電子皮膚等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
圖1. 3D打印SGC水凝膠的制備工藝。
圖2. 3D打印SGC水凝膠:(a)柵格為10mm的九格三維結(jié)構(gòu)。(b)柵格為1.5mm的分層網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)(c) 3D打印高縱橫比結(jié)構(gòu)上的懸垂特征。
圖3. SGC水凝膠的電特性:a) SGC水凝膠在切割-愈合狀態(tài)下的電流變化。b) LED與SGC水凝膠線連接構(gòu)成串聯(lián)電路、并聯(lián)電路和串并聯(lián)電路。c)連接到開關(guān)程序電路的SGC水凝膠的單極三擲開關(guān)的原理圖和照片。d)用于解鎖智能手機(jī)的SGC水凝膠電子皮膚演示。e)使用SGC水凝膠作為觸屏筆操作iPad。
圖4. SGC水凝膠和SAHs優(yōu)異的柔性:(a)彎曲水凝膠的電導(dǎo)率測(cè)量過程。(b) SGC水凝膠的柔韌性和可塑性。
圖5. SGC水凝膠和SAHs的力學(xué)性能及FT-IR圖譜: a) SGC-3 (d=0.0712 mm, L=30 mm)的應(yīng)力-應(yīng)變圖。b) SGC-4(d = 0.440 mm, L= 30 mm)的應(yīng)力-應(yīng)變圖。c) SGC-5(d=0.915 mm, L= 30 mm)的應(yīng)力-應(yīng)變圖。d) SGC-4和SAH-3的應(yīng)力-應(yīng)變對(duì)比圖。e) SGC水凝膠與SAHs的載荷變形對(duì)比圖。f) SGC水凝膠和SAHs的紅外光譜。
圖6. SGC水凝膠的阻燃性能:(a) SGC水凝膠的燃燒情況。(b)紙帶燃燒對(duì)比實(shí)驗(yàn)。(c) SGC水凝膠的隔熱實(shí)驗(yàn)。d) SGC水凝膠的點(diǎn)火過程。
相關(guān)研究成果由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院Xiaohu Chen等人于2023年發(fā)表在Polymer Testing (https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107905)上。原文：3D printing of graphene oxide/carbon nanotubes hydrogel circuits for multifunctional fire alarm and protection。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
