Ceylon Graphite Corp. gab bekannt, dass Ceylon Graphit bei der Herstellung einer anpassungsfähigen Sensorplattform für chemische Sensoren neue Konzentrations- und Leitfähigkeitsrekorde erzielt hat. Die in der Zeitschrift "Nanoscale" der Royal Society of Chemistry veröffentlichte Untersuchung wurde von Partnern des Molecular Sciences Research Hub am Imperial College London durchgeführt und bezog speziell Ceylons Adergraphit ein, um eine sprühbare Graphen-Tinte mit geringer Oberflächenspannung herzustellen, die für die Funktionalität des Sensors entscheidend war.

Eine Zusammenfassung der Testergebnisse, die im Januar 2023 abgeschlossen wurden, ist hier zu sehen: Ceylon-Graphit wurde verwendet, um hochkonzentrierte Graphen/Polyvinylpyrrolidon-Tinten mit rekordverdächtigen Konzentrationen von bis zu 3,2 mg mL-1 herzustellen. Mit Hilfe der Raman-Spektroskopie konnten hochwertige Graphenflocken nachgewiesen werden, die durch Flüssigphasen-Exfoliation hergestellt wurden. Das auf Ceylon basierende Graphen-Gerät wurde erfolgreich zur Erkennung von pH-Werten im Bereich von pH 3 - 11 eingesetzt. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial von hochwertigem Graphit für die nächste Generation nano-basierter Diagnostik für die biologische und chemische Sensorik.

Zusammenfassung der Ergebnisse: Formulierung von Graphen-Tinten: Graphen-Tinten haben sich als ein neues revolutionäres Element für hochleistungsfähige gedruckte, flexible und tragbare Elektronik entwickelt. Unter den verschiedenen Methoden, die für die Herstellung von Graphen-Tinte zur Verfügung stehen, wurde die sonikationsunterstützte Flüssigphasen-Exfoliation (LPE) aufgrund ihrer Einfachheit und Kompatibilität mit niedrig siedenden Lösungsmitteln gewählt. Bei diesem Verfahren werden Graphit (in Pulverform oder in Flocken) und Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt, wie 2-Propanol (IPA), zusammen mit kleinen Mengen (20 mg) des Polymerstabilisators verwendet. Das Ergebnis ist eine Graphen-Tinte mit den gewünschten elektronischen Eigenschaften für gedruckte Elektronik und einer deutlich längeren Haltbarkeit der Tinte.

IPA wurde als Lösungsmittel für die Graphen-Tinte gewählt, da es einen Siedepunkt von 82 Grad Celsius und einen beeindruckend niedrigen Oberflächendruck von nur 20,34 mN m-1 hat. Damit erfüllt es die Kriterien für eine skalierbare Sprühbeschichtung sowie für den Tintenstrahldruck der optimierten Tinte. Der Beschallungsprozess dauert 9 Stunden und gewährleistet eine gründliche Exfoliation der Graphitflocken. Anschließend wird die Tinte bei 2.000 - 13.000 g zentrifugiert, um die Tinte weiter zu verfeinern und alle verbleibenden, nicht abgeschälten Flocken effektiv zu entfernen.

Das optische Absorptionsspektrum (OAS) der Graphen-Tinte weist das charakteristische Profil auf, das mit dem Potenzial der Graphen-Flocken verbunden ist. Das optische Absorptionsspektrum (OAS) der Graphen-Tinte, wie in Abbildung 1a dargestellt, zeigt das charakteristische Profil von Graphen-Tinten, ein flaches Absorptionsmuster im sichtbaren Spektrum und einen ausgeprägten Peak im UV-Bereich, was bestätigt, dass die Tinte hauptsächlich aus hochwertigen Graphen-Flakes besteht. Die Konzentration der Graphenflocken in der Tinte wird auf ~ 1 mg mL-1 geschätzt, wenn sie bei 13.000 g zentrifugiert wird, und auf 3,2 mg mL-1, wenn sie bei 2.300 g zentrifugiert wird. Diese Konzentration übertrifft die in der Literatur für Graphen-Tinten, die durch Polyvinylpyrrolidon (PVP) stabilisiert wurden, um eine Größenordnung und unterstreicht die außergewöhnliche Qualität und das Potenzial dieser Formulierung.

Anwendung: Ein Graphen-Feldeffekttransistor als skalierbarer und preiswerter Hochleistungs-Biosensor. Der EG-GFET-Kanal wird mit Hilfe eines automatischen Sprühbeschichtungsprozesses gebildet, der eine konsistente und skalierbare Abscheidung der Graphen-Tinte auf dem PCB-Teststreifen gewährleistet. Die Graphen-Tinte weist hervorragende Benetzungseigenschaften auf, die zur Einheitlichkeit des Films beitragen.

Da die einzelnen Tintentröpfchen vor dem Verdampfen zu einem dünnen Film verschmelzen, spielt dieses Benetzungsverhalten eine entscheidende Rolle für die Gleichmäßigkeit. Während die Zugabe von PVP-Stabilisator die Konzentration und Stabilität der Tinte erhöht, ist es wichtig zu wissen, dass PVP aufgrund seiner isolierenden Eigenschaften die elektrische Leitfähigkeit von nanostrukturierten Graphen-Dünnfilmen beeinträchtigt. Es wurde jedoch eine Lösung gefunden, indem eine Xenon-Lichtquelle mit intensivem gepulstem Licht (IPL) verwendet wurde, die das PVP-Polymer effektiv abbaut, ohne dass das PCB-Substrat Temperaturen ausgesetzt wird, die seine Zersetzungsschwelle überschreiten.

Diese Methode erweist sich als am besten geeignet für diese spezielle Anwendung. Die sprühbeschichtete Graphen-Tinte erreichte nach der IPL-Temperung einen ungefähren Kanalwiderstand von 100 O, der für flexible und Kunststoff-Elektronik geeignet ist und derzeit in der Industrie verwendet wird.