A basso costo, metodo ad alta velocità per la stampa di inchiostri al grafene utilizzando un processo di stampa roll-to-roll convenzionale, come quella usata per stampare giornali e pacchetti di patatine, potrebbe aprire una vasta gamma di applicazioni pratiche, compresa l'elettronica stampata poco costosa, imballaggi intelligenti e sensori usa e getta.

Sviluppato da ricercatori dell'Università di Cambridge in collaborazione con la società tecnologica Novalia con sede a Cambridge, il metodo consente di aggiungere grafene e altri materiali conduttori di elettricità agli inchiostri a base d'acqua convenzionali e stamparli utilizzando le tipiche apparecchiature commerciali, la prima volta che il grafene è stato utilizzato per la stampa su una macchina da stampa commerciale su larga scala ad alta velocità.

Il grafene è un foglio bidimensionale di atomi di carbonio, solo un atomo di spessore. La sua flessibilità, la trasparenza ottica e la conduttività elettrica lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni, compresa l'elettronica stampata. Sebbene numerosi prototipi di laboratorio siano stati dimostrati in tutto il mondo, l'uso commerciale diffuso del grafene deve ancora essere realizzato.

"Siamo lieti di essere i primi ad avvicinare gli inchiostri al grafene alla produzione reale. Ci sono molte aziende che hanno prodotto inchiostri al grafene, ma nessuno di loro lo ha fatto su una scala simile a questo, " ha affermato il dottor Tawfique Hasan del Cambridge Graphene Center (CGC), che ha sviluppato il metodo. "Essere in grado di produrre inchiostri conduttivi che potrebbero essere utilizzati senza sforzo per la stampa su scala commerciale a una velocità molto elevata aprirà tutti i tipi di applicazioni diverse per il grafene e altri materiali simili".

"Questo metodo ci permetterà di dare ai sistemi elettronici forme del tutto inaspettate, " ha affermato Chris Jones di Novalia. "Si tratta di una tecnologia abilitante incredibilmente flessibile".

Il metodo di Hasan, sviluppato presso il Centro di nanoscienze dell'Università, funziona sospendendo minuscole particelle di grafene in una miscela di solventi 'vettore', che viene aggiunto alle formulazioni di inchiostri conduttivi a base d'acqua. Il rapporto degli ingredienti può essere regolato per controllare le proprietà del liquido, consentendo al solvente vettore di essere facilmente miscelato in un inchiostro conduttivo a base d'acqua convenzionale per ridurre significativamente la resistenza. Lo stesso metodo funziona per materiali diversi dal grafene, compreso metallico, nanoparticelle semiconduttrici e isolanti.

Attualmente, i modelli conduttivi stampati utilizzano una combinazione di carbonio scarsamente conduttivo con altri materiali, più comunemente argento, che è costoso. Gli inchiostri a base d'argento costano £ 1000 o più per chilogrammo, mentre questa nuova formulazione di inchiostro al grafene sarebbe 25 volte più economica. Inoltre, l'argento non è riciclabile, mentre il grafene e altri materiali in carbonio possono essere facilmente riciclati. Il nuovo metodo utilizza a buon mercato, solventi atossici ed ecocompatibili che possono essere asciugati rapidamente a temperatura ambiente, riduzione dei costi energetici per la polimerizzazione dell'inchiostro. Una volta asciutto, l'"inchiostro elettrico" è anche impermeabile e aderisce molto bene al supporto.

Gli inchiostri a base di grafene sono stati stampati a una velocità di oltre 100 metri al minuto, che è in linea con i ritmi di produzione commerciale per la stampa grafica, e molto più veloce dei prototipi precedenti. Due anni fa, Hasan e i suoi colleghi hanno prodotto un prototipo di pianoforte trasparente e flessibile utilizzando inchiostri a base di grafene, che ha richiesto tra le sei e le otto ore per essere realizzato. Attraverso l'uso di questo nuovo inchiostro, i dispositivi più versatili su carta o plastica possono essere realizzati a una velocità di 300 al minuto, ad un costo molto contenuto. Novalia ha anche prodotto un DJ deck stampato e un poster interattivo, che funziona come un drum kit utilizzando lo stesso metodo.

Hasan e gli studenti di dottorato Guohua Hu, Richard Howe e Zongyin Yang del gruppo Hybrid Nanomaterials Engineering di CGC, in collaborazione con Novalia, testato il metodo su una tipica macchina da stampa commerciale, che non ha richiesto modifiche per stampare con l'inchiostro al grafene. Oltre alle nuove applicazioni il metodo si aprirà al grafene, potrebbe anche avviare opportunità di business completamente nuove per gli stampatori di grafica commerciale, che potrebbe diversificare nel settore dell'elettronica.

"Il Regno Unito, e l'area di Cambridge in particolare, è sempre stata forte nel settore della stampa, ma soprattutto per la stampa grafica e il confezionamento, " disse Hassan, un ricercatore della Royal Academy of Engineering e un docente universitario nel dipartimento di ingegneria. "Speriamo di utilizzare questa forte esperienza locale per espandere la nostra piattaforma di inchiostri funzionale. Oltre all'elettronica stampabile più economica, questa tecnologia apre potenziali aree di applicazione come imballaggi intelligenti e sensori monouso, che fino ad oggi sono stati in gran parte inaccessibili a causa dei costi."

A breve e medio termine, i ricercatori sperano di usare il loro metodo per stampare, biosensori usa e getta, raccoglitori di energia e tag RFID.