Gli inchiostri conduttivi sono utili per una vasta gamma di applicazioni, compresa l'elettronica stampata e flessibile come le antenne di identificazione a radiofrequenza (RFID), transistor o celle fotovoltaiche. Si prevede che l'avvento dell'internet delle cose porterà a una nuova connettività all'interno degli oggetti di uso quotidiano, anche negli imballaggi alimentari. C'è una chiara necessità di una produzione economica ed efficiente di dispositivi elettronici che utilizzino componenti conduttivi e non tossici.

Un nuovo metodo per produrre alta qualità, Gli inchiostri al grafene conduttivo a base d'acqua ad alte concentrazioni sono stati sviluppati dai ricercatori della Graphene Flagship che lavorano presso il Cambridge Graphene Center dell'Università di Cambridge, UK. Il nuovo metodo utilizza forze di taglio ultraelevate in un processo di microfluidizzazione per esfoliare i fiocchi di grafene dalla grafite. Il processo converte il 100% del materiale di grafite di partenza in scaglie utilizzabili per inchiostri conduttivi, evitando la necessità di centrifugazione e riducendo il tempo impiegato per produrre un inchiostro utilizzabile. La ricerca è pubblicata su ACS Nano .

Gli inchiostri prodotti dal processo di microfluidizzazione hanno alte concentrazioni fino a 100 g di fiocchi di grafene per litro e possono essere ottimizzati per la serigrafia. Questi inchiostri possono essere utilizzati anche per creare nuovi compositi, rivestimenti e dispositivi di accumulo di energia. Questo metodo può essere facilmente applicato ad altri materiali stratificati, come nitruro di boro esagonale o dicalcogenuri di metalli di transizione, fornire una famiglia di componenti di circuiti stampabili:conduttore, isolanti e semiconduttori – con cui costruire elettronica stampata con diverse funzionalità. Questi inchiostri sono ideali per applicazioni in cui il basso costo è importante.

Con la resa del 100% del metodo di microfluidificazione, è ora possibile produrre inchiostri al grafene di alta qualità in quantità sufficienti per i prodotti commerciali. Gli inchiostri prodotti con questo metodo sono già stati commercializzati tramite una società spin out dell'Università di Cambridge, Cambridge grafene, che è stata recentemente acquisita dalla società di soluzioni ingegneristiche Versarien. Gli inchiostri vengono forniti anche a Novalia, un'innovativa azienda di stampa con sede a Cambridge, per l'uso nelle loro demo elettroniche stampate basate sul tocco interattive.

Dott. Panagiotis Karagiannidis, un ricercatore presso il Cambridge Graphene Centre, è l'autore principale dell'opera. "La motivazione era la necessità di produrre strati con bassa resistenza del foglio mediante serigrafia utilizzando inchiostri ad alta concentrazione. Nel processo di microfluidizzazione, tutta la miscela di partenza subisce gli stessi livelli di taglio intensivo uniformi, convertendolo in un inchiostro utilizzabile ad alta concentrazione. Non c'è spreco di materiale o post-elaborazione che richiede tempo."

Il Prof. Andrea Ferrari è Direttore del Cambridge Graphene Centre, Responsabile scientifico e tecnologico dell'ammiraglia del grafene, e presidente del Flagship Management Panel. Ha dichiarato:"Questo è un importante progresso concettuale, e aiuterà in modo significativo gli obiettivi di innovazione e industrializzazione del Flagship Graphene. Il fatto che il processo sia già autorizzato e commercializzato indica come sia possibile ridurre il tempo dal laboratorio al mercato anche durante la vita dell'ammiraglia".

Chris Jones di Novalia ha dichiarato:"Per applicazioni redditizie e commerciabili, i materiali devono essere convenienti, facile da maneggiare e mostrare prestazioni costanti. Abbiamo eseguito questi inchiostri su normali apparecchiature di serigrafia industriale senza modifiche e abbiamo ottenuto risultati coerenti, stampando centinaia di dimostrazioni interattive per il Mobile World Congress. Questo è un punto molto entusiasmante, una giunzione critica tra il laboratorio e il pubblico".

Mar García-Hernandez del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (CSIC) è il leader del Graphene Flagship Work Package Enabling Materials, che si concentra sullo sviluppo di metodi di sintesi scalabili per grafene e altri materiali a strati. "La microfluidizzazione è un enorme passo avanti verso applicazioni di inchiostri al grafene convenienti e rispettosi dell'ambiente nel fotovoltaico organico, antenne RFID, rivestimenti elettricamente conduttivi o nanocompositi. Il metodo è certamente adatto per la sintesi di una varietà di altri inchiostri per materiali stratificati, che amplierà la portata delle applicazioni dei materiali stratificati nei dispositivi del mondo reale".