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成果簡介

三維 (3D) 打印在不同應(yīng)用的商品制造中變得越來越普遍。其中許多應(yīng)用將受益于將電子設(shè)備集成到 3D 打印結(jié)構(gòu)中。本文，英國約克大學Mehraneh Tavakkoli Gilavan等研究人員在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊發(fā)表名為“One-Step Fabrication of Low-Resistance Conductors on 3D-Printed Structures by Laser-Induced Graphene”的論文，研究報告了一種將3D打印的聚醚酰亞胺 (PEI) 轉(zhuǎn)化為石墨烯。這種激光誘導石墨烯(LIG) 不僅具有導電性，而且還具有用于機械應(yīng)變傳感的大應(yīng)變系數(shù)。

已經(jīng)實現(xiàn)了0.30 Ω/sq 的薄層電阻，這比之前關(guān)于3D打印的 PEI/PC 薄板的報告低 50 倍，并且是迄今為止在任何聚合物基板上報告的最低 LIG 薄層電阻值。這是由于三個主要因素實現(xiàn)的：3D 打印物體上的 LIG 厚度大、每單位面積的激光能量最大化，以及與商業(yè) PEI 相比，3D 打印 PEI 上的 LIG 形態(tài)得到改善。

圖文導讀

圖1. (a) 3D 打印基材和激光工藝在 3D 打印物體上的示意圖。用于不同應(yīng)用的導電圖案可以直接集成到智能對象中。(b) 3D 打印的 PEI 基板上的激光工藝。(c) PEI 基板上的一、二和三脈沖寬線。

圖2. (a) 3D 打印的 PEI 和 (b) 商業(yè) PEI 上具有不同激光功率的矩形圖案的拉曼光譜。材料質(zhì)量隨著功率的提高而提高。多層石墨烯對于 3D 打印的 PEI，可以在 40% 的功率下觀察到峰值。(c) 3D打印的 PEI 和 (d) 商業(yè) PEI 上 40% 激光功率的 TEM 圖像。

圖3.在3D打印的 PEI 基板上的石墨烯低倍率 SEM 圖像

圖4. (a) XPS 測量光譜和 (b) 碳和氧的原子百分比作為 3D打印PEI上矩形圖案LIG激光功率的函數(shù)。(c) XPS 測量光譜和 (d) 碳和氧的原子百分比作為商業(yè) PEI 上LIG樣品的激光功率的函數(shù)。

圖5. (a) 刻在 3D 打印（底部）和商業(yè)（上方）PEI 上的應(yīng)變計。(b) 三點彎曲試驗裝置。對 (c) 3D 打印的 PEI 和 (d) 商業(yè) PEI 上的雕刻后施加應(yīng)變后的電阻變化。

小結(jié)

我們已經(jīng)展示了將 3D 打印聚合物 (PEI) 直接轉(zhuǎn)化為石墨烯。由于 3D 打印過程中鏈的重新排列，3D 打印的 PEI 的熱分析顯示出不同的結(jié)果。與商業(yè)樣品相比，在 3D 打印的 PEI 上制造的應(yīng)變傳感器顯示出高 14 倍的應(yīng)變系數(shù)。

鏈接:https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00480

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英國約克大學：激光誘導石墨烯在 3D打印一步制造低電阻導體