Graphen-Tinten für die Elektronik

Eigenschaften von Graphen für die Elektronik

Graphen ist eine einlagige Schicht aus Kohlenstoff, die eine hexagonale Gitterstruktur aufweist. Es hat eine hohe Elektronenbeweglichkeit, die im Labor manchmal bis zu 200.000 cm²/V-s beträgt. Dank dieser Eigenschaften kann es die Geschwindigkeit elektronischer Signale beschleunigen. Graphen hat auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, deren Werte im Allgemeinen zwischen 2.000 und 5.000 Watt pro Meter und Kelvin liegen. Damit ist es für Anwendungen mit hoher Wärmebelastung geeignet. Darüber hinaus besitzt Graphen eine hohe Widerstandsfähigkeit, aber auch Flexibilität. Seine Zugfestigkeit ist mit bis zu 100 Gigapascal vergleichbar. Die meisten Anwendungen der gedruckten Elektronik nutzen Graphen wegen seiner mechanischen Festigkeit und Leichtigkeit. Diese Eigenschaften sind für das geringere Gewicht und die höhere Robustheit von Leiterplatten und flexiblen Displays verantwortlich.

Was sind Graphen-Tinten?

Graphen-Tinten sind flüssige Suspensionen mit hochdispersen Graphenpartikeln. Die Tinten sind für verschiedene Drucktechnologien geeignet. Mit ihnen lassen sich dünne, leitfähige Schichten auf verschiedenen Substraten wie Glas, Papier oder Kunststoff aufbringen. Graphen ist das leitende Material, das in den Tinten verwendet wird. Durch die flüssige Form kann sich das Material schnell über große Flächen verteilen. Graphen-Tinten sind für die meisten Industriezweige wertvoll, da sie kostengünstig sind und einen leistungsstarken Weg zum Drucken elektronischer Komponenten bieten.

Arten von Graphen-Tinten

Es gibt verschiedene Arten von Graphen-Tinten. Einige von ihnen enthalten Lösungsmittel auf Wasserbasis, andere sind auf organischen Lösungsmitteln aufgebaut. Graphen-Tinten auf Wasserbasis sind wichtig, weil sie rein und sicher sind. Tinten, die aus organischen Lösungsmitteln bestehen, können jedoch bei bestimmten Anwendungen eine bessere Dispersion von Graphen ermöglichen. Es gibt auch andere Arten von Tinten, z. B. mit Polymeren modifizierte Graphen-Tinten. Bei diesen Tinten werden Polymere mit Graphen vermischt, um die Haftung und Flexibilität zu verbessern. Jeder Typ wird je nach Anwendung und dem Substrat, auf das er gedruckt werden soll, ausgewählt.

Formulierung und Dispersionstechniken

Zur Herstellung von Graphen-Tinten werden zunächst hochwertige Graphen-Pulver benötigt. Diese müssen in einem flüssigen Medium homogen dispergiert werden. Zur Dispergierung werden vor allem Ultraschall und Kugelmahlen eingesetzt. Durch die Ultraschallbehandlung werden die Graphen-Cluster aufgelöst, so dass sie sich homogen verteilen können. Dispergiermittel oder Tenside werden hinzugefügt, um eine Reaggregation der Graphenblätter zu verhindern. Das Lösungsmittel spielt eine wichtige Rolle. Ein verträgliches Lösungsmittel stabilisiert Graphen über einen längeren Zeitraum hinweg. Erfahrene Wissenschaftler haben festgestellt, dass die richtige Kombination von Lösungsmittel, Tensid und Graphenkonzentration entscheidend ist. Aus diesem Grund führt die Formulierung zu Tinten mit hoher Leitfähigkeit und gleichmäßiger Textur.

Druckverfahren und Kompatibilität

Für Graphen-Tinten werden verschiedene Druckverfahren eingesetzt. Der Tintenstrahldruck ist weit verbreitet, da er eine feine Musterauflösung auf flexiblen oder starren Substraten erzielen kann. Auch der Siebdruck ist weit verbreitet. Er ist ideal für dickere Folien und für solche, die haltbar sein müssen. Der Aerosoldruck wurde ebenfalls für eine hohe Auflösung in bestimmten Bereichen eingesetzt. Die Kompatibilität der Graphen-Tinten mit den vorgenannten Druckverfahren hängt von den Trocknungszeiten und der Viskositätskontrolle ab. Nach den praktischen Erfahrungen in der Industrie kann die beste Mischung aus Tintenformulierung und Drucktechnologie zu reproduzierbaren elektronischen Mustern und Geräten führen.

Anwendungen in der Elektronik

Graphen-Tinten werden in vielen Bereichen der Elektronik eingesetzt. Sie werden in gedruckten Leiterplatten, flexiblen Displays und RFID-Antennen eingesetzt. So kann beispielsweise eine gedruckte Antenne auf einem flexiblen Polymersubstrat als kostengünstige drahtlose Kommunikationsmöglichkeit dienen. Einige gedruckte Sensoren verwenden Graphen-Tinten, um Temperaturschwankungen oder Gase zu messen. Graphen-Tinten werden zum Drucken von Leiterbahnen in Solarzellen verwendet. In einer kostengünstigen gedruckten Solarzelle wurde Graphen-Tinte verwendet, um die Stromleitung auf einem flexiblen Substrat zu verbessern. Darüber hinaus wurden Graphen-Tinten für gedruckte Speicher und Transistoren aufgrund ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit verwendet. In jeder dieser Anwendungen führen Graphen-Tinten zu leichten und flexiblen elektronischen Bauteilen.

Schlussfolgerung

Graphen-Tinten bieten neue Möglichkeiten für die gedruckte Elektronik. Sie vereinen die herausragenden Eigenschaften von Graphen mit der Vielseitigkeit einer flüssigen Formulierung. Ihr Wärmemanagement, ihre mechanische Festigkeit und ihre hohe Leitfähigkeit führen zu vielfältigen elektronischen Anwendungen. Die Auswahl der richtigen Graphen-Tintenform hängt von der beabsichtigten Anwendung und der gewünschten Drucktechnik ab.

Häufig gestellte Fragen

F: Wofür werden Graphen-Tinten verwendet?

F: Sie werden verwendet, um elektronische Bauteile wie Sensoren, Antennen und Schaltkreise auf Substrate zu drucken.

F: Wie wird Graphen in der Tinte stabil gehalten?

F: Graphen wird durch Tenside, Beschallung und geeignete Lösungsmittel stabilisiert, die eine Aggregation verhindern.

F: Ist die Verwendung von Graphen-Tinten auf Wasserbasis kommerziell sicher?

F: Graphen-Tinten auf Wasserbasis sind sicher, umweltfreundlich und effektiv für die meisten elektronischen Anwendungen.