針對(duì)柔性、寬帶超聲傳感器，采用形貌優(yōu)化的NGP/PAA雜化納米復(fù)合油墨，噴墨印刷了一種新型納米石墨片(NGP)/聚酰亞胺(PI)薄膜。該油墨由廉價(jià)的塊狀石墨經(jīng)高剪切液相剝離制成，表現(xiàn)出良好的印刷適性和高達(dá)13.1毫克/毫升的高石墨烯濃度。該NGP/PI薄膜傳感器具有超薄厚度(僅約1毫米)，顯示出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和高粘合強(qiáng)度，達(dá)到美國(guó)測(cè)試和材料學(xué)會(huì)5B級(jí)水平。高度均勻且固化的NGP/PI納米結(jié)構(gòu)使得NGPs和PI聚合物基體之間形成p-p相互作用，并且當(dāng)超聲波穿過(guò)傳感器時(shí)，在NGPs之間觸發(fā)量子隧穿效應(yīng)。這種傳感機(jī)制賦予NGP/PI傳感器良好的靈敏度、保真度和準(zhǔn)確度，表現(xiàn)出與壓電傳感器等主流商用超聲波傳感器相當(dāng)?shù)男阅堋．?dāng)傳感超聲波175千赫時(shí)，薄膜傳感器具有高達(dá)739的靈敏度系數(shù)，以及高達(dá)1.6兆赫的超寬響應(yīng)頻譜。
Figure 1. 使用優(yōu)化的NGP/PAA納米復(fù)合油墨噴墨打印薄膜型NGP/PI超聲傳感器的制造工藝示意圖。
Figure 2. 通過(guò)高剪切LPE剝離的NGPs的(a) FESEM和(b) AFM圖像。(c)通過(guò)AFM測(cè)量的NGP維度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。(d)NGP/PAA納米復(fù)合油墨、NGP油墨和PAA溶液的紫外可見(jiàn)光譜。(e)用NGP/PAA油墨在一張普通紙上印刷的圖案。
Figure 3. (a) Kapton薄膜基底上的噴墨印刷NGP/PI傳感器。(b)噴墨打印的NGP/PI傳感器的FESEM圖像。
Figure 4．(a)噴墨打印NGP/PI傳感器的熱重分析曲線。(b)噴墨打印的NGP/PI傳感器的光學(xué)照片和經(jīng)過(guò)ASTM D3359橫切膠帶測(cè)試的膠帶。（c）超聲波采集實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。(d-g)在不同頻率時(shí)所捕獲的激勵(lì)信號(hào)和超聲波信號(hào)。(h)打印NGP/PI傳感器的超聲波傳感機(jī)制示意圖。
該研究工作由香港理工大學(xué)Zhongqing Su課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：Thermally stable, adhesively strong graphene/polyimide films for inkjet printing ultrasound sensors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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