科学家将石墨烯纳米墨水用于超级电容器的增材制造

堪萨斯州立大学工业和制造系统工程副教授Suprem Das领导的研究团队与大学物理学杰出教授Christopher Sorensen合作，展示了制造基于石墨烯的纳米墨水的潜在方法，以柔性和可打印的电子产品的形式添加制造超级电容器。超级电容器是一种可以在几十秒内快速充电和放电的能源设备。随着世界各地的研究人员研究超级电容器替代电池的可能性，Das领导的团队提出了另一种预测。该团队的工作可以将其整合，以克服电池的缓慢充电过程。此外，Das一直在开发小型超级电容器的增材制造--称为微型超级电容器--以便有一天它们可以用于硅加工中的晶圆级集成。

Das说：“增材制造是令人着迷的，具有成本效益，并具有多功能的设计考虑。”

该团队已经开发出了经过10000次充放电循环测试的超级电容器，这个数字对于评估这些设备的可靠性是很有希望的，Das表示该团队还在研究这些微型超级电容器的多功能性，在机械柔性表面上打印。为此，他们使用了20微米厚的聚酰亚胺--塑料--基底，可靠性很高。Das对将新兴材料转化为设备十分感兴趣。

“当你考虑最好的材料并希望制造最好的设备时，它并不简单和直接，”Das说。“人们需要再了解器件所涉及的基础物理学和化学。”

Das的发明的另一个优势是他通过与Sorensen的建设性讨论可视化的绿色研究方面。当Das遇到Sorensen 时，他意识到他可以利用他在增材制造方面的专业知识，将这些材料转化为有用的东西；在这种情况下，制造微小的储能装置。

几个月后，Das在开发出纳米墨水技术后申请了美国专利，并将其用于展示打印的微型超级电容器。

Das 对与 Sorensen 形成这种协同合作特别感兴趣，因为石墨烯生产过程和他自己研究小组的石墨烯油墨制造过程具有高能效、高度可扩展和无化学成分的特点。Das 说，这两种工艺都是专利/正在申请专利的技术，在工业上具有相关性。

"我们通过在一个多升的室内引爆富含燃料的不饱和碳氢化合物（如乙炔）与氧气的混合物来制造高质量的多层石墨烯，"Sorensen说。"我们的专利方法很简单，只需要很少的能量，因此对生态环境是无害的；不需要有毒的化学品；并且已经扩大了规模，可以产生高质量、廉价的石墨烯。"

石墨烯被认为是一种具有很大潜力的神奇材料，因为它具有许多超强的物理特性，许多石墨烯制造方法已经在全球范围内被开发出来，石墨烯的生产量也达到了吨级。然而，技术专家们很清楚，石墨烯还没有进入市场，因为这些方法都没有在经济、生态和产品质量方面进行适当的组合，使石墨烯能够发挥其潜力。但据Sorensen和Das说，堪萨斯州立大学追求的生产石墨烯和纳米墨水的方法都在解决所有这些要求的目标上。

来源：Science科学