Ceylon Graphite Corp. ha annunciato che la grafite di Ceylon ha raggiunto nuovi record di concentrazione e conducibilità quando è stata studiata nella produzione di una piattaforma di rilevamento adattabile per il rilevamento chimico. La ricerca, pubblicata sulla rivista "Nanoscale" della Royal Society of Chemistry, è stata condotta dai partner del Molecular Sciences Research Hub dell'Imperial College di Londra e ha incorporato in modo specifico la grafite in vena di Ceylon per produrre un inchiostro di grafene spruzzabile a bassa tensione superficiale, fondamentale per la funzionalità del sensore.

Si evidenzia una sintesi dei risultati dei test, completati nel gennaio 2023: La grafite di Ceylon è stata utilizzata per creare inchiostri di grafene/polivinilpirrolidone ad alta concentrazione, con concentrazioni da record, fino a 3,2 mg mL-1. La spettroscopia Raman è stata utilizzata per mostrare fiocchi di grafene di alta qualità prodotti tramite esfoliazione in fase liquida. Il dispositivo di grafene basato su Ceylon è stato utilizzato con successo per rilevare il pH nell'intervallo di pH 3 - 11. Questi risultati dimostrano il potenziale della grafite di alta qualità per potenziare la prossima generazione di diagnostica basata sulle nanotecnologie per il rilevamento biologico e chimico.

Risultati in sintesi: Formulazione dell'inchiostro di grafene: Gli inchiostri di grafene sono emersi come un nuovo elemento rivoluzionario per l'elettronica stampata, flessibile e indossabile ad alte prestazioni. Tra i vari metodi disponibili per la preparazione dell'inchiostro di grafene, l'esfoliazione in fase liquida assistita da sonicazione (LPE) è stata scelta per la sua semplicità e compatibilità con i solventi a basso punto di ebollizione. Questo processo prevede l'assoggettamento di grafite (in polvere o in fiocchi) e solventi a basso punto di ebollizione, come il 2-propanolo (IPA), insieme a piccole quantità (20 mg) di polimero stabilizzatore, ottenendo un inchiostro di grafene con le proprietà elettroniche desiderate per l'elettronica stampata e una durata di conservazione dell'inchiostro notevolmente migliorata.

L'IPA è stato scelto come solvente per l'inchiostro di grafene, in quanto ha un punto di ebollizione di 82 gradi centigradi e una pressione superficiale incredibilmente bassa, pari a soli 20,34 mN m-1, soddisfacendo i criteri per un rivestimento a spruzzo scalabile e per la stampa a getto d'inchiostro dell'inchiostro ottimizzato. Il processo di sonicazione dura 9 ore, garantendo un'esfoliazione completa dei fiocchi di grafite. Si ricorre poi alla centrifugazione a 2.000 - 13.000 g per raffinare ulteriormente l'inchiostro ed eliminare efficacemente le scaglie non esfoliate rimaste.

Lo spettro di assorbimento ottico (OAS) dell'inchiostro di grafene, mostra il profilo caratteristico associato al profilo associato al potenziale dei fiocchi di grafene. Lo spettro di assorbimento ottico (OAS) dell'inchiostro di grafene, come illustrato nella Figura 1a, presenta il profilo caratteristico associato agli inchiostri di grafene, un modello di assorbimento piatto nello spettro visibile e un picco distintivo nella regione UV, che conferma che l'inchiostro è composto principalmente da fiocchi di grafene di alta qualità. La concentrazione di fiocchi di grafene nell'inchiostro è stimata a ~ 1 mg mL-1 quando viene centrifugato a 13.000 g e fino a 3,2 mg mL-1 quando viene centrifugato a 2.300 g. Questa concentrazione supera di un ordine di grandezza quelle riportate in letteratura per gli inchiostri di grafene stabilizzati con polivinilpirrolidone (PVP), sottolineando l'eccezionale qualità e il potenziale di questa formulazione.

Applicazione: Un transistor a effetto di campo al grafene come biosensore scalabile e a basso costo ad alte prestazioni. Il canale EG-GFET è formato mediante un processo automatico di rivestimento a spruzzo, che assicura una deposizione costante e scalabile dell'inchiostro di grafene sulla striscia di prova PCB. L'inchiostro di grafene presenta eccellenti proprietà di bagnatura che contribuiscono all'uniformità del film.

Poiché le singole gocce di inchiostro si fondono in un film sottile prima di evaporare, questo comportamento di bagnatura gioca un ruolo fondamentale nel raggiungimento dell'uniformità. Sebbene l'aggiunta dello stabilizzatore PVP aumenti la concentrazione e la stabilità dell'inchiostro, è importante notare che il PVP è noto per influenzare negativamente la conducibilità elettrica dei film sottili di grafene nanostrutturato, a causa delle sue proprietà isolanti. Tuttavia, è stata trovata una soluzione utilizzando una sorgente di luce pulsata intensa (IPL) allo xeno, che degrada efficacemente il polimero PVP senza sottoporre il substrato PCB a temperature superiori alla sua soglia di decomposizione.

Questo metodo si rivela il più adatto per questa specifica applicazione. L'inchiostro di grafene rivestito a spruzzo ha raggiunto una resistività del canale di circa 100 O dopo la ricottura IPL, adatta all'elettronica flessibile e plastica e attualmente utilizzata nell'industria.