Impresión de circuitos eléctricos basados en dispersiones de grafeno utilizando el método de screen printing

Abstract

Desde el descubrimiento inicial de su aislamiento a partir de grafito en el 2004, el estudio y la obtención de grafeno se ha convertido en objetivo de estudio por científicos alrededor del mundo. No solo por su rigidez entre otras propiedades mecánicas, sus excelentes propiedades eléctricas y térmicas lo convierten en un material excepcional desde cualquier punto de vista. Si bien, múltiples métodos de obtención han sido propuestos en diversas ocasiones, aún resulta interesante la obtención de dispersiones de grafeno con elevadas concentraciones, así como la búsqueda de mejores métodos de impresión con miras a aplicaciones en electrónica. De esta forma, el trabajo aquí presente busca proponer un método adicional de obtención de dispersiones de grafeno altamente concentradas y realizar impresiones que demostrasen las excelentes propiedades eléctricas del grafeno. Con este objetivo en mente, la proposición del uso de NMP como solvente para elevar considerablemente las concentraciones de grafeno obtenidas en un proceso de exfoliación electroquímica fue realizada, así como el uso de serigrafía para la impresión de patrones elegidos en un substrato común como el papel también fue realizado. Este trabajo reporta la obtención de dispersiones de grafeno en N-metil-2-pirrolidona (NMP), alcanzando concentraciones de entre 1-2 mg/ml , así como obteniendo baja resistividad de hoja del orden de 7.69 Ohm/sq. Adicionalmente, logramos realizar una impresión con un patrón claramente identificable con un grosor de capa de grafeno del orden nanométrico. Los resultados obtenidos fueron comparados con la bibliografía logrando afirmar que los resultados eléctricos son comparables.

Since the initial discovery of its possible isolation from graphite in 2004, the study and obtention of graphene has become an important object of research for scientists around the globe. Not only due to its rigidity and other mechanical properties, but also its electrical and thermal properties make graphene an exceptional material from different perspectives. Even though multiple obtention methods had been proposed, it is still interesting to obtain graphene dispersions with high concentrations, and the search for better optmized printing methods with electronical applications in mind. With this objective, this work proposes an additional method to obtain graphene dispersiones with high concentrations, and to obtaint printings that show the excelent electrical properties of graphene. With this in mind, NMP was proposed as a solvent to increase considerably graphene concentrations obtained in an electrochemical exfoliation process, just as it was proposed Screen Printing for the printing of selected patterns in a common substrate such as paper. This work reports the obtention of graphene dispersions in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), managing to reach concentrations of 1-2mg/ml, and also achieving low sheet resistance of the order of $7.69 Ohm/sq. Furthermore, we achieved a substrate with a clearly identifiable pattern printed on it, with a graphene layer thickness of nanometrical order. The results obtained were compared to values found on literature, managing to achieve comparable electrical properties.