可印刷二维材料墨水可控制备及其气体传感器应用研究

基本信息
批准号:61804185
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:何培
学科分类:
依托单位:中南大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:彭勇宜,李恒月,郭晓彤,龚辰迪,黄可卿
关键词:
二维材料墨水制备印刷工艺气体传感器界面调控
结项摘要

Gas sensors based on two-dimensional (2D) materials through inkjet printing technique are very promising for a wide range of applications in indoor/outdoor climate control, the semiconductor and food processing industries, medical applications, and monitoring human activity. To achieve large scale, low cost and high performance printed gas sensors based on 2D materials, preparation of printable 2D materials-based inks, controllable film deposition process and matching device structure design for the printing process are the key issues need to be addressed. Based on our previous research work on 2D material ink preparation and printed electronic devices fabrication, this project will investigate the preparation of high quality printable 2D materials based inks, the modification of printing process, and the printing fabrication of gas sensor devices based on 2D materials. Furthermore, this project will explore the ink formulation mechanism of printable 2D materials inks and the inhibition of the “coffee ring effect” during printing process. By construction of a gas sensor based on stacked 2D materials, the project will explain the relationship mechanism between the performance of sensor devices and the interface and thickness of 2D material film. The aim of this project is to achieve a large scalable manufacturing of 2D materials based gas sensors with low cost and high sensitivity and promote the industrialization of 2D materials in printed and wearable electronics applications.

基于喷墨印刷工艺制备的二维材料气体传感器件在室内/室外气候控制、半导体行业、食品加工行业、医疗应用以及人体活动监测等领域有着广泛的应用前景。为了实现大规模低成本印刷制备高性能二维材料气体传感器件,可印刷型二维材料墨水配制、二维材料印刷成膜机制及匹配印刷工艺过程的器件结构设计等是急需解决的关键问题。申请人在前期二维材料墨水配制及印刷电子器件等研究基础上,聚焦于溶液法制备可印刷型二维材料墨水及印刷工艺过程,开展印刷制备二维材料气体传感器件研究工作。揭示可印刷型二维材料墨水配方机制、二维材料墨水印刷过程中咖啡环效应抑制及均匀二维材料薄膜形成机制,构建基于印刷工艺制备的全二维材料层叠结构的气体传感器,阐明二维材料气体传感器件性能与薄膜界面及厚度之间的关联机理,实现低功耗、高灵敏度可规模化制备的二维材料气体传感器件,推进二维材料在印刷电子、可穿戴电子等领域的产业化应用。

项目摘要

基于二维材料的气体传感器因其独特的材料结构和优异的传感特性,因而在室内/室外气候控制、半导体行业、食品加工行业、医疗应用以及人体活动监测等领域有着广泛的应用前景。本项目开展了基于可印刷二维材料墨水可控制备及其在气体传感器应用方面的相关研究工作。首先,本项目采用溶液法成功制备了一种基于石墨烯的高导电油墨,进一步采用印刷工艺将其沉积在基材上,通过调节印刷工艺参数,同时采用不同热处理温度以及后续处理工艺,获得了石墨烯导电结构在不同基底上的最优化制备条件。其次,通过改变溶剂和分散剂组分实现了水基石墨烯墨水的制备,并利用印刷工艺实现了该石墨烯墨水的高精度打印。通过调节石墨烯墨水的流变性能和印刷工艺参数,实现了石墨烯导线的连续印刷;在此基础上,进一步采用全印刷工艺制备了基于石墨烯墨水导电层和氧化石墨烯传感层所构成全二维材料气体传感器,实现了对水汽分子的快速响应,同时在不同浓度的水汽分子条件下也有较好的响应度和循环稳定性。此外,本研究还探索了可印刷二维材料功能墨水在心电信号传感,透明导电电极、可穿戴人体健康监测传感等领域的应用潜力,为二维材料在印刷电子、可穿戴电子等领域的发展提供了新的思路。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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