水凝膠電路材料有著廣泛的應用，特別是在柔性電子領域。然而，開發具有優異性能的智能水凝膠電路材料仍然是一個難題。基于電路結構的柔性設計和直接噴墨3D打印技術，設計了一種可打印的導電藻酸鈉/石墨烯/碳納米管(SGC)油墨，實現了高分辨率、多功能的三維石墨烯基柔性電路。與以往工作相比，氧化石墨烯、SWCNT和Ca
2+的加入使SGC具有優異的導電性和阻燃性。SGC的電導率達到24.11S/m，比SA水凝膠高3倍。LOI在99.7%以上，遠高于大多數導電聚合物。我們對3D打印具有復雜結構的多功能SGC水凝膠進行了初步探索，并提供了理論基礎，有望在柔性電路、消防、人工電子皮膚等領域得到應用。
圖1. 3D打印SGC水凝膠的制備工藝。
圖2. 3D打印SGC水凝膠:(a)柵格為10mm的九格三維結構。(b)柵格為1.5mm的分層網狀三維結構(c) 3D打印高縱橫比結構上的懸垂特征。
圖3. SGC水凝膠的電特性:a) SGC水凝膠在切割-愈合狀態下的電流變化。b) LED與SGC水凝膠線連接構成串聯電路、并聯電路和串并聯電路。c)連接到開關程序電路的SGC水凝膠的單極三擲開關的原理圖和照片。d)用于解鎖智能手機的SGC水凝膠電子皮膚演示。e)使用SGC水凝膠作為觸屏筆操作iPad。
圖4. SGC水凝膠和SAHs優異的柔性:(a)彎曲水凝膠的電導率測量過程。(b) SGC水凝膠的柔韌性和可塑性。
圖5. SGC水凝膠和SAHs的力學性能及FT-IR圖譜: a) SGC-3 (d=0.0712 mm, L=30 mm)的應力-應變圖。b) SGC-4(d = 0.440 mm, L= 30 mm)的應力-應變圖。c) SGC-5(d=0.915 mm, L= 30 mm)的應力-應變圖。d) SGC-4和SAH-3的應力-應變對比圖。e) SGC水凝膠與SAHs的載荷變形對比圖。f) SGC水凝膠和SAHs的紅外光譜。
圖6. SGC水凝膠的阻燃性能:(a) SGC水凝膠的燃燒情況。(b)紙帶燃燒對比實驗。(c) SGC水凝膠的隔熱實驗。d) SGC水凝膠的點火過程。
相關研究成果由西北工業大學機電學院Xiaohu Chen等人于2023年發表在Polymer Testing (https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107905)上。原文：3D printing of graphene oxide/carbon nanotubes hydrogel circuits for multifunctional fire alarm and protection。
轉自《石墨烯研究》公眾號
