电子级可打印石墨烯的生物可再生脱皮使用碳氧化纤维素纳米晶体

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术 纳米技术
• 可持续化学 可持续化学

背景情况:

• 电子级石墨烯纳米板块的可扩展和可持续生产对于工业应用至关重要.
• 目前的方法在环境可持续性和可扩展性方面存在局限性,阻碍了印刷电子和复合材料中广泛采用石墨烯.

研究的目的:

• 开发一种生物可再生和环境可持续的方法来生产电子级石墨烯纳米板块.
• 为了利用碳氧化纤维素纳米晶体 (CNCs) 作为分散剂,用于石墨烯的水性液相脱皮.

主要方法:

• 从 *Miscanthus* × *giganteus* 草中提取CNC.
• 使用CNC作为分散剂对石墨进行水性液相脱皮.
• 使用贝叶斯机器学习模型优化脱皮过程.
• 将石墨烯分散剂制成喷雾喷雾印刷油墨的配方.
• 生命周期评估 (LCA) 和分子动力学模拟.

主要成果:

• 实现了13.4%的石墨到石墨烯的转换收益率.
• 生产的石墨烯薄膜的电导率为3.4 × 10⁴ S m^{-1 .}
• 启用高分辨率打印 (≤20微米线宽) 使用基于CNC的油墨.
• 与现有方法相比,LCA显示化石燃料消耗,温室气体排放和用水量大幅减少.

结论:

• 生物可再生CNC为石墨烯脱皮提供了高效和可持续的分散剂.
• 开发的方法加速了用于电子应用的可扩展和环保的石墨烯制造.
• 通过模拟证实了CNC和石墨烯之间的有利表面相互作用,推动了高脱皮率.