تبدیل جوهرهای معمولی ماژیک به گرافن

این پروژه بر روی «اوزین Y» متمرکز بود، یک رنگ زانتن پرکاربرد که ویژگی‌های پایداری و ساختاری عالی برای کار با لیزر را نشان ‌می‌داد. در حالی که تولید گرافن القاشده با لیزر معمولاً به پیش‌ماده‌های پلیمری مانند پلی‌آمید وابسته است، این تحقیق نشان می‌دهد که مواد غیر پلیمری مانند رنگ‌ها و جوهرها نیز می‌توانند به عنوان پیش‌ماده‌های مؤثر عمل کنند.

عوامل کلیدی که این تغییر را ممکن می‌سازد، ساختار حلقه آروماتیک رنگ و توانایی آن در حفظ حداقل ۲۰ درصد از وزن خود در دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد است که از تجزیه کامل پیش از کربن‌سازی جلوگیری می‌کند.

محققان با ترکیب اوزین Y با چسب آکریلیک، جوهری چندمنظوره ایجاد کردند که می‌توان آن را روی سطوح مختلف اعمال کرد. پس از اعمال لیزر، گرافن تولید شده از LIG دارای رسانایی ۳۴ ± ۲۰ S cm-۱ بود که مشابه گرافن القاشده با پلی‌آمید بود. این روش که محققان آن را «Paint & Scribe» می‌نامند، اجازه می‌دهد الگوهای رسانا مستقیم بر روی مواد مختلف ایجاد شوند و این پتانسیل را برای ادغام الکترونیک‌ها در مواد غیر متعارف گسترش می‌دهد.

برای بهینه‌سازی فرآیند تبدیل، دانشمندان تنظیمات مختلف قدرت لیزر و فاصله‌های فوکوس مختلفی را آزمایش کردند. آنها دریافتند که تنظیم دقیق این پارامترها برای تعادل بین کربن‌سازی و از دست دادن مواد ضروری است. زمانی که جوهر به‌عنوان یک لایه نازک اعمال شد، لایه گرافن تولید شده تنها چند میکرومتر ضخامت داشت که موجب محدودیت در رسانایی آن شد. با این حال، پخش کردن رنگ در چسب آکریلیک به طور قابل توجهی فرآیند را بهبود بخشید و لایه‌های گرافن ضخیم‌تر با خواص الکتریکی بهتری به دست آمد.

به نقل از ستاد نانو، برای نشان دادن پتانسیل این روش، محققان از فرمولاسیون جوهر  برای پوشش‌دهی یک فنجان سرامیکی استفاده کردند. سپس با استفاده از لیزر، بخش‌هایی از رنگ را به گرافن رسانا تبدیل کردند و یک حسگر دما مقاومتی را مستقیم روی سطح فنجان ایجاد کردند. زمانی که مایعات داغ داخل فنجان ریخته شد، مقاومت الکتریکی حسگر تغییر کرد که نشان‌دهنده توانایی آن در عملکرد به عنوان یک شاخص دمایی ساده بود.

محققان همچنین روشی برای ایجاد ساختارهای گرافنی آزاد ابداع کردند. با حل کردن چسب آکریلیک در استون و شناور کردن گرافن روی آب، آنها توانستند ماده رسانا را به سایر سطوح منتقل کنند. این روش به‌ویژه برای ادغام گرافن در پلیمرهای انعطاف‌پذیر که ممکن است پردازش لیزری مستقیم را تحمل نکنند، مفید است.