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Ceylon Graphite Outperforms Other Graphite Materials in a Groundbreaking Graphene-based Sensing Platform for Chemical Analysis Study Conducted by Imperial College London

Ceylon Graphite Outperforms Other Graphite Materials in a Groundbreaking Graphene-based Sensing Platform for Chemical Analysis Study Conducted by Imperial College London

在倫敦帝國理工學院開展的基於石墨烯的開創性化學分析研究傳感平台中,錫蘭石墨的表現優於其他石墨材料
GlobeNewswire ·  2023/07/19 20:00

不列顛哥倫比亞省溫哥華,2023年7月19日(GLOBE NEWSWIRE)——錫蘭石墨公司(“錫蘭”)(多倫多證券交易所股票代碼:CYL)(場外交易代碼:CLYF)(FSE:CCY)欣然宣佈,錫蘭石墨在製造適應性強的化學傳感平台時進行了研究,創下了新的濃度和電導率記錄。這項研究發表在英國皇家化學學會的《納米尺度》雜誌上,由倫敦帝國理工學院分子科學研究中心的合作伙伴進行,特別結合了錫蘭的靜脈石墨來生產一種低表面張力的可噴塗石墨烯墨水,這是傳感器功能的關鍵。

測試結果摘要,於 2023 年 1 月完成1 在下面突出顯示:

  • 錫蘭石墨被用來製造高濃度的石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮油墨,其濃度創歷史新高 3.2 mg mL−1
  • 拉曼光譜用於顯示通過液相剝離產生的高質量石墨烯薄片。
  • 基於錫蘭的石墨烯設備成功用於檢測 pH 3 — 11 範圍內的pH 值。
  • 這些結果表明,高質量石墨有可能爲下一代基於納米材料的生物和化學傳感診斷提供支持。

這項研究的通訊作者、首席研究員費利斯·托里****說:“我們的發現突顯了基於錫蘭石墨烯的pH傳感器件具有令人鼓舞的pH傳感能力,可以應用於各種醫療和環境應用。”“特別是,使用錫蘭石墨製造的噴塗的 “電解質門控石墨烯場效應晶體管”(EG-GFET)的性能優於任何其他技術製備的任何其他EG-GFET,這表明了錫蘭石墨在高質量石墨烯墨水方面的獨特特性,其電子級適用於大面積印刷電子、集成電路和傳感。我們認爲這是一項突破,錫蘭脈石墨旨在通過展示適用於從柔性和可穿戴電子設備到傳感和汽車等應用的高性能器件,從而挖掘石墨烯墨水在印刷電子領域的潛力。”

錫蘭首席執行官薩莎·雅各布說:“我們很高興世界領先的研究人員發現了我們的高碳脈石墨的優勢及其在石墨烯和納米技術領域的潛在應用。”“這是我們未來發展的關鍵領域,也是爲我們的產品組合提供高利潤增值產品的領域。”

Felice Torrisi博士是倫敦帝國理工學院化學系二維材料和可穿戴電子化學高級講師,劍橋三一學院院士。他之前曾在劍橋大學工程系擔任石墨烯技術大學講座,共同管理石墨烯技術博士培訓中心和劍橋石墨烯中心。

結果摘要:

石墨烯墨水配方

石墨烯墨水已成爲高性能印刷、柔性和可穿戴電子產品的新革命性元素。2 在製備石墨烯墨水的各種方法中,之所以選擇超聲波輔助液相剝離(LPE),是因爲它的簡單性以及與低沸點溶劑的兼容性。該過程涉及使用石墨(粉末或薄片)和低沸點溶劑,例如2-丙醇(IPA),以及少量(20 mg)的聚合物穩定劑,從而產生具有印刷電子產品所需電子特性的石墨烯墨水,並顯著延長墨水的保質期。IPA 之所以被選爲石墨烯墨水的溶劑,是因爲它的沸點爲 82 °C,表面張力極低,僅爲 20.34 mN m−1,滿足可擴展噴塗和噴墨打印的標準,優化後的墨水也符合噴墨打印的標準。3 超聲處理過程持續 9 小時,確保石墨片徹底去除角質。然後使用 2.000 — 13,000 g 的離心法進一步提煉墨水,有效去除任何剩餘的未去角質的薄片。

如圖 1a 所示,石墨烯墨水的光吸收光譜 (OAS) 表現出與石墨烯墨水相關的特徵輪廓、可見光譜中的平坦吸收圖案和紫外線區域的獨特峯值,這證實了墨水主要由高質量的石墨烯薄片組成。據估計,墨水中石墨烯薄片的濃度約爲 1 mg mL-1 在 13,000 g 和高達 3.2 mg mL 的溫度下離心時−1 在 2,300 g 的重量下離心時(圖 1b)。這種濃度比文獻中報道的由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)穩定的石墨烯墨水的濃度高出一個數量級,這突顯了該配方的卓越質量和潛力。

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圖 1:錫蘭油墨顯示出最佳的石墨烯/PvP 墨水濃度。a) 錫蘭基石墨烯/PvP 墨水的 OAS 數據。b) 錫蘭基石墨烯/PvP 墨水在類似條件下製備時,可以容納比先前報告的油墨的片狀濃度大於 × 3。

應用:石墨烯場效應晶體管作爲可擴展且低成本的高性能生物傳感器

EG-GFET 通道採用自動噴塗工藝形成,可確保石墨烯墨水在 PCB 測試條上均勻且可擴展地沉積。石墨烯墨水具有出色的潤溼特性,有助於提高薄膜均勻性。由於單個墨滴在蒸發之前會合併成薄膜,因此這種潤溼行爲在實現均勻性方面起着至關重要的作用。

雖然添加PVP穩定劑可以增強墨水的濃度和穩定性,但值得注意的是,衆所周知,PVP由於其絕緣特性會對納米結構石墨烯薄膜的電導率產生不利影響。但是,已經通過使用氙氣強脈衝光(IPL)源找到了解決方案,該光源可以有效地降解PVP聚合物,而不會使PCB基板承受超過其分解閾值的溫度。事實證明,這種方法最適合這種特定應用。經過IPL退火後,噴塗石墨烯墨水的通道電阻率約爲100 Ω,適用於柔性和塑料電子產品,目前用於工業。

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圖 2:錫蘭基石墨烯的光子退火提高了電性能。a) 拉曼光譜數據表明光子退火時沒有明顯的修飾。b) IPL 退火會導致石墨烯薄膜的電阻降低。

使用拉曼光譜評估石墨烯薄片的質量。圖 2a 顯示了沉積在 Si/SiO 上的石墨烯墨水的典型拉曼光譜2,在光子退火之前和之後(分別爲黑色和紅色曲線),以監測對SLG/FLG薄片的任何潛在影響。圖 2a 中的紅黑曲線在大約 1346 cm 處表現出特徵 D 峯值−1,2D 峯值在大約 2690 厘米處−1,G 的峯值約爲 1581 厘米−1 (紅色)和 1580 厘米−1 (黑色)。D 峯值顯示的全寬半最大值 (FWHM) 爲 37.9 cm−1 (紅色)和 38.9 厘米−1 (黑色)。這些值與LPE石墨烯墨水報告的值一致,這表明石墨烯墨水中的SLG和FLG薄片質量很高,而且光子退火後沒有明顯的修改。

爲了評估光子退火對EG-GFET通道電阻的影響,PCB測試條暴露在三種不同強度的氙IPL(IPL)能量下。2.5 J 厘米處的曝光度−2,3.75 J cm−2,還有 5.0 J 厘米−2 導致電阻從310 Ω(未退火,紅色曲線)分別降低到112 Ω、108 Ω 和 115 Ω。因此,最低的 IPL 能量(2.5 J cm)−2)用於所有後續實驗,可確保增強通道電阻,同時最大限度地降低 PCB 損壞的風險。

通過進行實驗,研究了EG-GFET對pH變化的反應,這些實驗涉及使用強鹼或酸改變溶液的pH值,同時監測相應的反應。所獲得的結果揭示了對EG-GFETs的pH靈敏度的寶貴見解。圖 3a 說明了漏極電流之間的關係 (ID) 和柵源電壓 (V)GS)用於暴露在 3 到 11 之間的 pH 值的 eg-GFET。值得注意的是,該圖顯示了狄拉克點從60 mV到270 mV的明顯偏移,這表明設備對pH值變化的敏感度。必須強調的是,這種pH敏感度歸因於LPE過程中引入的無意缺陷的類型和密度。

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圖 3:基於 Ceylon 的石墨烯化學傳感器的 pH 響應。a) EG-GFET 的特徵電傳輸曲線隨着溶液的變化 pH 值而變化。b) 在 7.2 — 7.5 pH 單位範圍內的瞬態 pH 變化。

圖 3a 描繪了狄拉克點中相應的 pH 值相關偏移,顯示狄拉克點在 pH 11 時的最大狄拉克點爲 270 mV。對狄拉克點值(紅色虛線)的線性擬合分析顯示,在 11 到 3 的線性 pH 值範圍內,每個 pH 值的靈敏度爲 25.8 ± 0.5 mV。雖然該靈敏度低於 Nernst 方程預測的理論最大值(每個 pH 值爲 59.16 mV),但它 性能優於使用替代石墨烯製造技術製備的石墨烯 pH 傳感器,例如 SiO2 上化學氣相沉積 (CVD) 生長的石墨烯(每 pH 值爲 21—22 mV)、懸浮石墨烯(每 pH 值 17 mV)、碳化硅上的外延石墨烯(每個 pH 值 19 mV)和 SiO 上機械剝離的石墨烯2 (每個 pH 值爲 20 mV)。此外,在圖 3b 中觀察到的瞬態 pH 值變化顯示了石墨烯器件在 < 10 秒內對 pH 值變化的反應,分辨率低至 0.04 pH 單位。這些發現突顯了基於錫蘭石墨烯的pH傳感器件具有令人鼓舞的pH傳感能力,可用於各種醫療和環境應用。

結束語:

根據OAS的估計,錫蘭具有正確的特性,可以成爲石墨烯墨水製備的關鍵參與者,並且在墨水中實現了最高濃度的石墨烯薄片。這種高濃度的石墨烯薄片在噴塗過程中具有多種優點。首先,它有助於提高石墨烯墨水沉積的均勻性。此外,石墨烯與PVP比的增加會導致薄片導電性增強,因爲過多的PVP沉積會阻礙導電性。對功能化石墨烯墨水的拉曼光譜分析表明,結果與在LPE石墨烯中觀察到的結果一致,表明缺陷面積很低。這一特性進一步提高了石墨烯墨水的整體質量和性能。

這些獨特特性的結合使人們首次使用Lab-on-PCB架構成功檢測pH值。基於石墨烯的傳感器的pH靈敏度爲每pH單位25 mV,這表明其精確測量 pH 值變化的能力。此外,發現傳感器的響應時間小於10秒,這突顯了其快速高效的性能。利用Lab-on-PCB平台在pH傳感方面的這一突破證明了錫蘭衍生的石墨烯在實現先進傳感技術方面的潛力

關於錫蘭石墨公司

錫蘭是一家在多倫多證券交易所風險投資交易所上市的上市公司,從事石墨開採業務,以及開發和商業化創新的石墨烯和石墨應用和產品。衆所周知,在斯里蘭卡開採的石墨是世界上品位最高的石墨之一,已被證實適合於一系列應用,包括高增長的電動汽車和電池存儲市場以及建築、醫療保健和油漆和塗料領域。斯里蘭卡政府已批准 錫蘭 全資子公司Sarcon Development(Pvt)Ltd.爲其K1礦山和勘探權提供了IML A類許可證,其土地面積超過120平方公里。這些勘探網格(每個網格面積爲一平方千米)覆蓋了二十世紀初歷史上石墨生產的地區,代表了斯里蘭卡已知的大部分石墨礦點。

有關錫蘭的更多信息,請訪問

首席執行官薩莎·雅各布和董事會主席麗塔·泰爾

info@ceylongraphite.com

企業傳播

+1 (604) 924-8695

多倫多證券交易所風險交易所及其監管服務提供商(該術語在多倫多證券交易所的政策中定義)均不對本新聞稿的充分性或準確性承擔責任

前瞻性陳述:

本新聞稿包含前瞻性信息,該術語在適用的證券法中定義,這些信息與未來事件或未來業績有關,反映了管理層當前的預期和假設。前瞻性信息包括陳述 關於 用錫蘭石墨生產的石墨烯墨水的潛在價值 未來石墨烯墨水技術的應用,錫蘭作爲潛在市場領導者的角色 在石墨烯墨水技術製備中, 與錫蘭房地產開發、戰略合作伙伴關係、潛在客戶和銷售相關的期望、錫蘭子公司的計劃以及 錫蘭的 採礦作業。此類前瞻性陳述反映了管理層目前的信念,並基於錫蘭e所做的假設和目前獲得的信息,包括這樣的假設, 沒有影響M1礦開發和生產或其他財產的重大不利變化, 與測試相關 的表現 塞洛n's 靜脈石墨材料是準確的 不會有重大不利的變化 石墨和金屬 價格, 對石墨動力電池的需求將持續增長, 將獲得所有必要的同意、執照、許可證和批准,包括各種地方政府許可證提醒投資者,這些前瞻性陳述既不是承諾也不是擔保,存在風險和不確定性,可能導致未來的業績與預期的業績存在重大差異。可能導致實際結果與前瞻性信息所表達或暗示的結果存在重大差異的風險因素包括: 錫蘭石墨測試的結果不準確或不完整, 石墨烯墨水相關技術的市場 沒有像預期的那樣發展, 未能獲得或保持專利和專有技術,損失或未能獲得現有的高質量石墨, 一個紐約 失敗s 獲得或延遲獲得所需的監管許可、許可證、批准和同意,無法根據需要獲得融資,經濟普遍衰退,股價波動,勞工罷工,政治動盪,錫蘭礦業監管制度的變化,不遵守環境法規以及市場和行業對高質量石墨的依賴減弱。錫蘭提醒讀者,上面的風險因素清單並不詳盡。


1 Fenech-Salerno,B.,Holicky,M.,Yao,C.,Cass,A.E.G. & Torrisi,F. 一種用於快速和低成本化學傳感的噴塗石墨烯晶體管平台。 納米尺度 15,3243-3254。(2023)。

2 Torrisi,F. & Carey,T. Graphene,相關的二維晶體和用於印刷和可穿戴電子產品的混合系統。 今日納米 23,73—96 (2018)。

3 Lefebvre,A.H. & McDonell,V.G. 一般考慮。在 霧化和噴霧 (編輯。Brenn,G.,Hung,D.L. S.,Herrmann,M. & Chigier,N.)1—16(Taylor & Francis Group,2017 年)。


譯文內容由第三人軟體翻譯。


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