针对柔性、宽带超声传感器，采用形貌优化的NGP/PAA杂化纳米复合油墨，喷墨印刷了一种新型纳米石墨片(NGP)/聚酰亚胺(PI)薄膜。该油墨由廉价的块状石墨经高剪切液相剥离制成，表现出良好的印刷适性和高达13.1毫克/毫升的高石墨烯浓度。该NGP/PI薄膜传感器具有超薄厚度(仅约1毫米)，显示出优异的热稳定性和高粘合强度，达到美国测试和材料学会5B级水平。高度均匀且固化的NGP/PI纳米结构使得NGPs和PI聚合物基体之间形成p-p相互作用，并且当超声波穿过传感器时，在NGPs之间触发量子隧穿效应。这种传感机制赋予NGP/PI传感器良好的灵敏度、保真度和准确度，表现出与压电传感器等主流商用超声波传感器相当的性能。当传感超声波175千赫时，薄膜传感器具有高达739的灵敏度系数，以及高达1.6兆赫的超宽响应频谱。
 
  
Figure 1. 使用优化的NGP/PAA纳米复合油墨喷墨打印薄膜型NGP/PI超声传感器的制造工艺示意图。
 
 
Figure 2. 通过高剪切LPE剥离的NGPs的(a) FESEM和(b) AFM图像。(c)通过AFM测量的NGP维度的统计结果。(d)NGP/PAA纳米复合油墨、NGP油墨和PAA溶液的紫外可见光谱。(e)用NGP/PAA油墨在一张普通纸上印刷的图案。
 
 
Figure 3. (a) Kapton薄膜基底上的喷墨印刷NGP/PI传感器。(b)喷墨打印的NGP/PI传感器的FESEM图像。
 
  
Figure 4．(a)喷墨打印NGP/PI传感器的热重分析曲线。(b)喷墨打印的NGP/PI传感器的光学照片和经过ASTM D3359横切胶带测试的胶带。（c）超声波采集实验装置示意图。(d-g)在不同频率时所捕获的激励信号和超声波信号。(h)打印NGP/PI传感器的超声波传感机制示意图。
  
        该研究工作由香港理工大学Zhongqing Su课题组于2021年发表在Carbon期刊上。原文：Thermally stable, adhesively strong graphene/polyimide films for inkjet printing ultrasound sensors。

转自《石墨烯杂志》公众号