石墨烯導(dǎo)電油墨及其制備方法和噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路的制備方法，一種噴墨打印柔性紙基線路由石墨烯導(dǎo)電油墨噴墨打印而成。以石墨烯、炭黑為導(dǎo)電填料，以乙醇、乙二醇、丙三醇、去離子水的混合溶液為溶劑，以羧甲基纖維素鈉為粘合劑和穩(wěn)定劑，配制石墨烯導(dǎo)電油墨，并利用噴墨打印機，在紙基材料上進行噴墨打印，得到柔性紙基導(dǎo)電線路。本發(fā)明專利技術(shù)工藝簡單，噴墨打印的柔性紙基導(dǎo)電線路具有良好的耐酸性、均勻性、彎曲性、彎折性和導(dǎo)電性。本發(fā)明專利技術(shù)符合印刷電子產(chǎn)品的批量化、大面積、低成本以及柔性化的發(fā)展大趨勢。

Graphene conductive ink, method for preparing the same, and ink-jet printing flexible paper based conductive circuit

The invention discloses a method for preparing an ink-jet printing flexible paper base conductive circuit. An ink jet printing flexible paper base circuit is made of graphene conductive ink and ink jet printing. Graphene and carbon black as conductive filler, with the mixture of ethanol, ethylene glycol, glycerin, deionized water as solvent, using sodium carboxymethyl cellulose as binder and stabilizer, preparation of graphene based conductive ink, and ink-jet printer, ink-jet printing on paper based materials, flexible paper based conductive line. The invention has the advantages of simple process, flexible printed paper base conductive circuit with ink-jet printing, good acid resistance, uniformity, bending property, bending property and electric conductivity. The invention conforms to the development trend of printing electronic products in batch, large area, low cost and flexibility.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
石墨烯導(dǎo)電油墨及其制備方法和噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路
本專利技術(shù)涉及石墨烯導(dǎo)電油墨、噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路及其制備方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)印刷電路的制備方法通常為絲網(wǎng)印刷等，印刷過程復(fù)雜，且廢棄的印刷電路板回收利用困難，制作和廢棄物回收過程中的廢水污染日益嚴重。隨著印刷電子的快速發(fā)展，噴墨印刷受到了越來越多的關(guān)注。利用導(dǎo)電油墨實現(xiàn)印刷電路的噴墨打印不僅具有工藝簡單、印刷精度高、導(dǎo)電性能良好等優(yōu)點，而且可以減少印刷電路版制作過程中及廢棄后所帶來的環(huán)境污染。將導(dǎo)電油墨和噴墨印刷技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計制造微電子電路并應(yīng)用于柔性基板上，必將引領(lǐng)導(dǎo)電線路向著高效、無污染、工藝簡單的方向發(fā)展。石墨烯作為近年來的國際研究熱點，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、抗腐蝕性和抗氧化性。炭黑這種傳統(tǒng)導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性能不高，炭黑基導(dǎo)電油墨的導(dǎo)電性不佳，但其成本低、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其制備的石墨烯導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性和穩(wěn)定性好、能夠?qū)崿F(xiàn)噴墨打印。本專利技術(shù)所述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，將炭黑和石墨烯混合后研磨得到復(fù)合導(dǎo)電填料；分別量取10-14mL、28-32mL、28-32mL、49-53mL的乙醇、乙二醇、丙三醇、去離子水混合攪拌得到混合溶劑；把復(fù)合導(dǎo)電填料580-620mg和羧甲基纖維素鈉加入混合溶劑中進行超聲處理，然后離心分離，所得上清液即為石墨烯導(dǎo)電油墨；石墨烯占復(fù)合導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為1％～30％。上述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，羧甲基纖維素鈉是復(fù)合導(dǎo)電填料質(zhì)量的40～80％。上述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，所述石墨烯按下述方法制備：以天然石墨粉為原料，采用Hummers法制備氧化石墨烯，利用還原劑還原氧化石墨烯，得到還原氧化石墨烯。采用Hummers法制備氧化石墨烯時，石墨粉、過硫酸鉀、五氧化二磷、硝酸鈉、高錳酸鉀的質(zhì)量比為3：4：4：1：10。上述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，制備石墨烯時，還原劑為維生素C、葡萄糖、果糖。上述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，所述還原氧化石墨烯時，還原時間為2～4h，還原溫度為90℃～95℃，還原劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1：10～20。本專利技術(shù)還提供了一種導(dǎo)電性和穩(wěn)定性好、能夠?qū)崿F(xiàn)噴墨打印的石墨烯導(dǎo)電油墨。本專利技術(shù)所述的石墨烯導(dǎo)電油墨，其是按照所述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法制備而成的。本專利技術(shù)還提供了一種導(dǎo)電性好、能夠卷曲的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路。本專利技術(shù)所述的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路，其是按照下述方法制備而成：把石墨烯導(dǎo)電油墨裝入噴墨打印機，在紙基打印材料上進行噴墨打印，得到柔性紙基導(dǎo)電線路。紙基打印材料可以是普通紙、高光相紙、重磅粗面紙或其他類型紙張。上述的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路，對同一條導(dǎo)電線路的寬度保持不變，反復(fù)多次打印，且打印次數(shù)不超過10次。隨著進行重復(fù)打印的次數(shù)增加，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，墨層的厚度增加，墨滴與墨滴之間完全連續(xù)的相互接觸形成電流通路，因此保證了導(dǎo)電線路良好的導(dǎo)電能力。上述的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路，將噴墨打印后的紙基置于烘箱中，對柔性紙基導(dǎo)電線路進行燒結(jié)。上述的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路，燒結(jié)時，燒結(jié)溫度為50℃～100℃，燒結(jié)時間為5～10min。導(dǎo)電油墨燒結(jié)固化前，導(dǎo)電填料在油墨中接觸不緊密，導(dǎo)電性能較差。通過熱燒結(jié)能夠使導(dǎo)電油墨中的溶劑徹底揮發(fā)，導(dǎo)電粒子接觸更為緊密，連接成連續(xù)致密的導(dǎo)電通路。本專利技術(shù)采用氧化還原方法，以維生素C、葡萄糖、果糖為還原劑，制備導(dǎo)電性能良好的還原氧化石墨烯，環(huán)境友好性強，適合石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)。將石墨烯與炭黑進行復(fù)合，一方面，防止了石墨烯片的團聚，提高復(fù)合油墨體系的導(dǎo)電性；另一方面，提高復(fù)合油墨體系的穩(wěn)定性。利用該石墨烯導(dǎo)電油墨能夠?qū)崿F(xiàn)噴墨打印，且噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路導(dǎo)電性能良好。附圖說明圖1為實施例1制得的石墨烯的拉曼光譜。圖2為實施例1制得的石墨烯的X射線衍射光譜圖。圖3為實施例1制得的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路表面的電鏡圖片。圖4為實施例1制得的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路斷面的電鏡圖片。圖5為制得的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路的彎曲前的圖片。圖6為制得的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路的彎曲后的圖片。圖7為實施例1制得的噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路的電路裝置圖。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的實施方式做進一步說明。具體實施方式實施例1：1.制備還原氧化石墨烯：首先制備氧化石墨烯：將濃硫酸(25mL)置于燒杯(250mL)，依次加入石墨粉(3g)、過硫酸鉀(4g)、五氧化二磷(4g)，并置于水浴鍋(80℃)中。混合物經(jīng)磁子攪拌5h后，過濾，水洗至中性，置于烘箱(60℃)中烘干。在冰浴條件下，將濃硫酸(100mL)緩慢加入放置上述干燥混合物和硝酸鈉(1g)的燒杯，并分批緩慢加入高錳酸鉀(10g)，強力攪拌2h后，升溫至35℃，反應(yīng)4h。再緩慢加入去離子水(800mL)，攪拌30min，再升溫至90℃，繼續(xù)攪拌30min。加入過氧化氫(20mL)，此時溶液呈現(xiàn)亮黃色。用去離子水稀釋上述液體，用傾瀉法反復(fù)去酸，再裝入透析袋透析2周，以去除溶液內(nèi)的雜質(zhì)離子，直至溶液呈中性。最后將溶液稀釋至濃度為0.04mg/mL，并在冰浴條件下超聲處理2h(功率960W)后，再離心分離(15min)，取上清液，即為氧化石墨烯懸浮液。再制備還原氧化石墨烯：向氧化石墨烯懸浮液中加入維生素C(維生素C與氧化石墨烯的質(zhì)量比為10：1)，并采用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值使之保持在9-10范圍內(nèi)。95℃條件下水浴2h。將上述混合物經(jīng)微孔濾膜過濾，并采用去離子水洗至中性。將剩余固體置于60℃烘箱中干燥12h，并用瑪瑙缽體研磨得到還原氧化石墨烯。從還原氧化石墨烯的拉曼光譜(圖1)可見，還原氧化石墨烯的D峰和G峰的強度比(ID/IG)達1.15，這表明石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)得到了重建。從還原氧化石墨烯的X射線衍射光譜圖(圖2)可見，石墨烯的2θ位置位于24.58°處，對應(yīng)層間距僅0.362nm，與石墨烯的單層厚度的理論值(0.335nm)相近，表明制備的石墨烯層數(shù)約為1層。2.制備石墨烯導(dǎo)電油墨：取96mg石墨烯，用瑪瑙缽體研磨15min均勻，然后混入504mg炭黑，繼續(xù)研磨15min得到復(fù)合導(dǎo)電填料。分別量取12mL、30mL、30mL、51mL的乙醇、乙二醇、丙三醇、去離子水，混合攪拌10min得到混合溶劑。向上述混合溶劑中依次加入復(fù)合導(dǎo)電填料和羧甲基纖維素鈉(480mg)，并置于超聲波植物細胞粉碎機中進行超聲處理(超聲處理條件：冰浴、功率960W、30min)。隨后，將上述溶液置于高速離心機中進行離心分離(離心分離條件：轉(zhuǎn)速8000r/min、時間15min)，所得上清液即為石墨烯導(dǎo)電油墨。3.噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路：首先，根據(jù)實驗、測試的需求，利用軟件AdobeIllustrator(CS6,Adobe系統(tǒng)公司)設(shè)計出打印機可識別的位圖文件；然后，量取60ml石墨烯導(dǎo)電油墨，裝入噴墨打印機的連供裝置中，并將連供裝置安裝在打印機上；以高光相紙(C13S041860,中國愛普生有限公司)為基材，安裝紙基打印材料；最后，同一條導(dǎo)電線路的寬度保持不變，噴墨打印1次，得到噴墨打印柔性紙基導(dǎo)電線路(長×寬，50mm×2mm)。4.噴墨打印柔性紙本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其特征在于：將炭黑和石墨烯混合后研磨得到復(fù)合導(dǎo)電填料；分別量取10?14mL、28?32mL、28?32mL、49?53mL的乙醇、乙二醇、丙三醇、去離子水混合攪拌得到混合溶劑；把復(fù)合導(dǎo)電填料580?620mg和羧甲基纖維素鈉加入混合溶劑中進行超聲處理，然后離心分離，所得上清液即為石墨烯導(dǎo)電油墨；石墨烯占復(fù)合導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為1％～30％。

【技術(shù)特征摘要】
1.石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其特征在于：將炭黑和石墨烯混合后研磨得到復(fù)合導(dǎo)電填料；分別量取10-14mL、28-32mL、28-32mL、49-53mL的乙醇、乙二醇、丙三醇、去離子水混合攪拌得到混合溶劑；把復(fù)合導(dǎo)電填料580-620mg和羧甲基纖維素鈉加入混合溶劑中進行超聲處理，然后離心分離，所得上清液即為石墨烯導(dǎo)電油墨；石墨烯占復(fù)合導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為1％～30％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其特征在于：羧甲基纖維素鈉是復(fù)合導(dǎo)電填料質(zhì)量的40～80％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其特征在于：所述石墨烯按下述方法制備：以天然石墨粉為原料，采用Hummers法制備氧化石墨烯，利用還原劑還原氧化石墨烯，得到還原氧化石墨烯。采用Hummers法制備氧化石墨烯時，石墨粉、過硫酸鉀、五氧化二磷、硝酸鈉、高錳酸鉀的質(zhì)量比為3：4：4：1：10。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯導(dǎo)電油墨的制備方法，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐長妍，姬安，周捍東，朱南峰，石小梅，施禮納，趙雨晴，郭露，王希，
申請(專利權(quán))人：南京林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32