[发明专利]一种石墨烯导电油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子材料印刷技术领域，具体涉及一种石墨烯导电油墨及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子单层片状结构的新材料。自从2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地分离出石墨烯后，有关石墨烯的物理和化学性能以及它的应用成了研究的热点。据报道石墨烯的厚度只有0.34纳米，在石墨烯中电子的传导速率为8×10⁵m/s；导电率1250~7000s/m；石墨烯的热学性能稳定热导率为3080~5150W/mK。石墨烯有超硬力学强度，达110~130 GPa，具有超大的比表面积(2630m/ g)等。石墨烯的特殊结构使其具有优异的性能，低廉的成本，将石墨烯进行有效功能化处理，使其能够很好地用作聚合物复合材料的填充材料。

导电油墨是一种功能性的油墨，具有一定的导电性和抗静电能力，广泛用于印刷PCB，集成电路，射频标签等材料。传统的导电油墨都是由金、银、铜粉或其他金属粉或碳粉与连接料等组成的油墨，成本高，工艺复杂、电阻率高、成型固化温度高等缺点，随着电子产品与设备向轻、薄、小、低成本、多功能、高可靠性等方向发展，柔性电路的用量越来越大，利用导电油墨或导电墨水通过印刷或打印的方式，在柔性绝缘基板上形成导电线路引起了广泛关注。石墨烯作为碳材料的新兴一族，有较好的机械性能和特殊的电子性能，使得石墨烯/高聚物复合材料的性能更加优越。与现有的纳米金属（如纳米银粉、纳米铜粉等）导电油墨相比，石墨烯油墨具有巨大的成本优势。石墨烯可以通过提供电子转移的通道，使复合材料导电。

 石墨烯油墨是一类石墨烯、连接料、助剂和溶剂等组成的具有导电等特殊功能的油墨产品，具有导电性能优异、印刷图案质量轻、印刷适性好、固化条件温和以及成本低廉等优势，可在塑料薄膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷。石墨烯油墨适用于网印、凹印、柔印、胶印和喷墨印刷等方式，可以应用于印刷线路板(PCB)、射频识别(RFID)、显示设备（如OLED）、电极传感器等方面，能潜在应用于有机太阳能电池、印刷电池和超级电容器上面。因此石墨烯油墨有望在电子射频识别标签、智能包装、薄膜开关、柔性线路板以及传感器等下一代轻薄、柔性电子产品中得到广泛应用，市场前景广阔。

综上所述，有必要在石墨烯油墨研究领域进行大力的开拓，提供一种石墨烯油墨成品及其制备方法。

  发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯导电油墨，其由以下组分按重量百分比组成：

石墨烯0.001 wt% ~ 80 wt%；连结料1 wt% ~ 60 wt%；助剂0.1 wt% ~ 30 wt%；余量为有机溶剂。 

作为优化，所述石墨烯的片层厚度为0.34 nm~100 nm、平面尺寸为0.001 μm ~30μm；所述石墨烯包括未掺杂未改性的石墨烯及化学掺杂、化学改性的石墨烯，其中化学掺杂石墨烯的分子包括聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚对苯撑和聚吡咯之间的一种或者几种，化学改性石墨烯的官能团有苯胺基、吡咯基、咪唑基、苯磺酸基、噻吩基、呋喃基、苯基、羟基、酯基及它们的衍生基团之间的一种或者几种。

作为优化，所述连结料包括环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、氨基树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氯化聚烯烃树脂、聚脲树脂、有机硅树脂、氟碳树脂及它们所述各种树脂的改性树脂，和它们中间中的一种或者多种的混合物。

作为优化，所述环氧树脂为缩水甘油醚类双酚A型、双酚Ｆ型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂及有机硅改性环氧树脂中的一种或多种的混合物。

作为优化，所述助剂包括偶联剂、促进剂、流平剂、消泡剂、润湿分散剂和、成膜助剂和固化剂中的一种或者几种等；所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述流平剂为丙烯酸类流平剂、氟类流平剂或有机硅流平剂；所述促进剂为甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑或3-氨丙基咪唑；所述消泡剂为有机硅氧烷，聚醚，硅和醚接枝或胺类；所述成膜助剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯或醇酯十二；所述固化剂为双氰胺、聚酰胺、二乙烯三胺、乙二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、邻苯二甲酸酐、马来酸酐及酚醛树脂中的一种或多种的混合物。

一种石墨烯导电油墨的制备方法，以制备其内含有60 g双酚A环氧树脂的石墨烯导电油墨为例，其特征在于，其包括以下步骤：