[发明专利]一种喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法，尤其涉及一种获得油墨导电单元颗粒尺寸小、不易堵塞喷头、颗粒分散性好的喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法。

背景技术

传统的导电油墨由导电单元粉体添加到聚合物中复合而成，导电功能单元是最关键的组分，主要有碳、金属或金属氧化物、以及导电高分子等几大类。金、银和铜浆油墨具有优良的导电性，电阻值可达到10^-2～l0^-3 Wcm；金、银油墨性能好，但价格昂贵，银自身存在着易迁移、硫化、抗焊锡浸蚀能力差、烧结过程容易开裂等缺陷。铜浆油墨在空气和水作用下会产生氧化层使导电性不稳定。导电聚合物油墨的品种较少，导电性偏低。碳浆油墨膜层不易氧化，性能稳定，固化后耐酸、碱和化学溶剂腐蚀，油墨的附着力强，但电阻率也较低，一般为10²～l0^-1 Wcm。

然现行的石墨烯和纳米管，不同于通常碳浆所用的炭黑、石墨、碳晶等，石墨烯和纳米管是新一代纳米碳材料，具有极高的导电性和导热性，如石墨烯常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，而电阻率只约10^-8 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。纯粹碳纳米管导电性能虽然稍逊于石墨烯，但也同样达到高性能导电油墨优质导电功能单元性能要求。研究表明，片状的石墨烯与棒状的碳纳米管共用可因形状互补而使性能具有协同效应，表现优于单纯片状石墨烯和单纯棒状碳纳米管的导电性。因此，将石墨烯与碳纳米管结合起来作导电功能单元具有优异的导电性能预期。但碳纳米管本身具有极大的相对长度；同时石墨烯和碳纳米管均为纳米材料，极易聚集，纠结和缠绕，而导致大颗粒生成，一方面堵塞喷头，另外也使性能降低；另外，两者难以均匀混合并分散。

针对喷墨印刷应用的导电油墨，需要严格控制油墨颗粒尺寸，避免导致堵塞喷头问题。现行的制备工艺中：将石墨烯与碳纳米管结合制备导电油墨通常需要事先制备石墨烯纳米片，之后分别制备石墨烯和碳纳米管分散液，然后共混分散等，造成制备工艺冗长复杂，同时难以解决两种纳米颗粒聚集、纠结缠绕问题，同时碳纳米管过长的棒状尺寸不满足喷墨应用要求。

本发明把石墨烯的制备和石墨烯与碳纳米管的解聚集、解缠绕以及分散、缩小尺寸结合在一起，直接获得符合喷墨印刷应用要求的石墨烯和碳纳米管导电单元分散液；再由导电单元分散液直接配制导电油墨，显著缩短了导电油墨制备工序，同时使制约石墨烯与碳纳米管在喷墨导电油墨应用中的关键问题得以解决。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法，具有工序简化、易于获得油墨颗粒尺寸小、不易堵塞喷头、颗粒分散性好的喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种喷墨用石墨烯与碳纳米管导电油墨的制备方法，其创新点在于包括以下步骤：

步骤a：石墨烯和碳纳米管导电单元混合分散液的制备

球磨工序：将占比10~20g的石墨基原料和碳纳米管的混合物与30~100g的助剂加入到球磨罐中，在室温环境下进行球磨，获得混合物，球磨速度为50rpm ~500rpm，球磨时间为10 min ~ 24h，其中石墨基原料与碳纳米管的质量比为1:100~100:1；

初选工序：将上述步骤获得混合物加入到500~1500mL的第一溶剂中，通过机械搅拌或超声0.5 ~ 6h，接着静置获得上层的分散液；

洗涤工序：倾出初选工序中获得的上层分散液，对获得分散液进行至少一次抽滤和洗涤，获得滤物；

分选工序：将上述步骤获得滤物置于500~1500mL所述第一溶剂中，经机械搅拌或超声0.5 ~ 6h，实现再次分散，进行离心处理，收集此时上层分散液，离心处理过程中离心速度为100rpm ~ 10000rpm，离心时间为10min ~ 2h；

收集工序：上述步骤获得的上层分散液中添加0.1~1%的分散保护剂，并对分散液进行蒸馏浓缩得到固含量为80%的固体分散液，所述固体分散液为石墨烯和碳纳米管导电单元混合分散液；

步骤b：油墨的调配