[发明专利]一种基于金属纳米线和氧化石墨烯的导电墨水的制备方法及用途

说明书

本发明提供一种基于金属纳米线和氧化石墨烯的导电墨水的制备方法及用途，利用氧化石墨烯同时作为分散剂、增稠剂和稳定剂，把金属纳米线，氧化石墨烯，去离子水，醇类溶剂，分散剂，表面活性剂，流平剂和消泡剂等按一定质量分数均匀混合，得到导电墨水产品。所得墨水可直接书写或印刷在各种基底材料上，构建具有高导电性，稳定性，柔性，以及强粘附性的导电线路；所构建的导电线路，经过室温下干燥3‑10分钟，即可达到很高的导电率；进一步通过选取50‑200℃的烧结温度，或者室温下的化学还原，或者利用氙气闪光灯烧结等方法处理对氧化石墨烯进行还原和对金属纳米线进行烧结，可进一步提高导电线路的电导率。

技术领域

本发明属于纳米材料，导电墨水以及印刷电子产品技术领域，具体涉及一种可直接书写和打印印刷的基于金属纳米线和氧化石墨烯的水性导电墨水的制备方法以及基于此墨水的导电线路的构建方法；主要应用于柔性、可折叠电子线路及器件的构建，电路的引线以及修复电路等。

背景技术

近年来，电子产品越来越向着小型化，柔性化，可穿戴的发向发展。新型电子器件轻质、集成化等特点也对器件的制备工艺提出了更高的要求：低成本，环保无污染，可循环利用，制备简单，生产周期短，可大规模生产等。光刻是传统柔性微电子产品中制备导电图案最常用的方法，但是这种方法过程较为繁琐，耗时，成本高，而且对环境有一定的污染。新型的电子印刷技术包括丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷等工艺简单、周期短，为柔性器件中导电图案大规模制备提供了可能性。除了上述常规的电路印刷方法，将导电墨水通过笔直接书写在基底上进行快速的电路制备，更是一种简单快捷的电路制备方法。

印刷和直写制备电路工艺的核心是适合的导电墨水的制备。目前，导电墨水中的导电成分大多数为金属纳米颗粒或者微米片，例如，中国专利文献CN101710497 B公开了一种分散于纤维素中的纳米银导电浆料，将其通过印刷等方式涂布得到的导电图案，250℃烧结处理后电阻率在10^-5Ω·cm数量级，但是其墨水中银固含量较高，为10％-70％，并且所需烧结温度高；中国专利文献CN104817891 A公开了一种可直写的导电墨水的制备方法，将表面包覆有阴离子表面活性剂的银纳米颗粒分散于乙基纤维素等添加剂中得到导电墨水，其银纳米颗粒固含量在5％-60％，烧结温度较低，但是需要较长的烧结时间，而且其书写的导电线路烘干后导电性不理想，1cm电阻值在数百欧姆级别。这类金属纳米颗粒和微米片墨水往往需要超过50％的金属固含量才能得到理想的电导率，后期需要很高的烧结温度，而且在弯折时易发生导电层断裂，很难实现可穿戴柔性电路对可折叠、弯曲等的要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用氧化石墨烯同时作为分散剂、增稠剂、稳定剂、抗氧化剂以及机械性能增强剂等，利用金属纳米线作为导电添加剂，低金属固含量、免烧结、环保无污染的可直接书写和打印的水性导电墨水的制备方法。通过丝网印刷，狭缝式挤压型涂布，凹版印刷或柔性版印刷等涂布印刷方式或者将墨水灌于笔芯后利用笔直接书写，可在玻璃，纸张，二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚酰亚胺(PI)，聚碳酸酯(PET)等基底上制备线路或者导电图案。该线路或图案只需在室温下晾干数分钟即可得到优良的导电性(10⁴S/cm数量级以上)。在柔性基底上书写或打印的导电图案晾干后显示出了很好的耐弯曲、折叠等机械形变的性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种可直接书写或打印的基于金属纳米线和氧化石墨烯的导电墨水，其特征在于：导电墨水的组分及质量百分比：

i.金属纳米线，1.0-15.0％；

ii.单层或寡层氧化石墨烯，0.2-2％；

iii.助分散剂，0-5％；

iv.增稠剂，0-5％；

v.表面活性剂，0.05-2％；

vi.消泡剂，0.05-2％；