[发明专利]一种适用于3D打印的功能墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于3D打印的功能墨水及其制备方法。该墨水包括以下重量份的组分：高分子调节剂0.5～1.5份、导电材料1～5份、交联剂0.1～0.5份、催化剂0.1～0.5份，以及溶剂10～80份。本发明制备得到的功能墨水在室温下具有自修复功能，可消除打印层间界面电阻，提高层间力学强度，且具有优良的导电性和多种电、磁、电化学性能，可广泛用于储能、电磁屏蔽、应力传感等功能材料和器件领域。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种适用于3D打印的功能墨水及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，又称增材制造(additive manufacturing)技术，是一种与传统材料加工方法截然相反的、基于三维模型数据、通过增加材料逐层制造的方式，其优势在于可以构筑具有任意指定形状的复杂结构，实现立体结构的快速、高效成型。由于其独特的降维、快速逐层加工特性，3D打印为下一代制造技术提供了无限可能。3D打印技术近年来在结构材料制备方面发展迅速，然而在加工具有特殊性能的功能器件的应用上却难有突破。只能打印形状、难打印功能是3D打印行业急需解决的世界性难题。现有3D打印技术主要包括熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结(Selective LaserMelting，SLM)、立体平板印刷(Stereolithography，SLA)和直接油墨书写(Direct InkWriting，DIW)等。直接油墨书写技术因具备打印材料选择广、可室温打印、工艺简便、成本低廉等优点，是一种极具应用潜力的可用于制备复杂功能器件的3D打印加工技术。而功能墨水是决定其加工性和打印功能器件最终性能的关键，也是直接墨水书写式3D打印加工工艺的最大难点。

目前制备可3D打印功能墨水现有公开技术存在以下问题：1.制备可3D打印的成分均匀的导电墨水难度大；2.墨水中活性物质含量低，打印成型器件性能差；3.逐层打印层间作用力弱，界面电阻大，器件性能随层数增加迅速衰减。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种适用于3D打印的功能墨水及其制备方法，可有效解决现有墨水在室温下不具备自修复功能，打印得到的产品层间力学性能差、界面电阻大的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于3D打印的功能墨水，包括以下重量份的组分：

高分子调节剂0.5～1.5份、导电材料1～5份、交联剂0.1～0.5份、催化剂0.1～0.5份，以及溶剂10～80份；

所述高分子调节剂能够在室温下提供分子间或分子内可逆动态相互作用。

进一步地，还包括功能纳米材料0～10份。

进一步地，可逆动态相互作用是通过可逆动态键来实现的，该可逆动态键为共价键、氢键或离子配位键。

进一步地，高分子调节剂为壳聚糖、聚乙烯醇、纳米纤维素类、聚乙二醇、儿茶素或单宁酸中的一种或多种。

进一步地，导电材料为导电碳材料、导电高分子或导电金属颗粒。

进一步地，交联剂为聚马来酸、柠檬酸、1,2,3-三羧酸丙烷、1,2,3,4-四羧酸丁烷、戊二醛或硼酸盐。

进一步地，催化剂为硫酸、盐酸、磷酸、磷钼酸、硫酸氢钾、氯化铝、氯化铁、硫酸氢钠、次磷酸钠、醋酸钠、氧化铝、二氧化硅、氧化锌或二氧化钛。

进一步地，功能纳米材料为具有电、磁等不同功能的金属氧化物、金属硫化物、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、无机非金属单质、氧化还原属性小分子、磷酸盐或钛酸盐中的一种或多种。