[发明专利]一种水溶性石墨稀导电油墨及其制备方法

说明书

本发明提供一种水溶性石墨稀导电油墨及其制备方法。该水性石墨烯导电油墨复合材料的包括水溶性石墨烯粉末、连结树脂材料、助剂、和溶剂。根据本发明提供的实验方法可以大批量的制备水溶性石墨烯导电油墨。本发明用去离子水作为溶剂代替传统的有机溶剂，并通过连结树脂的选择和比了得调配得到导电性能良好，韧性良好、压模型能和抗冲击性能良好，附着力符合要求的水溶性石墨烯导电油墨。石墨烯成分以其优异的导电性能提高了本产品的导电稳定的，见底了电阻率。本发明克服了传统导电油墨的污染环境以及成本发明高的弊端，有望于大规模商业化生产。

技术领域

本发明涉及一种水溶性导电油墨，尤其是一种水溶性石墨稀导电油墨及其制备方法。

背景技术

导电油墨作为无线射频识别技术、柔性印制电路、传感器、电磁屏蔽、薄膜开关和电子书等印制电子技术中使用的关键材料，其应用优势和研发成果得到人们的广泛关注。目前，国内外多家大型公司都在对导电油墨进行研发，传统的以无机粉体材料作为导电材料的导电油墨己逐渐被由纳/微米级粉末作为导电材料的复合型油墨取代，其中导电材料为：纳米银粉、纳米铜粉、纳米铜包银粉和新型的二维材料——石墨烯等。

目前，导电油墨所采用的溶剂主要有两大类，一类是水，另一类则是有机溶剂，如醇、酮、醚、脂等。研究表明多种混合溶剂可以有效的提高油墨的溶解性。水由于是一种无毒、环保、地壳丰度极高的材料，是许多研究领域中一种最普遍使用的溶剂。但是由于一些用于制备导电油墨的导电填料不能溶于水的，从而很大程度上限制了水作为油墨溶剂的使用。而对于有机溶剂的毒性也限制了有机溶剂的应用。故此，目前水溶性导电油墨成为目前研究的热点。

在导电填料方面，以碳纳米管和石墨烯为代表的碳基纳米材料在导电油墨中的应用越来越受关注。最近研究人员已经将目光投向了石墨烯，因为与纳米金属导电油墨相比，石墨烯导电油墨的成本优势突出，其导电性能更好，且石墨烯导电油墨还具有能与喷墨打印方式兼容的优势。

英国曼彻斯特大学的Geim小组用从高定向热解石墨剥离出单原子层厚度的石墨烯，从而带动了石墨烯研究新的热潮。石墨烯由碳原子sp2杂化成键形成蜂窝状的二维晶体，其中每个碳原子都与邻近的3个碳原子相连，形成σ键，这些C—C键赋予石墨烯优异的力学性能。每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，它们可以在石墨烯晶面自由移动，使石墨烯具有良好的导电性能、高的电子迁移率（2×105 cm2(/ V·s)），高的热导率（5×103 W(/m·K)）[10]。得益于石墨烯具有高导电性、碳材料本质稳定性以及纳米片层结构等特点，石墨烯在透明导电薄膜、超级电容器、有机场效应晶体管、复合材料等领域的应用前景广泛。石墨烯作为导电油墨核心成分的导电填料是决定油墨导电性的功能相，其直接决定着导电油墨的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性石墨烯作为导电填料，水溶性树脂材料作为连结材料，辅以助剂和去离子水作为溶剂经过复合研磨工艺加工而成的水溶性石墨烯导电油墨材料，这种油墨具有导电性好，稳定性高，附着力好，固化温度低，材料资源丰富、绿树环保，制备方法简单易行的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种水溶性石墨烯导电油墨，其成分的质量百分比为：水溶性石墨烯粉末为5~20 wt%、水溶性连结树脂材料为40~70 wt%、助剂为1~7 wt%，溶剂为去离子水，其质量百分比组分为20~60 wt%。

本发明所涉及的树脂基连结材料中的树脂可以为水溶性树脂包括水溶性丙烯酸酯，水溶性聚氨酯、水溶性环氧树脂，水溶性醇酸树脂，改性合成树脂、天然树脂中的一种或几种。上述树脂再导电油墨中是主要的成膜物质，其物理化学性能将直接决定导电油墨的力学性能、流变性能、耐酸碱性能、附着力等基础性能。

本发明涉及的石墨烯改性后的氧化石墨烯。上述石墨烯主导着最终得到的导电油墨的导电性能，故此，导电石墨中石墨烯的比表面积越大、分散性能越好的，导电油墨的导电性能也会越好。