[发明专利]一种石墨烯导电油墨的制备方法

说明书

本发明提供了一种利用咪唑型离子液体提高石墨烯导电油墨性能的制备方法。主要特征是利用咪唑型离子液体在超声共混过程中可以提高石墨烯的分散性，同时离子液体自身具有一定电导率，可以协同提高制备的石墨烯导电油墨的导电性能。制备过程是首先将环氧树脂与石墨烯分散在溶剂中，同时加入咪唑型离子液体搅拌超声处理一定时间。通过调节各种物质的比例，最终得到一系列导电性能优良的石墨烯导电油墨。本方法不需要对石墨烯进行过多的处理，通过调整咪唑型离子液体的用量，最终得到一系列不同导电性能的石墨烯导电油墨。该制备过程具有工艺相对简单，适用于多种基体等优点。

技术领域

本发明是关于利用咪唑型离子液体提高石墨烯导电油墨性能的制备方法，属于复合材料制备的技术领域。

背景技术

随着信息技术的革新，促进了印刷电子技术的兴起和发展。该技术是新型柔性电子器件的制造技术，也是一种新兴的增材制造技术，在大规模制备低成本、多功能的柔性电子器件方面具有显著优势。正是该领域的发展以及柔性电子器件行业的兴起，作为印刷技术的关键性功能复合材料，导电油墨的研究也进入了新的阶段。用于制备导电油墨的导电填料主要有金属纳米粒子、金属纳米线、导电高分子、碳材料等。其中，石墨烯基导电油墨由于石墨烯自身独特的性能引了学者们广泛关注和研究。

石墨烯作为一种新兴的二维碳纳米材料，由碳原子以sp²杂化轨道组成，具有独特的纳米片层结构。这种独特的结构使其具有众多优异的性能，如极大的比表面积、良好的机械力学性能、光学性能、导热性能、导电性能等。从石墨烯的初次发现掀起科学家对其研究热潮至如今，石墨烯在传感器、晶体管、柔性显示屏、新能源电池、储氢材料、航空航天等领域的发展及产业化应用的难题正在逐步突破。其中，由于石墨烯的低成本、易加工、高电导率和柔韧性等，由其制备的导电油墨对可打印的柔性电子器件的制备及应用具有重要意义，故石墨烯导电油墨的应用有着极其广阔的发展空间。但由于石墨烯片层之间存在着范德华力，这使得石墨烯在基体材料中极容易发生团聚，难以制备石墨烯分散均匀的复合材料。目前在石墨烯的分散性问题上，主要的解决办法有纯石墨烯的液相剥离、石墨烯的氧化还原、表面活性剂的使用等。这些方法的出现对于石墨烯基导电油墨的制备、工业化的发展和应用具有极其重要的意义。

离子液体是指全部由离子组成在室温或室温附近温度下呈液态液体的物质，其一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，常见的阳离子有咪唑盐离子、季铵盐离子、季鏻盐离子和吡咯盐离子等，阴离子则主要以卤素离子和其他无机酸离子等为主。离子液体具有离子传导性、不挥发性、高耐热性、不燃性、良好的稳定性、无污染等众多优势，这加速了离子液体在众多领域的发展和广泛应用。其中，离子液体由于具有许多传统有机溶剂所不具有的优点，可作为绿色溶剂或作为反应催化剂，应用于众多有机及高分子物质的合成反应中，如氢化反应、傅-克反应、Diels-Alder反应等，有效地避免了传统有机溶剂可能会造成的严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，实现了名副其实的无污染及环境友好，适合于当前所倡导的可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。

咪唑型离子液体由于咪唑型阳离子独特的结构，可以与碳纳米管等产生π-π共轭作用，有助于碳纳米管材料在溶剂及有机基体中的分散。同作为纳米碳材料，由于石墨烯的结构与碳纳米管的结构有一定的相似性，离子液体对石墨烯的分散也可以起到一定作用。同时由于离子液体完全由离子构成，没有电中性的分子，在低粘度的体系中，离子迁移阻力小，具有一定的离子传导性，可以协同提高制备的导电油墨的导电性能。选择环氧树脂作为有机基体，利用环氧树脂较好的粘结强度和耐化学性能等，可以提高导电油墨对基体的粘附性以及涂覆于基体表面后的抗屈挠等性能。故选择制备的石墨烯导电油墨具有实验操作过程简单、性能优良且可调控等优点。

发明内容