[发明专利]一种导电聚合物3D打印墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电聚合物3D打印墨水及其制备方法，属于3D打印新材料技术领域，将聚(3，4‑二氧乙撑噻吩)类导电聚合物(PEDOT)：聚苯乙烯磺酸盐(PSS)水分散液在低温条件下进行冷冻、干燥，得到导电聚合物纳米纤维状泡沫结构；将上述导电聚合物纳米纤维状泡沫结构利用二元溶剂混合，碾磨匀质，得到系列聚(3，4‑二氧乙撑噻吩)类导电聚合物(PEDOTs)‑聚苯乙烯磺酸盐(PSS)墨水。本发明利用冷冻干燥、再分散及后处理方式等对导电聚合物水溶液进行处理，获得可用于3D打印的高性能导电聚合物墨水，这种墨水显示出卓越的3D可印刷性，可与多种材料印刷以及其他3D可印刷材料无缝集成弹性体，可进一步推进至各种高密度柔性电子器件的制备。

技术领域

本发明涉及3D打印新材料技术领域，具体涉及一种导电聚合物3D打印墨水及其制备方法。

背景技术

导电聚合物凭借高的电导率、良好的稳定性和生物相容性及可加工性，已被广泛应用于能量存储、柔性电子和生物电子器件的制作。目前基于导电聚合物的光电子、生物电子器件的制作主要依赖于一些常规技术，例如，喷墨印刷、丝网印刷和光刻技术。然而，这些技术制备而来的导电聚合物器件通常分辨率较低(＞100μm)、制备过程复杂(在洁净室中的校准、掩模、蚀刻、后期组装等复杂过程)，同时面对着较高的加工成本，这极大的阻碍了导电聚合物的广泛应用。而与这些传统的方法不同的是，三维(3D)打印提供了一种非凡的能力，可以在3D空间中自由设计，具有可编程、便携和方式灵活等优势去设计微尺度的结构。最近开发的一些可3D打印的新材料，例如，金属、液态金属、水凝胶、充满细胞的生物墨水、玻璃、液晶聚合物和铁磁弹性体，这些材料为3D打印技术提供了更多的选择。

尽管在3D打印墨水材料方面已经做出了巨大的努力，然而目前的3D打印的墨水主要还是由具有不同功能的材料混合而成(导电剂、粘附剂、溶剂等)，例如，使用油墨基墨、悬浮剂、分散剂和油墨油等多种物质的混合才能够得到用于3D打印的墨水，成分复杂，难以实现高精度打印(CN107312377A，CN110436873A，CN109316630A)。

PEDOT：PSS作为一种水分散性的导电聚合物，具有高的导电性、良好的环境稳定性和透明性，在太阳能电池、防静电图层、OLED显示器、电催化等领域日益受到重视。PEDOT与PSS分子之间通过静电作用力相互结合，较易通过掺杂来调控聚合物的性能。然而，PEDOT：PSS本身高的流变学特性使得未经处理的水分散液难以通过3D打印等方式进行加工制造。目前，国外某公司开发了有关PEDOT：PSS导电聚合物墨水，例如PEDOT-PSS A1(粘度-35cPs)、PEDOT-P1900(粘度-40cPs)、PEDOT-JET40(粘度-8cPs)和PEDOT-ESD5000(粘度-10cPs)等产品，但是这些产品仍然面临这成本高、制备过程复杂和材料性能不足等问题，难以被用于像3D打印这样高精度的设备加工制造。

基于此，开发新型可用于3D打印的导电聚合物墨水开发新型可3D打印的导电聚合物模式具有重大的现实意义，对进一步推进导电聚合物的商业转化有较大的帮助。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种导电聚合物3D打印墨水及其制备方法，利用冷冻干燥、再分散及后处理方式等对导电聚合物水溶液进行处理，获得可用于3D打印的高性能导电聚合物墨水，这种墨水显示出卓越的3D可印刷性，可与多种材料印刷以及其他3D可印刷材料无缝集成弹性体，可进一步推进至各种高密度柔性电子器件的制备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导电聚合物3D打印墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚(3，4-二氧乙撑噻吩)类导电聚合物(PEDOT)：聚苯乙烯磺酸盐(PSS)水分散液在低温条件下进行冷冻、干燥，得到导电聚合物纳米纤维状泡沫结构；

(2)将上述导电聚合物纳米纤维状泡沫结构利用二元溶剂混合，碾磨匀质，得到系列聚(3，4-二氧乙撑噻吩)类导电聚合物(PEDOTs)-聚苯乙烯磺酸盐(PSS)墨水。