[发明专利]一种基于喷墨打印的二维无机材料电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于喷墨打印的二维无机材料电容器及其制备方法，制备方法包括：将溶剂、粘结剂和表面活性剂混合均匀得到清漆，然后将通过液相剥离得到的二维无机材料分散在清漆中，搅拌均匀得到二维无机材料油墨；设置喷墨打印的参数，参数包括打印频率、喷嘴温度、液滴间距以及喷头与基板间距；将导电油墨和二维无机材料油墨分别置于喷墨打印机的墨盒中，依照设计图案，利用导电油墨打印下电极和上电极，利用二维无机材料油墨打印介质层，形成基于喷墨打印的二维无机材料电容器。本发明采用喷墨打印将高介电常数的二维氧化物材料制备成性能优异的电容器，方法简单、环保、成本较低、数字化程度高并且能够大规模生产。

技术领域

本发明涉及二维材料电容器的制造技术领域，具体而言，涉及一种基于喷墨打印的二维无机材料电容器及其制备方法。

背景技术

随着轻薄、柔性电子器件的发展，人们对新型储能器件的需求逐年增长。但是目前多种储能器件如锂电池、超级电容器和电容器等大多基于刚性基板，形状固定，体积大，难以满足柔性电子需求。喷墨打印技术是一种无接触式、快速灵活、高精度的成型技术，该技术在实现轻量化、可折叠和柔性设备方面具有巨大的应用前景。

电容器是电子电力系统中常见的重要储能器件之一，电容器向小型化、轻薄化、柔性化发展的趋势下，二维材料成为制备电容器的重要候选材料。二维材料印刷电容器的相关报道逐渐增多，印刷电容器有望应用于柔性电子器件。目前，氮化硼作为常见的二维绝缘材料已经成功用于制备印刷电容器，但是受限于其低介电常数，电容器的电荷密度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于喷墨打印的二维无机材料电容器及其制备方法，制备具有高电荷密度的二维材料电容器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于喷墨打印的二维无机材料电容器的制备方法，具体步骤包括：

S1、将溶剂、粘结剂和表面活性剂混合均匀得到清漆，然后将通过液相剥离得到的二维无机材料分散在所述清漆中，搅拌均匀得到二维无机材料油墨；

S2、设置喷墨打印的参数，所述参数包括打印频率、喷嘴温度、液滴间距以及喷头与基板间距；

S3、将导电油墨和所述二维无机材料油墨分别置于喷墨打印机的墨盒中，依照设计图案，利用所述导电油墨打印下电极和上电极，利用所述二维无机材料油墨打印介质层，形成基于喷墨打印的二维无机材料电容器。

可选地，所述二维无机材料包括：

Ti_0.91O₂、Ti_0.87O₂；Nb₆O₁₇、Nb₃O₈、TiNbO₅、Ti₂NbO₇、Ti₅NbO₁₄；

A₂Na_n-3M_nO_3n+1，其中A＝Ca,Sr,Ba；M＝Nb,Ta；n＝3-6；

LaNb₂O₇或SrTa₂O₇中的任意一种。

可选地，所述溶剂为超纯水或共溶剂体系，所述共溶剂体系包括水/乙醇、水/乙二醇、水/丙二醇或水/异丙醇；所述粘结剂为黄原胶、乙基纤维素、聚乙二醇、丙三醇或丙烯酸；所述表面活性剂为曲拉通X-100、吐温、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠或脱氧胆酸钠。

可选地，S2中，所述打印频率为800-2000Hz、所述喷嘴温度为20-35℃、所述液滴间距为20-30μm、所述喷嘴与基板间距为1-5mm。