[发明专利]可丝网印刷银纳米线/石墨烯导电油墨及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种可丝网印刷银纳米线/石墨烯导电油墨及其制法和应用，按重量份数计，导电油墨由0.1～5份银纳米线、0.0025～1.5份石墨烯、2.94～150份乙醇、3.56～178份水、0.52～26份乙二醇和1～5份羟丙基甲基纤维素组成；其中，银纳米线与石墨烯的质量比为1:0.025～1:1.25；银纳米线采用多元醇法合成，采用PVP作为生长控制剂和保护剂；制备方法为：向银纳米线的乙醇分散液中依次加入水搅拌均匀、加入含羟丙基甲基纤维素的膏状粘稠固体搅拌均匀、加入石墨烯搅拌均匀形成可丝网印刷银纳米线/石墨烯导电油墨；应用为：导电油墨采用丝网印刷的方式印刷在织物基底上后，经烘烤形成导电线路。本发明的方法简单，制得的导电油墨中石墨烯的含量较低，导电油墨的导电性能优良，可用于丝网印刷。

技术领域

本发明属于印刷油墨技术领域，涉及一种可丝网印刷银纳米线/石墨烯导电油墨及其制法和应用。

背景技术

在现有技术中，导电油墨主要是向有机溶剂中加入银粉及助剂混合搅拌而成，但由于银粉的颗粒状，导致固含量高，成本高，并且往往在油墨印刷后存在电阻较大或未能形成通路等情况。由于银纳米线的高长径比，使银纳米线网络具有出色的机械柔顺性。连续银纳米线网络可形成高导电性电子路径，以促进电荷转移，同时保持顺应性结构以适应弯曲应变。

专利CN108659614A公开了一种丝网印刷银纳米线导电油墨，包含以下重量份数的原料：羟丙基甲基纤维素1～4份，水15～20份，银纳米线0.5～4份，丙二醇1～3份，表面活性剂1～3份，消泡剂1～3份；该导电油墨的制备方法简单、成本低，并且油墨的分散性好，印刷的图案分辨率高、印刷均匀，然而该导电油墨的导电性能有待于进一步提高。

石墨烯是一种紧密堆积在二维蜂窝晶格中的单层碳原子，具有极好的热、电、光学和机械性能。具有高比表面积的石墨烯薄片组成的石墨烯材料由于其光学透明性、高导电性、柔韧性和易于与金属、聚合物表面由于化学键而牢固结合，可极大改善原有材料的性能，因此被形象称为“工业味精”。

为提高油墨的导电性能，现有技术将石墨烯添加入银纳米线作为桥梁搭载在空隙处，促进电子流动，银纳米线和石墨烯的结合会产生协同效应，一方面，银纳米线可以修复石墨烯的线缺陷，并为载流子提供一维传输路径；另一方面，石墨烯可以填充银纳米线网络结构的空隙，从而提高沉积图案的导电性、均匀性和强度。

专利CN111560192A将石墨烯颗粒与硝酸银等原料混合，通过聚四氟乙烯反应釜进行水热反应，使银纳米线逐渐生长制备得到穿插于石墨烯中的银纳米线/石墨烯混合材料，此方法重点在于降低石墨烯材料之间的团聚现象，进一步改善现有制备导电油墨填料过程中分散性能不稳定的技术问题，但此方法引入不参与反应的杂质较多，可能会影响银纳米线的成核反应，得到的银纳米线易不纯，此外，银纳米线往往会在石墨烯加入后由于表面能的作用造成团聚。

专利CN108753043A公开了一种用于柔性触摸屏导电线路的导电油墨，采用喷射方法在柔性触摸屏基材上形成图案化导电线路，其所用导电填料是石墨烯包覆银纳米线的复合导电填料，石墨烯是由三维网状石墨烯与多层石墨烯纳米片组装而成，银纳米线填充于三维石墨烯的网状空隙中，由于油墨中含有无铅玻璃粉、分散剂、消泡剂、有机溶剂等多种添加物，为保证形成有效联通网络使得导电层具有较好的导电性，石墨烯需要较高的加入比例，银纳米线与石墨烯的质量比为1:1.5～3.5。

综上所述，现有技术在导电油墨中同时加入石墨烯和银纳米线存在的主要问题是：1)银纳米线往往会在石墨烯加入后由于表面能的作用造成团聚；2)石墨烯的加入量较大，导致导电油墨的使用成本较高。

在现有的印刷方法中，丝网印刷(也称为模板印刷)使用乳胶丝网，网状安装或无框金属模板将油墨和浆糊沉积到各种基材上，由于其成本低廉，图案设计通用，操作简单且浪费少，因此是印刷电子技术中使用最广泛的技术。当前，印刷的图案分辨率可以达到30～50μm，可以满足电子应用要求。如能克服现有技术在导电油墨中同时加入石墨烯和银纳米线存在的问题，制得一种可丝网印刷银纳米线/石墨烯导电油墨将极具现实意义。