[发明专利]一种石墨烯分散体

说明书

本发明为一种石墨烯分散体，提供一种功能性油墨，包含石墨烯纳米片、载液以及占石墨烯纳米片0.01:1到0.05:1的聚乙烯醇；载液为乙二醇、乙二醇和水组成的混合物；其中，乙二醇:乙醇:水的体积比为25‑35:60‑70:1‑10；本发明制备的功能性油墨体系可适用于多种来源的石墨烯纳米片，适用范围广；且所使用的的载液组分无毒、环保、无分散剂适合于石墨烯纳米片的大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纳米分散体，尤其涉及一种用于功能性油墨的石墨烯分散体。

背景技术

碳材料，如炭黑、石墨、碳纳米管(CNT)等，被广泛用作印刷电子的导电油墨系统中作为导电材料或者作为复合材料体系中的填料部分以增强其电、热或机械性能(E.T.Thostenson,Z.Ren,and T.-W.Chou,“Advances in the science and technologyof carbon nanotubes and their composites:a review,”Compos.Sci.Technol.,vol.61,no.13,pp.1899–1912,2001.S.Chand,“Carbon fibers for composites,”J.Mater.Sci.,vol.35,no.6,pp.1303–1313,2000.Y.Liu and S.Kumar,“Polymer/carbonnanotube nano composite fibers-A review,”ACS Appl.Mater.Interfaces,vol.6,no.9,pp.6069–6087,2014.)，是一种极具有应用前景的材料。

然而，每种类型的碳都有缺点。炭黑的导电性不足以用于许多应用的导电油墨，因此需要使用其他导电油墨(如银油墨)的额外网格或边界印刷Z.Jang and A.Zhamu,“Nanographene platelet-based conductive inks and printing process.”US 2012/0007913。与此同时，石墨颗粒通常太大而无法用于喷墨打印等印刷或涂层技术。而且，炭黑和石墨通常都需要在油墨和复合材料中添加高含量(通常20wt.％)才能获得合理的性能，例如导电性。但是，填料的高负载量会降低印刷油墨和复合材料的机械性能，例如强度、刚度等。尽管碳纳米管作为一种新型碳材料在油墨应用中产生相对较高的导电性，并在用作纳米填料时能显著增强复合材料的导电性和导热性能，但是其生产成本过高，且由于纳米尺寸效应容易团聚，使得它们在油墨和复合材料中的实际产业化应用中受到产能和成本的阻碍。

近几年，石墨烯作为碳的另一种同素异形体而受到广泛关注。石墨烯中原子在平面内共价键合，并通过范德华力在平面外堆叠，使其拥有出色的电学、光学和机械性能，通过低产率方法生产的石墨烯已成为未来应用的一种有前途的材料，并已在功能性油墨J.-H.Chen,M.Ishigami,C.Jang,D.R.Hines,M.S.Fuhrer,and E.D.Williams,“PrintedGraphene Circuits,”Adv.Mater.,vol.19,no.21,pp.3623–3627,Nov.2007.F.Torrisi,T.Hasan,W.Wu,Z.Sun,A.Lombardo,T.S.Kulmala,G.-W.Hsieh,S.Jung,F.Bonaccorso,P.J.Paul,D.Chu,and A.C.Ferrari,“Inkjet-Printed Graphene Electronics,”ACSNano,vol.6,no.4,pp.2992–3006,2012.和复合材料中得到广泛证明。为了降低生产成本和工业制造，已经提出了各种实现化学功能化/非功能化石墨烯的大规模生产的方法，石墨烯材料已经有相当大的产业化应用基础。然而，在功能性油墨中，石墨烯纳米片仍然具有挑战性。

已知的，大量石墨烯纳米片功能性油墨配方相关的现有技术战略需要大规模生产石墨烯纳米片和合适的溶剂，并且可能需要分散剂US 2010/0000441。这需要克服几个关键性的问题: