[发明专利]一种石墨烯导电油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电油墨，特别涉及一种石墨烯导电油墨及其制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由sp²碳原子组成的六方点阵蜂巢状的二维结构平面薄膜和二维材料，是继碳纳米管、富勒烯之后的又一重大发现。石墨烯呈现出新奇的物理特性，单层石墨烯具有良好的透明性，只吸收2.3％的光；常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s。石墨烯具有优异的导电性及物理机械性能，横向(面内)电导率高达10⁶S/m，极限强度可达130GPa，拉伸模量为1.01TPa，且导热性能好，热导率为5000W/(m·K)，密度仅为1.3-2g/cm³。由于石墨烯具有化学和热学性能优异、导电率大、比表面积大、机械强度大的特性，使得以石墨烯为基础的材料有着广泛的工业应用范围，可用吸附剂、催化剂载体、热传输媒体、复合材料、电子元件、电池/电容器等领域。

随着人们对电子产品需求的日益增多，新型导电油墨技术开发也出现了上升的趋势，以满足人们对电子产品的需求。随着技术的进步，对可方便携带的更小、更轻、柔性、可卷曲、多功能及绿色环保的电子产品的需求越来越高。为了适应这些需求，出现了多种技术领域的发展，印刷电子和导电油墨等相关核心技术也受到越来越多的关注。

导电油墨(主要是指混合型导电复合油墨)是一种具有导电能力的油墨，是由借助分散在油墨载体内的导电性材料来传导电流，主要由导电材料、连接剂(有机载体)、助剂和溶剂等物质组成。目前导电油墨主要采用微纳米金粉、银粉、铜粉、导电炭黑等作为导电填料。金粉、银粉导电油墨化学稳定性好，导电性能优异，但是成本高。银粉导电油墨也存在抗焊锡浸蚀能力差、银离子迁移、硫化等问题。铜粉导电油墨容易被氧化，导电性能不稳定。例如，中国发明专利201010296831.X公开了一种导电油墨及其制备方法，以质量分数计，包导电油墨括40～55％的片状银粉、5～10％的银包铜粉、33～50％的有机载体和0.1～0.2％的偶联剂。该发明专利部分采用银包铜粉，部分克服了银粉价格较高、铜粉易于氧化的问题，但仍需要采用45％～65％的银粉，成本高昂。

导电炭黑来源广泛，价格便宜，但是导电性能欠佳。这是因为炭黑等材料中含有大量的非结晶碳，导电率较低，而且炭黑比表面积和吸油量往往较大。导电碳基油墨导电性能较差，因为其以炭黑为填料，颗粒界面作用强，分散性较差，形成的空隙较多，并且易吸附氧、氢等杂质原子，这将严重阻碍碳原子之间的正常连接。例如，中国专利99119395.4公开了一种导电碳油墨，主要由树脂、导电材料和溶剂组成，其组分为胺基树脂10～30份，酚醛树脂10～20份；石墨10～30份，碳黑10～30份；醚类溶剂20～40份，酮类溶剂20～40份，导电碳材料添加量达到12.5％～37.5％，得到的导电碳油墨电阻为20Ω/□。

目前已经开发的导电油墨的另一个问题是采用密度较大的银(密度10.53g/cm³)、铜(密度8.92g/cm³)等金属填料，分散于溶剂、树脂中容易沉降，导电油墨使用之前一定要搅拌均匀，否则会造成导电性能不佳、甚至不导电等问题。

石墨烯具有比表面积大、载流子迁移速率高、导电性能好、高透明性、高耐弯折性、高导热率、抗静电和电磁屏蔽性能、抗腐蚀性等优异性能。石墨烯具有超大的直径/厚度比，容易与其它材料如聚合物材料均匀复合，并形成良好的复合界面，可以增强导电油墨交联后的固化物的机械强度，可广泛应用于油墨、涂料、浆料、塑料、复合材料、半导体、新能源等领域。采用具有片状结构的石墨烯为导电油墨的导电填料，片与片之间的接触几率大，渗流阀值较小，在较低的填充比例下，容易在基体中形成导电网络，这样一方面可以降低导电油墨中填料的添加量，降低成本，另一方面可以改善导电油墨的机械强度。更为重要的是，石墨烯导电油墨可具有柔性，而且可以调节配方比例，使其在室温下即可固化并导电，这是常规的导电银油墨所不具备的。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺点提出的，其所解决的技术问题是提供了一种制备成本低、导电性能优异、稳定性高、机械性能优异，而且可以调节配方比例，使其在室温下即可固化并导电的石墨烯导电油墨，以及这种石墨烯导电油墨的制备方法。

本发明提供的技术方案是：

一种石墨烯导电油墨，其特征在于，包括以下组分且各组分的质量百分含量分别为：

树脂      0.01％-25％；