[发明专利]一种基于油墨打印工艺的碳电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电子技术材料领域,一种基于油墨打印工艺的碳电极的制备方法。

背景技术

导电碳浆是以非金属导体材料的碳系微粒通过有机或无机分散剂均匀地分布于溶剂中而制成的导电油墨。导电碳浆是一种中间产品，在通过刮刀涂抹后经过一段时间在一定温度下固化后，得到导电膜层。

导电碳浆的性能稳定，耐腐蚀和氧化，且油墨的附着力强，不易剥离，可与金属、玻璃布板及VC、PET和PC片材结合良好。

目前市面上导电浆料很多是金属浆料(导电银浆等)，但这种金属浆料价格高昂，性价比低，且易被氧化导致稳定性不佳。相比之下，导电碳浆的价格低廉，资源丰富，符合当下环保科学的理念；同时碳系微粒在物理和化学方面都很稳定，还能够能够吸附或阻隔水氧，对电极乃至器件的稳定性方面都有提升作用。

导电碳浆可以广泛用于太阳能光伏发电，通信电子，航空航天等电子产品制造，具有极高的商业价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中，制备出的碳电极步骤繁杂、制备温度高(高于300摄氏度)、所用时间长、制备成本高和导电及机械性能不佳等问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于油墨打印工艺的碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于掺杂PEDOT:PSS分散液的导电碳浆的制备

1.1)将碳材料与掺杂有络合酸的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液混合，得到基于掺杂PEDOT:PSS分散液的导电碳浆；

所述络合酸的浓度为0.001～0.1mol/L；

所述碳材料与掺杂有络合酸的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液的重量体积比(mg︰mL)的范围为(70～120)︰(1～1.5)；

1.2)将步骤1.1)中得到的基于掺杂PEDOT:PSS分散液的导电碳浆进行搅拌，得到样品导电碳浆；

2)导电碳浆的成膜

用刮刀法将步骤1.2)中得到的导电碳浆均匀刮附在预处理后的玻璃基片上，得到均匀覆盖导电碳浆的玻璃基片；

3)碳电极热处理

将步骤2)中得到的均匀覆盖导电碳浆的玻璃基片，进行恒温加热处理后，自然冷却至室温，得到碳电极；

所述恒温加热的温度范围为40～130℃，加热时间为1～15min。

进一步，所述步骤1.1)中的碳材料为市售的炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；所述碳材料的粒径分别为：炭黑20～40nm、石墨5～15μm、碳纳米管8～15nm；

所述步骤1.1)中的络合酸选自氯铂酸(H₂PtCl₆·6H₂O)、氯金酸(HAuCl₄·4H₂O)或氯钯酸(H₂PdCl₄)中的一种或几种。

进一步，所述步骤1.2)中的搅拌过程中：搅拌速率范围为700～1250rpm；搅拌时间范围为5h～24h。

进一步，所述步骤2)中玻璃基片的预处理过程为清洗除残处理过程，包括以下步骤：将清洗干净的玻璃基片用高纯氮气吹干后，置于臭氧处理仪中，处理15～60min后取出。

进一步，所述步骤1.2)还包括以下流程：

1.2)将步骤1.1)中得到的基于掺杂PEDOT:PSS分散液的导电碳浆进行搅拌，搅拌均匀后加入极性溶剂，再次搅拌后，得到样品导电碳浆；

所述PEDOT:PSS分散液中加入的极性溶剂的体积百分含量为0～15％。

进一步，所述极性溶剂为乙二醇(EG)、二甲基亚砜(DMSO)或异丙醇(IPA)中的一种或几种。

进一步，所述碳电极的材料除刚性的玻璃基片外，还包括柔性的塑料透明基片；

所述塑料透明基片为聚对苯二甲酸乙二醇酯基片、聚萘二甲酸乙二醇酯基片或聚酰亚胺基片。

进一步，所述油墨打印制备工艺除所述步骤2)中的刮刀法外，还包括夹缝式挤压型涂布、喷墨打印和卷对卷印刷工艺；

所述夹缝式挤压型涂布、喷墨打印或卷对卷印刷工艺，在室温～200℃的条件下直接制取，无需进行透明电极热处理步骤。

值得说明的是，本发明中使用了导电高分子PEDOT:PSS作为分散剂，既实现了碳浆料的稳定制备，又提高了其导电性，并且使低温制备碳电极成为可能。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下效果：