[发明专利]一种石墨烯掺杂型电子浆料用玻璃粉及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯掺杂型电子浆料用玻璃粉及其制备方法，将厚度在10层以内的多层石墨烯粉体，与水淬后的玻璃熔体混合，添加到含有包覆剂的溶剂中，球磨得粉体备用。掺杂玻璃粉粒径为0‑15微米，可根据需求调整球磨工艺控制玻璃粉最终粒径范围。玻璃的软化点温度为300‑600摄氏度。与现有技术相比，本发明可以应用于电子浆料领域的导电浆料中。

技术领域

本发明涉及一种导电填料，尤其是涉及一种石墨烯掺杂型电子浆料用玻璃粉及其制备方法。

背景技术

碳在地壳中的质量分数为0.027％，在自然界中分布广泛。在元素周期表中位于第6位，其最外层有四个电子，可以相互作用或与其他元素反应形成无机或有机化合物。碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其无定型态称为炭黑。石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，在其二维结构内具有极其优异的物理性质。导热系数高达5300W/m·K，常温下电子迁移率超过15000cm²/V·s，电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的天然材料。其大规模应用的难度在于生产大面积或单层数的石墨烯，有待于技术的进步。目前的高水平石墨烯典型特征厚度为1-5层，横向尺寸为0.5-5微米，电导率为1000s/m以上。质量合格的石墨烯可以在空气中短时间承受500度的高温，550度开始分解。

导电碳黑作为导电填料在电子材料领域有较长的应用历史，在石墨烯出现后，代替导电炭黑成为高性能电子材料的首选。专利CN105790038A公布了一种石墨烯导电浆料的制备和使用方法，在配制槽中加入石墨烯5-55份、连接剂5-40份、分散剂1-20份，余量为有机溶剂，搅拌均匀后喷涂，具有高导电和抗氧化腐蚀的效果。专利CN105472881A公布了一种3D打印石墨烯电路板的制备方法，将石墨烯配制成导电浆料，经3D打印机打印形成导电电路，可以单次或多次重复打印形成不同厚度的导电回路，可以低成本地实现电路板的柔性制造。

电子浆料是制作电子元器件的基础材料，一般由功能相、粘结相和有机载体三部分组成。功能相实现物理性能，如导电的有Au、Ag、Cu、A1等金属粉体；有机载体是将聚合物溶解在有机溶剂中的溶液，便于使用，如印刷、喷涂等；粘结相一般包括玻璃粉、氧化物或二者混合物，主要作用是粘结功能相和基板。

对于所有烧结型电子浆料，都需要加入低熔玻璃粉或氧化物及其混合物，玻璃粉的品质直接影响电子产品或功能模块的性能。一般玻璃相是采用球磨工艺，制备成具有一定粒度分布特征的粉体备用。在烧结工艺过程中，玻璃粉会受热软化致熔化，不同程度的侵蚀基板，并同时推动功能相金属粉体的致密化。对一些特殊的浆料，其玻璃粉在烧结过程中具有传质作用，协助功能相融合生长。降温时，熔融的玻璃会冷却成固体，在功能相和基板之间存在一层厚度不均的玻璃薄层，起到连接基板和功能相的作用，在功能相的颗粒与颗粒之间也存在厚薄不均的玻璃相。

电子浆料玻璃相的主要成份一般是金属的盐类或氧化物，主要分以下几类：铅系、硼系、铋系、锌系、碲系、钒系。这些金属的盐或氧化物，电子都被固定在特定能级上，常温下不具备导电能力。采用纳米颗粒掺杂，达到渗流阈值后，遂穿导电是提高玻璃相导电能力一个主要方法。以光伏电池领域的正面银浆为例，其玻璃粉的作用，就是溶解银并促成烧结，在冷却过程中过量的银在界面或玻璃中析出，起到导出载流子的作用。专利TW201124493公布了一种导电浆料组成物，其特点是在浆料中添加金属氧化物或者导电的金属颗粒到浆料中，以提高附着力和降低电子从半导体导出所受的阻碍。专利CN105845198A公开了一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆及其制备方法，其在正面银浆中掺入石墨烯，石墨烯经超声分散20-60分钟改性、过滤烘干后，添加到浆料中使用。该类在浆料中添加纳米颗粒的办法，其缺点之一是因为玻璃相对纳米颗粒的溶解或腐蚀作用，往往达不到目的；其缺点二是纳米材料大多存在于功能相中，而不是均匀分散于玻璃相中，往往会对功能相的烧结造成阻碍而达不到目的。

发明内容