[发明专利]一种高性能可喷印墨水及其制备方法以及在柔性全固态超级电容器中的应用

说明书

本发明提供了一种高性能可喷印墨水，由碳量子点、氧化石墨烯、表面活性剂以及溶剂制备而成。其中，碳量子点和氧化石墨烯具有较强的相互协同作用，能够有效的提高材料的整体性能。采用碳量子点修饰氧化石墨烯得到的混合墨水，其中碳量子点作为氧化石墨烯层间间隔物，有效的防止氧化石墨烯的重新堆垛，同时碳量子点通常含有更多的含氧官能团和开放的边缘，为赝电容提供了更多的反应位点，所以碳量子点/氧化石墨烯混合电极相比于单一的碳量子点或氧化石墨烯电极表现出优异的电化学性能及循环稳定性。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种高性能可喷印墨水及其制备方法以及在柔性全固态超级电容器中的应用。

背景技术

随着可穿戴和小型化电子设备的发展，对轻便灵活的能量存储设备的需求不断增长。而柔性超级电容器(SCs)由于快速充放电速率，高功率密度，长循环寿命及较好的弯折等特点受到广泛关注。目前柔性超级电容器的制备方法主要采用溶液沉积方法。例如，喷雾法、刮涂法、浸渍干燥法，真空过滤法等。然而，上述方法对电极的几何形状，薄膜厚度，负载量以及均匀性均不能很好的控制。虽然已有部分文献报道采用模板法制备特定几何形状和小面积尺寸的电极，但是相对较复杂的工艺，高成本及几何形状的单一性进一步限制其在柔性超级电容器电极制备上的应用。

与上述方法相比，喷墨印刷技术具有成本低，可实现大面积制备，操作简单及容易控制电极的尺寸，几何形状，薄膜厚度等优点，已经被广泛地应用于各类功能器件的制备。专利申请“一种喷墨打印制备混合型超级电容器的方法”，公开号：CN 103762095A，公开日：2014.04.30，公开了一种采用喷墨打印的方法制备混合型电容器的方法。该专利采用铝箔、铜箔或锡箔作为基底。事实上，大多数溶剂(如去离子水、乙醇、丙三醇，N,N-二甲基甲酰胺等)在金属基底或塑料基材上较大的接触角导致难以控制电极图案.与此相反，纸张通常由具有优异亲水性的纤维素纤维有益于许多溶剂的有效附着。同时，喷墨打印所需墨水必须具有较小的颗粒尺寸、低表面张力、低粘度、干燥速度快等特点才能使印刷时墨水不产生堵塞喷嘴,并形成清晰的图象。石墨烯及其各类石墨烯衍生物由于具有优异的导电性能、较大的比表面积和化学稳定性，已被广泛应用于超级电容器的电极材料并且展现出优良性能。例如，氧化石墨烯(GO)在水、乙醇等众多溶剂中具有优异的溶解度，可以作为喷墨打印的材料。尽管喷墨打印氧化石墨烯墨水已有报道，但大部分报道并未研究喷墨打印氧化石墨烯墨水在超级电容器中的应用，而且氧化石墨烯墨水在溶剂蒸发过程中的GO片层容易重新聚集和堆垛，降低GO的比表面积及吸附位点，从而降低器件的整体性能。因此，寻求一种有效防止氧化石墨烯墨水在溶剂挥发中重新堆垛的方法具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高性能可喷印墨水及其制备方法以及在柔性全固态超级电容器中的应用，本发明提供的墨水中碳量子点和氧化石墨烯具有较强的相互协同作用，能够有效的提高材料的整体性能，有效防止氧化石墨烯墨水在溶剂挥发中重新堆垛。

本发明提供了一种高性能可喷印墨水，由碳量子点、氧化石墨烯、表面活性剂以及溶剂制备而成。

优选的，所述碳量子点与氧化石墨烯的质量比为(0.1～20):1；所述碳量子点与氧化石墨烯的总量占所述高性能可喷印墨水的质量百分比为0.1wt％～5wt％，所述表面活性剂占所述高性能可喷印墨水的质量百分比为0.01wt％～1wt％；

所述溶剂选自水、丙三醇、乙醇、丙酮、N,N二甲基甲酰胺和乙二醇丁醚的一种或多种，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。

优选的，所述碳量子点按照如下方法进行制备：

在惰性气氛条件下，将含碳前驱体与碱性试剂混合进行高温活化反应，得到反应产物；

将所述反应产物分散于去离子水中，依次进行过滤、透析、蒸发和干燥，得到碳量子点。