[发明专利]一种高导电石墨烯基导电油墨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高导电石墨烯基导电油墨及其制备方法，在高压反应釜内加入石墨粉，通过超临界二氧化碳和超声波结合的方法制备石墨烯，反应完成后，快速泄压，石墨烯及部分未剥离的石墨粉随二氧化碳泄出进入装有分散介质的石墨烯收集容器，得到石墨烯分散液；将该石墨烯分散液放入离心设备进行高速离心，除去未剥离的石墨粉和大片的石墨烯，得到石墨烯基导电油墨。本发明属物理剥离法，得到的石墨烯不含氧基团，可保留石墨烯的完美特性，尤其是优异的导电性；经重复操作，可实现油墨中石墨烯质量分数的有效控制；所得导电油墨具有导电剂含量低、导电性能高的优点，且具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及导电油墨领域，尤其涉及到一种以物理剥离的石墨烯作为主要导电填料，实现高导电特性的石墨烯基导电油墨及其制备方法。

背景技术

石墨烯基导电油墨是一类由石墨烯、稳定剂、助剂和溶剂等组成的具有导电等特殊功能的油墨，可通过柔性印刷电子技术实现在塑料薄膜(PET、PI、PE、PVC等)、纸张及陶瓷基片等多种基材上的印刷，具有导电性能优异、印刷图案质量轻、印刷适性好以及成本低廉等优势。

目前已经研制的石墨烯基导电油墨主要是采用液相剥离法和还原氧化法制备的石墨烯，并采用柔性印刷电子技术制造了一系列的柔性电子装置。还原氧化法制备的石墨烯由于在氧化还原过程中引入缺陷而使导电性降低，较弱的电子特性限制了这些柔性电子装置的应用。通过液相剥离法配制的石墨烯导电油墨，由于石墨烯浓度低或因耗费时间长而造成印刷效率低，且因残留溶剂很难完全从印刷电子产品中去除，使导电性能不高而使其应用受到限制。因此，亟需发展一种简单的、有效的方法研制石墨烯基导电油墨，且油墨中不含有毒的、高沸点的有机溶剂，浓度高，稳定性好，可通过印刷电子技术制造高导电性的石墨烯电极。

发明内容

本发明为了克服上述石墨烯导电油墨存在的不足，提供了一种高导电石墨烯基导电油墨及其制备方法，通过在超临界二氧化碳体系中采用超声波为辅助剥离方法制备石墨烯，所得石墨烯不含氧基团，将该石墨烯分散于分散介质中并通过高速分离技术得到以石墨烯为导电剂的导电油墨，所得导电油墨具有导电剂含量低、导电性高的优点，并且本发明可以制备质量分数可控的高导电性石墨烯基导电油墨，通用性强，具有广泛的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：一种高导电石墨烯基导电油墨的制备方法，包括如下步骤：

(1)将稳定剂和助剂溶于有机溶剂中作为石墨烯的分散介质；

(2)将石墨粉加入高压不锈钢反应釜内，待反应釜的温度达到预设的温度值后，将二氧化碳通过高压泵泵入反应釜内，使反应釜内压力达到预设压力后，开启超声波发生系统；

(3)控制超声波功率，在预设的反应釜压力、反应釜温度、超声波功率和超声时间下进行反应，达到设定的超声时间后，反应完成，此时，快速泄压，石墨烯及部分未剥离的石墨粉随二氧化碳泄出，进入装有步骤(1)所得分散介质的石墨烯收集容器，二氧化碳气体溢出，石墨烯在分散介质中分散均匀后得到石墨烯分散液；

(4)将步骤(3)所得石墨烯分散液放入离心设备中，通过高速离心除去未剥离的石墨粉和大片的石墨烯，最终得到石墨烯基导电油墨。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现：

前述的高导电石墨烯基导电油墨的制备方法，其中，所述的稳定剂为乙基纤维素、羧甲基纤维素或醋酸纤维素中的一种；所述的助剂为松油醇、乙二醇或二乙二醇中的一种；所述的有机溶剂为乙醇、环己酮和异丙醇中的一种；所述稳定剂、助剂、有机溶剂的质量比为1∶1∶50～100。

前述的高导电石墨烯基导电油墨的制备方法，其中，步骤(2)中反应釜内预设的温度为40～60℃，预设的压力为8～18MPa；

所述的石墨粉采用天然石墨粉或膨胀石墨粉。