[發(fā)明專利]一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610647727.8
• 申請日: 2016-08-09
• 公開（公告）號: CN106297946B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫寬;陶佳鵬;孫文博;楊力;羅明強
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H01B1/04
• 分類號: H01B1/04;H01B1/12;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機光電子技術(shù)材料領(lǐng)域,一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法。

背景技術(shù)

導(dǎo)電碳漿是以非金屬導(dǎo)體材料的碳系微粒通過有機或無機分散劑均勻地分布于溶劑中而制成的導(dǎo)電油墨。導(dǎo)電碳漿是一種中間產(chǎn)品，在通過刮刀涂抹后經(jīng)過一段時間在一定溫度下固化后，得到導(dǎo)電膜層。

導(dǎo)電碳漿的性能穩(wěn)定，耐腐蝕和氧化，且油墨的附著力強，不易剝離，可與金屬、玻璃布板及VC、PET和PC片材結(jié)合良好。

目前市面上導(dǎo)電漿料很多是金屬漿料(導(dǎo)電銀漿等)，但這種金屬漿料價格高昂，性價比低，且易被氧化導(dǎo)致穩(wěn)定性不佳。相比之下，導(dǎo)電碳漿的價格低廉，資源豐富，符合當(dāng)下環(huán)保科學(xué)的理念；同時碳系微粒在物理和化學(xué)方面都很穩(wěn)定，還能夠能夠吸附或阻隔水氧，對電極乃至器件的穩(wěn)定性方面都有提升作用。

導(dǎo)電碳漿可以廣泛用于太陽能光伏發(fā)電，通信電子，航空航天等電子產(chǎn)品制造，具有極高的商業(yè)價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，制備出的碳電極步驟繁雜、制備溫度高(高于300攝氏度)、所用時間長、制備成本高和導(dǎo)電及機械性能不佳等問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿的制備

1.1)將碳材料與摻雜有絡(luò)合酸的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液混合，得到基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿；

所述絡(luò)合酸的濃度為0.001～0.1mol/L；

所述碳材料與摻雜有絡(luò)合酸的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液的重量體積比(mg︰mL)的范圍為(70～120)︰(1～1.5)；

1.2)將步驟1.1)中得到的基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿進行攪拌，得到樣品導(dǎo)電碳漿；

2)導(dǎo)電碳漿的成膜

用刮刀法將步驟1.2)中得到的導(dǎo)電碳漿均勻刮附在預(yù)處理后的玻璃基片上，得到均勻覆蓋導(dǎo)電碳漿的玻璃基片；

3)碳電極熱處理

將步驟2)中得到的均勻覆蓋導(dǎo)電碳漿的玻璃基片，進行恒溫加熱處理后，自然冷卻至室溫，得到碳電極；

所述恒溫加熱的溫度范圍為40～130℃，加熱時間為1～15min。

進一步，所述步驟1.1)中的碳材料為市售的炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種；所述碳材料的粒徑分別為：炭黑20～40nm、石墨5～15μm、碳納米管8～15nm；

所述步驟1.1)中的絡(luò)合酸選自氯鉑酸(H₂PtCl₆·6H₂O)、氯金酸(HAuCl₄·4H₂O)或氯鈀酸(H₂PdCl₄)中的一種或幾種。

進一步，所述步驟1.2)中的攪拌過程中：攪拌速率范圍為700～1250rpm；攪拌時間范圍為5h～24h。

進一步，所述步驟2)中玻璃基片的預(yù)處理過程為清洗除殘?zhí)幚磉^程，包括以下步驟：將清洗干凈的玻璃基片用高純氮氣吹干后，置于臭氧處理儀中，處理15～60min后取出。

進一步，所述步驟1.2)還包括以下流程：

1.2)將步驟1.1)中得到的基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿進行攪拌，攪拌均勻后加入極性溶劑，再次攪拌后，得到樣品導(dǎo)電碳漿；

所述PEDOT:PSS分散液中加入的極性溶劑的體積百分含量為0～15％。

進一步，所述極性溶劑為乙二醇(EG)、二甲基亞砜(DMSO)或異丙醇(IPA)中的一種或幾種。

進一步，所述碳電極的材料除剛性的玻璃基片外，還包括柔性的塑料透明基片；

所述塑料透明基片為聚對苯二甲酸乙二醇酯基片、聚萘二甲酸乙二醇酯基片或聚酰亞胺基片。

進一步，所述油墨打印制備工藝除所述步驟2)中的刮刀法外，還包括夾縫式擠壓型涂布、噴墨打印和卷對卷印刷工藝；

所述夾縫式擠壓型涂布、噴墨打印或卷對卷印刷工藝，在室溫～200℃的條件下直接制取，無需進行透明電極熱處理步驟。

值得說明的是，本發(fā)明中使用了導(dǎo)電高分子PEDOT:PSS作為分散劑，既實現(xiàn)了碳漿料的穩(wěn)定制備，又提高了其導(dǎo)電性，并且使低溫制備碳電極成為可能。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下效果：