[發明專利]一種基于金屬納米線和氧化石墨烯的導電墨水的制備方法及用途

有效

• 申請號: 201710110285.8
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106867315B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 梁嘉杰;劉水任;史鑫磊
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/16;C09D11/18;C09D11/38;C09D11/03;H05K1/09
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 劉書元

本發明提供一種基于金屬納米線和氧化石墨烯的導電墨水的制備方法及用途，利用氧化石墨烯同時作為分散劑、增稠劑和穩定劑，把金屬納米線，氧化石墨烯，去離子水，醇類溶劑，分散劑，表面活性劑，流平劑和消泡劑等按一定質量分數均勻混合，得到導電墨水產品。所得墨水可直接書寫或印刷在各種基底材料上，構建具有高導電性，穩定性，柔性，以及強粘附性的導電線路；所構建的導電線路，經過室溫下干燥3?10分鐘，即可達到很高的導電率；進一步通過選取50?200℃的燒結溫度，或者室溫下的化學還原，或者利用氙氣閃光燈燒結等方法處理對氧化石墨烯進行還原和對金屬納米線進行燒結，可進一步提高導電線路的電導率。

技術領域

本發明屬于納米材料，導電墨水以及印刷電子產品技術領域，具體涉及一種可直接書寫和打印印刷的基于金屬納米線和氧化石墨烯的水性導電墨水的制備方法以及基于此墨水的導電線路的構建方法；主要應用于柔性、可折疊電子線路及器件的構建，電路的引線以及修復電路等。

背景技術

近年來，電子產品越來越向著小型化，柔性化，可穿戴的發向發展。新型電子器件輕質、集成化等特點也對器件的制備工藝提出了更高的要求：低成本，環保無污染，可循環利用，制備簡單，生產周期短，可大規模生產等。光刻是傳統柔性微電子產品中制備導電圖案最常用的方法，但是這種方法過程較為繁瑣，耗時，成本高，而且對環境有一定的污染。新型的電子印刷技術包括絲網印刷、凹版印刷、噴墨印刷等工藝簡單、周期短，為柔性器件中導電圖案大規模制備提供了可能性。除了上述常規的電路印刷方法，將導電墨水通過筆直接書寫在基底上進行快速的電路制備，更是一種簡單快捷的電路制備方法。

印刷和直寫制備電路工藝的核心是適合的導電墨水的制備。目前，導電墨水中的導電成分大多數為金屬納米顆粒或者微米片，例如，中國專利文獻CN101710497 B公開了一種分散于纖維素中的納米銀導電漿料，將其通過印刷等方式涂布得到的導電圖案，250℃燒結處理后電阻率在10^-5Ω·cm數量級，但是其墨水中銀固含量較高，為10％-70％，并且所需燒結溫度高；中國專利文獻CN104817891 A公開了一種可直寫的導電墨水的制備方法，將表面包覆有陰離子表面活性劑的銀納米顆粒分散于乙基纖維素等添加劑中得到導電墨水，其銀納米顆粒固含量在5％-60％，燒結溫度較低，但是需要較長的燒結時間，而且其書寫的導電線路烘干后導電性不理想，1cm電阻值在數百歐姆級別。這類金屬納米顆粒和微米片墨水往往需要超過50％的金屬固含量才能得到理想的電導率，后期需要很高的燒結溫度，而且在彎折時易發生導電層斷裂，很難實現可穿戴柔性電路對可折疊、彎曲等的要求。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用氧化石墨烯同時作為分散劑、增稠劑、穩定劑、抗氧化劑以及機械性能增強劑等，利用金屬納米線作為導電添加劑，低金屬固含量、免燒結、環保無污染的可直接書寫和打印的水性導電墨水的制備方法。通過絲網印刷，狹縫式擠壓型涂布，凹版印刷或柔性版印刷等涂布印刷方式或者將墨水灌于筆芯后利用筆直接書寫，可在玻璃，紙張，二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚酰亞胺(PI)，聚碳酸酯(PET)等基底上制備線路或者導電圖案。該線路或圖案只需在室溫下晾干數分鐘即可得到優良的導電性(10⁴S/cm數量級以上)。在柔性基底上書寫或打印的導電圖案晾干后顯示出了很好的耐彎曲、折疊等機械形變的性能。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種可直接書寫或打印的基于金屬納米線和氧化石墨烯的導電墨水，其特征在于：導電墨水的組分及質量百分比：

i.金屬納米線，1.0-15.0％；

ii.單層或寡層氧化石墨烯，0.2-2％；

iii.助分散劑，0-5％；

iv.增稠劑，0-5％；

v.表面活性劑，0.05-2％；

vi.消泡劑，0.05-2％；