[發明專利]一種薄片樹葉狀結構納米Cu的制備及其應用

在審

• 申請號: 201711428837.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108127126A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 曹發斌;武軍;朱旭東;申星梅;王平;劉偉明;吳照金;李遼沙;武杏榮
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B82Y40/00;C09D11/52;C09D11/38
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 杜袁成

本發明公開了一種薄片樹葉狀結構納米Cu的制備及其應用，屬于納米材料制備及應用領域。該制備方法是：以硫酸銅為主要原料，添加適量的催化劑、還原劑和保護劑，在40～50℃下磁力攪拌20～40min，懸浮液離心分離并用去離子水洗滌3～5次，室溫下風干，獲得理想的納米Cu薄片樹葉狀結構。該銅納米薄片之間有徑向重疊趨勢，形成一串串樹葉狀，利用其具有良好的水溶性可制備出高濃度的導電墨水，從而達到提高打印成的Cu納米薄片電極材料導電能力的目的。與現有銀納米線導電墨水相比，本發明制備的納米Cu薄片樹葉狀結構粉及導電墨水，原料更便宜、制備方法更簡單、更易于穩定操作、產率高、設備要求低、經濟成本低、環境更友好。

技術領域

本發明屬于納米材料制備及應用領域，具體涉及溶液法直接制備一種納米Cu薄片樹葉狀結構，為納米銅材料化應用提供技術支持。

背景技術

隨著3D打印、人工智能、光電等技術及應用市場的發展，僅2017年導電打印墨水市場需求將超過1900噸。當前，導電打印墨水主要為銀納米、石墨烯、銅納米線打印墨水等，如CN107135602A、CN106519804A和CN106700735A。銀納米線因其原材料高昂的價格、合成銀納米線以及高濃度的石墨烯導電墨水所需的實驗條件苛刻。而銅相比銀，價格相對低廉，且其也有優良的導電性能，可以作為電極材料很好的替代者。

當前，溶液法實驗要求簡單、相對高效而備受青睞，尤其在導電打印墨水方面，通過3D打印可以制備各種形狀及性能材料，諸如柔性電極，主要有銀納米線薄片電極和銅納米線薄片電極,而銅納米線因太短(銅納米線長度約10μm)、太粗(直徑約90nm)和銅納米線的團聚等原因造成銅納米薄片導電性不如銀納米性薄片。因為這種細長結構特征，納米線之間接觸面積很小，導致其打印的納米薄片電極導電阻值較大。故尋找一種結構，既可以降低導電阻值，也可以節約材料降低成本，如薄片狀結構，且薄片之間重疊具有很好的選擇性。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種薄片樹葉狀結構納米Cu的制備方法,以期該銅納米薄片之間有徑向重疊趨勢，形成一串串樹葉狀，利用其具有良好的水溶性制備出高濃度的導電墨水，從而達到提高打印成的Cu納米薄片電極材料導電能力的目的。

本發明是通過以下技術方案予以實現的。

以硫酸銅為主要原料，添加適量的催化劑、還原劑和保護劑，在40～50℃下磁力攪拌20～40min，懸浮液離心分離并用去離子水洗滌3～5次，室溫下風干，獲得理想的納米Cu薄片樹葉狀結構。

所述催化劑為氫氧化鉀，用量為銅源量的10～20mol％。

所述還原劑為水合肼，用量為銅源量的110～130mol％。

所述保護劑為PVP(分子量為5000)，用量為銅源量的0.5～1mol％。

反應結束后，產物通過離心分離，離心轉速宜為5000～6000rpm。

洗滌劑選用去離子水和無水乙醇中的一種或兩種，對固體產物洗滌3～5次，去除產物中沒有反應的殘余物等，風干備用。

上述方法制備的薄片樹葉狀結構納米Cu可以在制備高濃度導電墨水中加以應用。

上述高濃度導電墨水的組成為：45wt％薄片樹葉狀結構納米Cu，45wt％二丙二醇甲醚，10wt％潤濕分散劑。

上述高濃度導電墨水的制備：45wt％納米銅粒子、45wt％二丙二醇甲醚和10wt％潤濕分散劑Disperbyk 180研磨攪拌混合30min，再用二丙二醇甲醚去除多余的潤濕分散劑，離心分離得高濃度納米銅薄片樹葉狀結構導電墨水。

利用高濃度納米銅薄片樹葉狀結構導電墨水與市售銅微米粉導電墨水，分別通過絲網印刷打印在PET底物上獲得相同面積Cu納米和微米薄片電極，并測定其電阻。