[發明專利]一種可用作導電墨水的石墨烯分散液及其制備方法以及一種導電墨水

在審

• 申請號: 201810516145.5
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108641488A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 張偉;于鶴龍;井致遠;史佩京;王紅美;魏敏;汪勇;宋占永;張夢清;劉云子;時小軍;許藝
• 申請（專利權）人: 北京睿曼科技有限公司;河北京津冀再制造產業技術研究有限公司;中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/03;C09D11/033
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲;趙青朵

本發明提供了一種可用作導電墨水的石墨烯分散液的制備方法，包括以下步驟：A)將分散劑與松油醇混合攪拌，得到含分散劑的松油醇分散介質；B)向所述含分散劑的松油醇分散介質加入石墨烯粉末，混合均勻，得到石墨烯濃縮液；C)將所述石墨烯濃縮液加入到有機溶劑中，混合均勻，得到混合液；所述混合液的粘度為5～20cP，表面張力為27～30mN/m；D)將所述混合液與助劑混合，得到可用作導電墨水的石墨烯分散液。本發明選用松油醇作為石墨烯濃縮液的初始分散介質，利用石墨烯在松油醇中較好的分散性能以及松油醇作為醇類有機溶劑能與有機溶劑互溶的性質，同時，通過控制石墨烯分散順序，從而提高石墨烯最終在水性溶劑中的分散穩定性。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種可用作導電墨水的石墨烯分散液及其制備方法以及一種導電墨水。

背景技術

印刷電子技術是印刷學和電子學結合的技術，通過采用印刷的工藝制備各類電子元器件。傳統的電子元器件主要采用光刻、腐蝕等制造技術制備硅基微電子。這種工藝雖然具有高精度和高密度的優點，但工藝復雜，制作成本高。區別于傳統電子制造工藝，印刷工藝具有工藝簡單、綠色環保、成本低廉、適應性強等優勢，屬于增材制造技術。

導電油墨是制備印刷電子的原料，其性質決定了制備的產品的性能高低。導電油墨主要由導電填料、溶劑、助劑等組成。其中導電填料是使油墨具有導電性能的關鍵組分。目前，導電填料根據材料構成可分為三類：有機導電高分子、金屬納米粒子和無機碳系材料。其中，碳系材料主要有傳統的石墨和炭黑，以及新興的碳納米管和石墨烯材料。

石墨烯是一種新型的二維碳材料，其本質為單層石墨，碳原子之間以sp2雜化相連，理論厚度僅為0.34nm。石墨烯具有優異的機械性能、電學性能、導熱性能、透光性等，本征強度高達130GPa。載流子遷移率高達15000cm²·V^-1·s^-1，熱導率為5000W·m^-1·K^-1，比表面積的理論值為2630m²/g。另外，石墨烯還具有室溫量子霍爾效應、鐵磁性和激子帶隙等現象，引起了科研人員的廣泛關注和研究，并取得了大量可喜的成果。

目前，直接制備石墨烯液相分散液的方法主要有液相剝離法和氧化還原法兩種。液相剝離法通過大功率超聲等手段從石墨中剝離出石墨烯片，但這種方式的效率低。氧化還原法是利用改進的Hummer’s法利用石墨氧化成氧化石墨，在石墨片邊緣長出氧化官能團增大石墨片層之間的距離，并利用大功率長時間超聲等手段得到氧化石墨烯，再利用水合肼等還原劑進行還原，這種方式下石墨烯中或多或少還是殘存有氧化官能團，影響石墨烯性能。

當前，石墨烯已進入了量產階段，通過向液相分散液中添加石墨烯可直接制備高濃度本征石墨烯。然而，石墨烯在液相中的分散一直是阻礙石墨烯應用的一大難點。由于本征石墨烯中不存在官能團，因此基本不溶于任何溶劑，且由于大的比表面積和納米尺寸，在液相中易團聚而不能穩定存在。含官能團的氧化石墨烯雖具有較好的分散性，但也影響了石墨烯的導電性能等。目前，石墨烯在液相中的分散主要采用的是添加分散劑的方法，其中，用的較多的有十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。另外，石墨烯在松油醇等油性有機溶劑中分散性能較好，而在去離子水、乙醇等水性溶劑中則不易穩定分散。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種可用作導電墨水的石墨烯分散液及其制備方法以及導電墨水，本發明提供的制備方法可以提高石墨烯在水性溶劑中的分散穩定性。

本發明提供了一種可用作導電墨水的石墨烯分散液的制備方法，包括以下步驟：

A)將分散劑與松油醇混合攪拌，得到含分散劑的松油醇分散介質；

B)向所述含分散劑的松油醇分散介質加入石墨烯粉末，混合均勻，得到石墨烯濃縮液；