[發明專利]一種水性石墨烯基導電油墨及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202310294190.1
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116396640A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 喻文;高超超;張嘉恒;胡毛乾;吳萬寶;杜銘豪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）;深圳杉海創新技術有限公司
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/03;C09D11/14
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文

本發明涉及復合材料合成技術領域，尤其涉及一種水性石墨烯基導電油墨及其制備方法與應用，水性石墨烯基導電油墨包括石墨烯基復合材料、炭黑、粘結劑和水；石墨烯基復合材料由石墨烯納米片，以及附著在石墨烯納米片上的量子點和金屬納米粒子組成。本發明水性石墨烯基導電油墨的組分中，石墨烯納米片上的量子點可以使得石墨烯基復合材料具有優異水分散性和分散穩定性；其中，石墨烯保持原始石墨烯的結構和導電性，金屬納米粒子在石墨烯上分布均勻、尺寸均一，以金屬納米粒子為導電橋梁連接石墨烯納米片，提升了導電性能。

技術領域

本發明涉及復合材料合成技術領域，尤其涉及一種水性石墨烯基導電油墨及其制備方法與應用。

背景技術

導電油墨在柔性電子設備的制造中發揮著重要作用，目前市售的碳系油墨電阻率普遍偏高。石墨烯具有優異的導電性，其理論電阻率非常低(~10^-6Ω·m)；利用石墨烯制備高性能的網版印刷油墨有望獲得與銀導電油墨相當的導電性、更好的易用性和穩定性，同時降低油墨成本，從而促進柔性印刷電子技術的發展。由于石墨烯的強疏水性，使其難以在大多數溶劑中使用；因此石墨烯及其復合材料的制備和應用通常在各種溶劑中進行，例如離子液體、N-甲基-2-吡咯烷酮、鄰二氯苯、全氟芳烴溶劑和二甲基甲酰胺。然而，這些溶劑昂貴、有毒并且在隨后的應用中難以去除，不滿足實際應用的需求。

氧化石墨烯(GO)由于其成本低且在水中具有良好的分散性，常被用作制造石墨烯基油墨的原料。然而，將預印的GO圖案還原為導電圖案需要高溫或強/有毒的還原劑，而且獲得的還原氧化石墨烯(rGO)圖案導電性仍不夠高，限制了其在實際柔性電子印刷中的應用。原始石墨烯納米片的導電性比rGO高得多。石墨烯的π-π堆積和范德華相互作用導致它們聚集，其實際導電性和電阻率與理論值有很大差距。也有研究人員采用各種表面活性劑和親水聚合物，如聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺乙氧基化，用以提高石墨烯在水性溶劑中的分散性和穩定性。雖然它們顯著提高了石墨烯的分散性，但這些分散劑難以完全去除，導致復合材料的導電率低或污染環境。因此，從經濟和環境的角度來看，開發具有高導電性、低成本的石墨烯基復合墨料至關重要。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種水性石墨烯基導電油墨及其制備方法與應用，旨在解決現有導電油墨水分散性差以及導電性能不夠的問題。

本發明的技術方案如下：

一種水性石墨烯基導電油墨，包括：石墨烯基復合材料、炭黑、粘結劑和水；所述石墨烯基復合材料由石墨烯納米片，以及附著在所述石墨烯納米片上的量子點和金屬納米粒子組成。

所述的水性石墨烯基導電油墨，其中，所述石墨烯納米片由石墨粉剝離得到，所述石墨烯納米片的層數為5-10層；所述粘結劑選自丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素中的一種或多種。

所述的水性石墨烯基導電油墨，其中，所述量子點為碳量子點或石墨烯量子點；所述金屬納米粒子選自銀納米粒子、銅納米粒子、鎳納米粒子、鋅納米粒子中的一種或多種。

所述的水性石墨烯基導電油墨，其中，所述金屬納米粒子的形貌為球形、橢球形、三角形、多邊形中的一種或多種；所述金屬納米粒子的尺寸為3-10nm。

一種水性石墨烯基導電油墨的制備方法，包括步驟：

將石墨粉加入到量子點水溶液中，經攪拌、超聲處理后，得到第一混合液；

向所述第一混合液中加入金屬前驅物，經還原反應后，得到第二混合液；

對所述第二混合液進行離心處理后，取上層清液進行過濾、洗滌，收集得到固體材料；

對所述固體材料進行干燥，得到石墨烯基復合材料；

將炭黑、粘結劑、去離子水和所述石墨烯基復合材料進行混合，得到所述水性石墨烯基導電油墨。