石墨烯导电油墨的制备工艺

  导电油墨是一种由导电填料、连接料、溶剂和助剂组成的导电性复合材料。导电填料是核心组分,直接影响油墨的导电性,即石墨烯导电油墨的填料便是石墨烯。

  石墨烯的疏水性会使石墨烯纳米片极易经过强烈的范德华力产生聚会,运用有用的溶剂能够阻挠石墨烯的聚会,从而使之成为安稳的石墨烯涣散液。抱负的溶剂首要有N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基甲酰胺(DMF)。

  Torrisi 等人采用外表能与石墨烯非常接近的NMP作为溶剂,制备了能够安稳涣散的石墨烯油墨。为了战胜NMP 和DMF 有毒的缺点,扩展石墨烯导电油墨的运用规模,Li 等人将用于制备高浓度石墨烯涣散液的溶剂交换法运用到石墨烯油墨的制备工艺中。该法首先在DMF 中剥离涣散石墨片,然后参加松油醇进行置换,因DMF 的沸点低于松油醇,DMF 蒸发后只留下环境友好的松油醇;再参加乙基纤维素(以下简称EC)作为安稳剂,并采用乙醇调整导电油墨的黏度和外表张力以习惯喷墨打印的要求。制备出的石墨烯油墨浓度高、安稳性好,且其流体特征契合喷墨打印技能要求。


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  Secor 等人运用EC 作为连接剂,先在乙醇溶液中液相剥离石墨制备石墨烯,并将质量分数为2.4%的石墨烯/EC参加环己酮和松油醇的混合溶剂(环己酮和松油醇质量比为85∶15)中制成导电油墨,室温下石墨烯/ EC 的絮凝即可去除剩余的EC 和溶剂。

  石墨烯的疏水特性使其在大多数溶剂中溶解度较低,而GO 因其结构边际含有羟基和环氧基团能在水中安稳涣散,能够作为制造导电油墨的前躯体,经印刷后的复原处理即可取得导电性。Dua 等人使用抗坏血酸在含质量分数为1%聚乙二醇的GO 水涣散液中复原GO,在非离子外表活性剂TX-100 的辅佐下涣散在异丙醇溶剂中,制备了可用于喷墨打印的石墨烯油墨。

  Gao认为Secor 的方法冗长且杂乱,经过盐絮凝和在溶剂中再涣散来取得石墨烯/ EC粉末会限制其运用,因而采用超声强化超临界CO2技能制备出PG,并以此作为导电相,别离以环己酮和EC 作为溶剂和安稳剂制备了高浓度和高安稳的导电油墨。

  Lee 等人用N2H4复原GO 纳米片,滴加氨水调理pH 值至10,以十二烷基硫酸钠(SDS)作为外表活性剂,水和二甘醇(体积比9∶1)作为溶剂成功地制备了高度安稳的石墨烯油墨,并喷墨打印在聚酰亚胺薄膜上研讨导电性。400 ℃烧结可有用去除油墨里过量的SDS,烧结后油墨膜的电导率可提高到121.95 S/m。

  采用液相剥离石墨制得的PG 没有结构缺点,导电性能优异。假如剥离溶剂与石墨烯的外表能差异较大,则需增加安稳剂、外表活性剂等,这些助剂能够在印刷后处理(如高温退火)中去除,对油墨的导电性影响较小。石墨烯抱负的剥离溶剂如DMF 和NMP 的黏度较低(<2 cP),这会影响喷墨打印的效果,并且溶剂有毒会使得相应的油墨的运用场合受到限制,因而研讨既能良好涣散石墨烯又对环境友好的溶剂很有必要。

  虽然RGO 的制备工艺已非常成熟,此导电相的导电油墨也已有许多运用,但是这种工艺对石墨的氧化引入了含氧官能团,打破了石墨烯的大π共轭结构,产生缺点,致使导电性下降,需要后续的复原进程康复导电性,而复原进程中RGO 片强烈的π-π堆叠会引起不可逆的聚会;并且因复原剂的挑选和用量的差异或许导致对GO 复原得不完全,从而导致RGO 存在必定的缺点。由此,研讨人员还需集中力量研讨怎么最大极限地康复RGO 的导电性,并解决石墨烯聚会的问题。

  综上所述,关于石墨烯导电油墨的制备工艺研讨首要集中于油墨导电相的制备,而大部分报道对连接料、溶剂等并没有明确说明,这很或许是因为涉及专利、商业机密等问题而不方便提出。由此,研讨人员仍需对连接料、溶剂和助剂的挑选、配比等进行尝试,制造出各种不同的石墨烯导电油墨。