一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸的制作方法

本发明涉及一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸，属于无机纳米材料的制备技术领域。

背景技术：

随着科技的快速发展，柔性电子产品已经越来越广泛的出现在人们的日常生活中。传统的电子器件大部分是由塑料、玻璃等制成，不仅具有易碎、不可再生等缺点，并且对环境存在一定的污染。而柔性电子器件具有柔性、导电性好、成本低廉和可再生等优点，代替了传统的电子器件，广泛的出现在了电子产品、传感器和可穿戴设备中。

纤维素纸因其成本低廉、资源丰富和可生物降解等特点，在柔性电子领域得到了越来越广泛地应用。但是传统的纤维素纸存在湿强度低、不耐高温、易老化等缺点而限制其应用。硫酸纸是由细微的植物纤维经过硫酸的浸泡而制成的，相较于一般的纤维素纸，其质地紧密而坚实、对油脂和水的渗透抵抗力强、湿强度大、耐晒、耐高温、抗老化。所以，用硫酸纸制作而成的导电纸表面生长的金属膜更光滑平整，与纸基的结合力更强，使用寿命更长；并且制备的导电纸具有防水、耐晒、耐高温、抗老化的特点，使其具有在高温、潮湿等特殊环境下使用的潜力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸，具体制备方案如下：

（1）硫酸纸基表面生长聚多巴胺：选用表面平整、质地坚实、机械强度高、耐高温的硫酸纸作为制备导电纸的基底，配制浓度为10mm，ph8.5的tris-hcl缓冲溶液，称取0.1g盐酸多巴胺分散到100ml缓冲溶液中，配制成浓度为1mg/ml的多巴胺水溶液，将裁剪为长2.5cm宽2.5cm规格的硫酸纸浸入其中，室温下静置40-48小时，纸基表面生长上一层黑色的聚多巴胺薄膜，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤，去除未负载于硫酸纸表面的多巴胺；

（2）固定催化剂：将表面生长聚多巴胺的硫酸纸浸入50ml浓度为0.2-0.8mol/l四氯钯酸钠溶液中，室温下静置3-5小时，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤；

（3）纸基上原位生长铜纳米颗粒：将500µl甲醛用二次水稀释至50ml，并配置50ml氢氧化钠、酒石酸钾钠、五水硫酸铜的混合溶液，其中氢氧化钠的浓度为12g/l，酒石酸钾钠的浓度为29g/l，五水硫酸铜的浓度为13g/l；将上述两种溶液混合，把表面固定催化剂的硫酸纸浸入混合溶液中，室温下反应30分钟，反应结束后用二次水充分洗涤，放入60℃的烘箱中烘干，得到表面生长一层铜纳米薄膜的导电复合纸；导电纸的导电性良好，方阻小于0.1ω/sq，并且数值稳定。

本发明的有益效果：

（1）制备方法简单，原材料成本低，对环境绿色友好。

（2）在导电纸的制作过程中，需要经过多道工序的浸泡和冲洗，普通的纤维素纸会出现破损、纤维断裂等问题，而硫酸纸的湿强度高，经过多次冲洗都不会出现纸基损坏的问题。

（3）用硫酸纸制备的纸电极所能承受的应力大于230kpa，远远高于普通的纤维素纸电极。

（4）硫酸纸的厚度比普通纤维素纸薄、表面光滑平整，因此制作出的导电纸柔性更高，表面金属层更均匀平整。

（5）硫酸纸具有耐高温、耐晒、抗老化的特性，因此用硫酸纸制作的导电纸使用寿命长，并且可以在200℃的高温环境下正常使用。

（6）用硫酸纸基制备的导电纸导电能力好、导电稳定性高、镀层金属与纸基的粘合力强，经过多次的折叠和弯曲仍然具有很高的稳定性。

附图说明

图1为制备的铜复合导电纸实物图。

图2为铜纳米颗粒修饰的复合导电纸纤维的扫描电镜图。

图3为复合导电纸基上生长的铜纳米颗粒的扫描电镜图。

具体实施方式

一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸，具体制备方案如下：

（1）硫酸纸基表面生长聚多巴胺：选用表面平整、质地坚实、机械强度高、耐高温的硫酸纸作为制备导电纸的基底，配制浓度为10mm，ph8.5的tris-hcl缓冲溶液，称取0.1g盐酸多巴胺分散到100ml缓冲溶液中，配制成浓度为1mg/ml的多巴胺水溶液，将裁剪为长2.5cm宽2.5cm规格的硫酸纸浸入其中，室温下静置48小时，纸基表面生长上一层黑色的聚多巴胺薄膜，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤，去除未负载于纤维纸表面的多巴胺；

（2）固定催化剂：将表面生长聚多巴胺的硫酸纸浸入50ml浓度为0.4mol/l四氯钯酸钠溶液中，室温下静置5小时，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤；

（3）纸基上原位生长铜纳米颗粒：将500µl甲醛用二次水稀释至50ml，并配置50ml氢氧化钠、酒石酸钾钠、五水硫酸铜的混合溶液，其中氢氧化钠的浓度为12g/l，酒石酸钾钠的浓度为29g/l，五水硫酸铜的浓度为13g/l；将上述两种溶液混合，把表面固定催化剂的硫酸纸浸入混合溶液中，室温下反应30分钟，反应结束后用二次水充分洗涤，放入60℃的烘箱中烘干，得到表面生长一层铜纳米薄膜的导电复合纸；

（4）导电性能测试：用四探针测试仪对制备的导电纸进行方阻测试，结果显示，用硫酸纸作为基底制备的导电纸导电性好，方阻小于0.1ω/sq，并且经过连续二十天的方阻测试，其数值基本稳定，证明制备的复合导电纸导电稳定性好。

技术特征：

1.一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸，具体制备方案如下：

（1）硫酸纸基表面生长聚多巴胺：选用表面平整、质地坚实、机械强度高、耐高温的硫酸纸作为制备导电纸的基底，配制浓度为10mm，ph8.5的tris-hcl缓冲溶液，称取0.1g盐酸多巴胺分散到100ml缓冲溶液中，配制成浓度为1mg/ml的多巴胺水溶液，将裁剪为长2.5cm宽2.5cm规格的硫酸纸浸入其中，室温下静置40-48小时，纸基表面生长上一层黑色的聚多巴胺薄膜，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤，去除未负载于硫酸纸表面的多巴胺；

（2）固定催化剂：将表面生长聚多巴胺的硫酸纸浸入50ml浓度为0.2-0.8mol/l四氯钯酸钠溶液中，室温下静置3-5小时，用二次水对反应后的纸基进行充分洗涤；

（3）纸基上原位生长铜纳米颗粒：将500µl甲醛用二次水稀释至50ml，并配置50ml氢氧化钠、酒石酸钾钠、五水硫酸铜的混合溶液，其中氢氧化钠的浓度为12g/l，酒石酸钾钠的浓度为29g/l，五水硫酸铜的浓度为13g/l；将上述两种溶液混合，把表面固定催化剂的硫酸纸浸入混合溶液中，室温下反应30分钟，反应结束后用二次水充分洗涤，放入60℃的烘箱中烘干，得到表面生长一层铜纳米薄膜的导电复合纸；导电纸的导电性良好，方阻小于0.1ω/sq，并且数值稳定。

技术总结
本发明提供了一种基于多位点催化原位还原技术制备的铜复合导电纸。首先在硫酸纸纸基表面生长一层聚多巴胺形成生物质基底，为催化剂的固定提供了大量着位点；然后，在纸基表面固定催化剂四氯钯酸钠，催化剂可以调节金属晶体的生长速率，从而得到表面平整均匀的金属薄膜；最后，在纸基表面多位点催化原位还原制备金属纳米薄膜。本发明制备的复合导电纸不仅具有良好的柔韧性、高导电性、导电稳定性，并且具有耐高温、抗老化的优点，这种高性能的纸电极在柔性电子领域有较好的应用前景。

技术研发人员：吕雪;张彦;于京华;祝琳
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：2020.08.04
技术公布日：2020.10.27