一种微晶石墨烯导电油墨及制备方法

文档序号:9343427阅读:441来源:国知局
一种微晶石墨烯导电油墨及制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种微晶石墨稀导电油墨及制备方法,属于功能材料领域。
【背景技术】
[0002]导电油墨是一种具有导电能力的特殊油墨,它通常是由导电材料(银、铜、炭黑、石墨等)和分散助剂(有机溶剂)以及黏合助剂(高分子聚合物)组成。导电油墨一般呈现糊状,可以通过印刷、书写、打印等形成具有导电能力的电路,可以作为导线、电阻、电路连接点等在印刷类电子器件中使用。
[0003]目前市面上已经具有可以实用化的导电油墨,但是研究发现,该导电油墨大多采用昂贵的银、铜等贵金属颗粒作为原料,而且需要经过化学合成、修饰以及分离提取等较为复杂的制备工艺。这些缺点阻碍了导电油墨的进一步发展。所以,为了克服原料昂贵以及制备工艺复杂的缺点,必须寻找可以替代贵金属的原料。
[0004]石墨烯是碳原子经Sp2杂化而形成的二维平面结构。由于其二维共轭结构,具有优越的导电性能、导热性能以及稳定性能,是一种应用前景很好的材料。近些年,石墨烯备受人们的关注并得到广泛的研究,基于石墨烯的应用也层出不穷。作为一种具有很强机械性能以及优越导电性能(高导电率)的材料,石墨烯在导电油墨领域上具有很强的应用潜力。
[0005]石墨,可以认为是无数层石墨烯片层堆积所形成的结构,是制备石墨烯的原材料。尽管,目前有科学研究者利用石墨作为导电材料,直接利用到导电油墨领域,但是其分散性以及导电性却是一直需要解决的问题。虽然,也有研究者利用石墨烯作为导电材料制备导电油墨,但是对于石墨烯的高效制备也是所面临的难题。
[0006]微晶石墨,作为一种隐晶质石墨,具有类似石墨的结构与性质,亦可以作为制备石墨烯的原料。而且,经地质部门多次勘探发现中国储有微晶石墨20亿吨,世界储量第一,因此,以微晶石墨作为原料制备石墨烯具有无法媲美的优势。但是,目前对微晶石墨在石墨烯领域的研究很少。
[0007]目前,利用石墨制备石墨烯的方法主要分为两类,第一类,化学剥离法,通过化学反应将石墨层间距打开,达到制备石墨烯的目的,但该方法容易造成石墨烯表面缺陷,从而使石墨烯本身导电性以及机械性能降低;第二类,机械剥离法,则通过外界的作用,直接从石墨上剥离得到石墨烯片层。对于机械剥离法,目前可以分为四种,包括:超声波辅助剥离,高温高压水热剥离,电化学辅助剥离以及球磨辅助剥离法。超声波辅助剥离法尽管操作方便,但存在产率低、能耗大、噪音污染严重等问题,是一种高能耗低回收率的制备方法;高温高压水热剥离法由于在高温高压的条件下制备,存在安全性低,能耗高等缺点;电化学辅助剥离法成本高、规模小、安全性低等劣势阻碍它的推广。对比以上三种方法,利用球磨辅助剥离法具有工艺简单、安全性高以及产率高等优点。

【发明内容】

[0008]针对目前导电油墨原料昂贵,制备工艺复杂的问题,本发明的目的之一在于提供一种微晶石墨烯导电油墨,所述导电油墨以微晶石墨为原料,大大降低了原料成本;具有良好的导电性以及分散性,在传统的印刷打印、柔性器件以及锂电池等方面具有良好的应用。
[0009]本发明目的之二在于提供一种微晶石墨烯导电油墨的制备方法,所述方法工艺简单、产率高、安全性高、绿色环保且易于推广。
[0010]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0011 ] 一种微晶石墨稀导电油墨,以微晶石墨稀导电油墨原料的总体质量为100%计,其各组成成分及质量百分数如下:微晶石墨粉10%?13%,黏合助剂0.5%?2%,分散剂85%?89.
[0012]所述的黏合助剂为纤维素、乙基纤维素、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚吡咯和聚苯胺中的一种以上,用于调节导电油墨的黏度、导电性以及与基底的黏合力。
[0013]所述的分散剂为水、乙醇、乙二醇、丙三醇、松油醇、N,N- 二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种以上,用以调节油墨的干燥速度和石墨烯的分散性。
[0014]一种本发明所述微晶石墨烯导电油墨的制备方法,所述方法步骤包括:
[0015]将微晶石墨粉、黏合助剂以及分散剂加入球磨罐中,再加入直径大小不同的球磨珠,进行球磨,分离球磨珠,得到所述微晶石墨烯导电油墨;其中,球磨珠的质量与微晶石墨烯导电油墨原料的总质量的比为30?60:1 ;球磨机的运行频率为25?45Hz,运行时间为72 ?120ho
[0016]所述球磨珠的质量与微晶石墨烯导电油墨原料的总质量的比优选为50:1。
[0017]优选地,在球磨之前将原料混合置于超声机中超声30min,使其混合均匀,使球磨过程中物料与球磨珠充分接触,保证球磨效果。
[0018]优选地,将得到的微晶石墨烯导电油墨于冰水浴下超声分散I?2h,得到分散性好的微晶石墨烯导电油墨,超声是为了使其内部团聚的颗粒分散,防止制备的微晶石墨烯导电油墨颗粒过大而影响其在印刷、打印等中的使用效果。
[0019]所述粘合助剂为聚偏氟乙烯,分散剂为N-甲基吡咯烷酮时,制备的微晶石墨烯导电油墨可以作为负极材料应用于锂电池领域。
[0020]有益效果
[0021]本发明采用储量丰富、价格便宜的微晶石墨为原料,大大降低了原料成本;利用其所制备的导电油墨颗粒粒径小,为< I μπι ;导电性好,平均方阻< 16Ω/ 口。所制备的微晶石墨烯导电油墨除了不仅可以应用于传统的印刷与打印以及柔性器件,而且可以应用于锂电池领域,作为锂电池的负极材料,具有较高的充放电容量以及良好的循环稳定性。
[0022]本发明所采用的球磨法制备导电油墨,具有工艺简单、操作方便、产率高、耗能低、安全性好、绿色环保、易于推广及适合大规模生产等优点;利用该方法制备的导电油墨成本低、生产效率高、分散性好,能够满足市场对导电油墨的需求。
【附图说明】
[0023]图1为实施例2制备得到的微晶石墨烯导电油墨的低倍扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0024]图2为实施例2制备得到的微晶石墨烯导电油墨的高倍扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0025]图3为实施例4制备得到的微晶石墨烯导电油墨的高倍透射电子显微镜(TEM)图片。
[0026]图4为实施例6制备得到的微晶石墨烯导电油墨的恒流充放电曲线图。
[0027]图5为实施例6制备得到的微晶石墨烯导电油墨的循环性能图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述,但本发明并不限于以下实施例。
[0029]以下实施例中:
[0030]所用的微晶石墨粉均为由南方石墨公司所提供,纯度为88%,颗粒大小为300目,无需采用其他处理,直接使用;
[0031]所用试剂的分子量:
[0032]纤维素:40000;
[0033]丙烯酸树脂:75000 ;
[0034]聚乙烯醇:60000;
[0035]甲基丙烯酸树脂:80000 ;
[0036]聚吡咯:16000;
[0037]聚苯胺:12000;
[0038]乙基纤维素:10000;
[0039]聚偏氟乙烯:300000 ;
[0040]所用球磨罐体积为250mL,大中小球磨珠直径分别为1.5cm、lcm、0.5cm ;
[0041]制得的微晶石墨烯导电油墨进行的表征和测试如下:
[0042](I)扫描电子显微镜测试(JSM-7500F,日本岛津公司):取微晶石墨稀导电油墨5mL,置于真空干燥箱中,80°C干燥12h,将干燥后的粉体粘在导电胶上,然后在扫描电子显微镜中对样品进行测试;
[0043](2)透射电子显微镜测试(7650B Hitachi,日本日立公司):取微晶石墨烯导电油墨I μ L,然后分散在2mL乙醇溶液中,置于超声机中超声20min后,取10 μ L滴加至铜网上,晾干,然后将铜网放置投射电镜样品室进行观测;
[0044](3)四探针方阻测量仪(KDY-1,坤德科技有限公司):取微晶石墨烯导电油墨2mL,置于干净的玻璃板上,将其均匀涂成一张膜,然后置于真空干燥箱中80°C干燥12h,将上述玻璃板置于四探针方阻测量仪测试平台上,将电流调整至0.1mA档,然后将探针接触至导电膜,然后读取电压与电流;随机取薄膜上十个位置,测量方阻,然后取平均值,即可得到所测微晶石墨烯的平均方阻。
[0045]实施例1:
[0046]微晶石墨烯导电油墨的各组成成分质量百分数:微晶石墨粉10%,分散剂89.5%,黏合助剂0.5%。
[0047]取微晶石墨粉5g、乙醇26.5mL、水13.5mL以及纤维素0.25g于烧杯中,超声30min后,将其转移至球磨罐中,加入球磨珠150g,其中大中小球磨珠的质量比为1:1:2。调节球磨机运行功率为35Hz,运行时间为72h,其中每运行30min暂停休息5min,然后进行球磨。球磨完成后,用滤网将球磨珠分离出来,得到微晶石墨烯导电油墨。将得到的微晶石墨烯导电油墨转移至烧杯中,冰水浴下超声分散lh,得到分散性好的微晶石墨烯导电油墨。
[0048]扫描电子显微镜下可看出所制备的微晶石墨烯导电油墨颗粒平均粒径I μπι,利用四探针方阻测量仪测量该微晶石墨烯导电油的方阻平均值为16Ω/ 口。将制备的分散性好的微晶石墨烯导电油墨吸
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1