一种薄片树叶状结构纳米Cu的制备及其应用的制作方法

本发明属于纳米材料制备及应用领域，具体涉及溶液法直接制备一种纳米Cu薄片树叶状结构，为纳米铜材料化应用提供技术支持。

背景技术：

随着3D打印、人工智能、光电等技术及应用市场的发展，仅2017年导电打印墨水市场需求将超过1900吨。当前，导电打印墨水主要为银纳米、石墨烯、铜纳米线打印墨水等，如CN107135602A、CN106519804A和CN106700735A。银纳米线因其原材料高昂的价格、合成银纳米线以及高浓度的石墨烯导电墨水所需的实验条件苛刻。而铜相比银，价格相对低廉，且其也有优良的导电性能，可以作为电极材料很好的替代者。

当前，溶液法实验要求简单、相对高效而备受青睐，尤其在导电打印墨水方面，通过3D打印可以制备各种形状及性能材料，诸如柔性电极，主要有银纳米线薄片电极和铜纳米线薄片电极,而铜纳米线因太短(铜纳米线长度约10μm)、太粗(直径约90nm)和铜纳米线的团聚等原因造成铜纳米薄片导电性不如银纳米性薄片。因为这种细长结构特征，纳米线之间接触面积很小，导致其打印的纳米薄片电极导电阻值较大。故寻找一种结构，既可以降低导电阻值，也可以节约材料降低成本，如薄片状结构，且薄片之间重叠具有很好的选择性。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种薄片树叶状结构纳米Cu的制备方法,以期该铜纳米薄片之间有径向重叠趋势，形成一串串树叶状，利用其具有良好的水溶性制备出高浓度的导电墨水，从而达到提高打印成的Cu纳米薄片电极材料导电能力的目的。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

以硫酸铜为主要原料，添加适量的催化剂、还原剂和保护剂，在40～50℃下磁力搅拌20～40min，悬浮液离心分离并用去离子水洗涤3～5次，室温下风干，获得理想的纳米Cu薄片树叶状结构。

所述催化剂为氢氧化钾，用量为铜源量的10～20mol％。

所述还原剂为水合肼，用量为铜源量的110～130mol％。

所述保护剂为PVP(分子量为5000)，用量为铜源量的0.5～1mol％。

反应结束后，产物通过离心分离，离心转速宜为5000～6000rpm。

洗涤剂选用去离子水和无水乙醇中的一种或两种，对固体产物洗涤3～5次，去除产物中没有反应的残余物等，风干备用。

上述方法制备的薄片树叶状结构纳米Cu可以在制备高浓度导电墨水中加以应用。

上述高浓度导电墨水的组成为：45wt％薄片树叶状结构纳米Cu，45wt％二丙二醇甲醚，10wt％润湿分散剂。

上述高浓度导电墨水的制备：45wt％纳米铜粒子、45wt％二丙二醇甲醚和10wt％润湿分散剂Disperbyk 180研磨搅拌混合30min，再用二丙二醇甲醚去除多余的润湿分散剂，离心分离得高浓度纳米铜薄片树叶状结构导电墨水。

利用高浓度纳米铜薄片树叶状结构导电墨水与市售铜微米粉导电墨水，分别通过丝网印刷打印在PET底物上获得相同面积Cu纳米和微米薄片电极，并测定其电阻。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、制备一种纳米Cu薄片树叶状结构粉，与现有铜纳米线和石墨烯导电墨水先比，具有更好的水溶性，可以制备高浓度纳米Cu薄片树叶状导电墨水；

2、使用本研究制备高浓度Cu纳米薄片墨水，打印出的铜纳米电极与银纳米线电极、石墨烯电极、铜纳米线电极具有更低的阻值；

3、与现有银纳米线导电墨水相比，制备一种纳米Cu薄片树叶状结构粉及导电墨水，原料更便宜、制备方法更简单、更易于稳定操作、产率高、设备要求低、经济成本低、环境友好。

附图说明

图1为本发明实施例7制备的薄片树叶状结构纳米Cu粉体的XRD谱图；

由图可知，其为立方型铜纳米晶体结构。

图2为本发明实施例7制备的薄片树叶状结构纳米Cu粉体的扫描电镜谱图(放大比例150K×)；

由图可见，薄片状的Cu纳米粒子形成三叶状，再沿叶片径向重叠，形成链状树叶串。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

称取20g硫酸铜，在45℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入0.56g KOH、5.39g水合肼和2.5g PVP，在150rpm下磁力搅拌30min，悬浮液5000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例2

称取20g硫酸铜，在45℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入0.84g KOH、5.39g水合肼和2.5g PVP，在150rpm下磁力搅拌30min，悬浮液5000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例3

称取20g硫酸铜，在40℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入1.12g KOH、5.88g水合肼和2.5g PVP，在150rpm下磁力搅拌30min，悬浮液6000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例4

称取20g硫酸铜，在45℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入0.84g KOH、6.37g水合肼和5g PVP，在150rpm下磁力搅拌40min，悬浮液6000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例5

称取20g硫酸铜，在40℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入1.12g KOH、6.37g水合肼和5g PVP，在150rpm下磁力搅拌30min，悬浮液6000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤5次，室温风干。

实施例6

称取20g硫酸铜，在45℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入1g KOH、6g水合肼和3g PVP，在150rpm下磁力搅拌20min，悬浮液5000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例7

称取20g硫酸铜，在45℃温度下充分溶解于100mL去离子水中，再先后加入0.84g KOH、5.88g水合肼和2.5g PVP，在150rpm下磁力搅拌30min，悬浮液5000rpm离心分离，并用去离子水和洗涤3次，室温风干。

实施例8

分别称取实施例7铜纳米粒子和市售微米级铜粉各2.25g，分别加入2.25g二丙二醇甲醚、0.5g润湿分散剂Disperbyk 180，配制铜纳米粒子和铜微米级导电墨水，分别打印40×0.5mm薄片，并分别测定其阻值：25Ω(铜纳米)和14Ω(铜微米)。