纳米氧化锌基3d打印用光电材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种纳米氧化锌基3D打印用光电材料及其制备方法。具体步骤为为将双酚A型环氧树脂与乙醇混合，加入氨三乙酸钠，室温搅拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌，然后加入平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热搅拌，冷却得纳米氧化锌基3D打印用光电材料。其中纳米氧化锌粉含量为30~45%，双酚A型环氧树脂含量10~20%，氨三乙酸钠含量为10~20%，3-氨丙基三甲氧基硅烷含量为10~20%，聚乙烯吡咯烷酮含量为5~15%，乙醇含量为10~20%。本发明制备的光电材料可在10~30℃的温度范围内进行3D打印且打印成型后的纳米氧化锌基光电材料的稳定性好，载流子迁移率高。
【专利说明】纳米氧化锌基3D打印用光电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电材料【技术领域】，涉及一种纳米氧化锌基3D打印用光电材料及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米ZnO与块材相比具有更为优异的特性。随着粒径的减小，表面原子数迅速增 力口，纳米粒子的表面积、表面能都迅速增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空 键，具有不饱和性质，易与其他原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。伴随表面 能的增加，其颗粒的表面原子数增多，表面原子数与颗粒的总原子数的比值增大，于是便产 生了 "表面效应"，使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇 特的性能。纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件 将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很 大的变化，这就是纳米粒子的体积效应，这种体积效应为实际应用开拓了广阔的新领域。 ZnO具有优异的光电性能，在适当的掺杂下，表现出很好的低阻特征。这一性能使得ZnO 成为一种重要的电极材料，如太阳能电池的电极、液晶元件电极等。
[0003] 随着快速成形（Rapid Prototyping, RP)技术的发展，人们对原型件制造的成本、 速度和操作的易用性、可靠性都提出了更高的要求。当前商品化的高端RP系统价格昂贵、 运行成本高、对环境要求较高、且需专门人员操作和日常维护。因此，基于喷射技术的三维 打印成形（Three Dimensional Printing, 3DP)技术由于其设备和材料便宜、运行成本低、 操作简单、成形无污染、适合办公室环境，且打印速度快，可制作精细、复杂的零件，已成为 近年来RP行业研究和应用的热点。
[0004] 当前能用于3D打印的光电材料非常罕见，而光电子器件的应用已十分广泛，纳米 氧化锌基3D打印用光电材料将显著扩展3D打印技术的应用范围。
【发明内容】
[0005] 本发明属于光电材料【技术领域】，涉及一种纳米氧化锌基3D打印用光电材料及其 制备方法。该光电材料制备方法的特征为将双酚A型环氧树脂与乙醇混合，加入氨三乙酸 钠，室温搅拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌，然后 加入平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热搅拌，冷却得纳米氧化锌基3D打印用光电材料。 本发明制备的光电材料应用领域广泛，包括气敏传感器、纳米激光器、场效应三极管、紫外 敏感气体传感器、纳米谐振器、转换器、驱动器、纳米悬臂及场发射器件等。
[0006] 本发明提出的纳米氧化锌基3D打印用光电材料： 由下列重量比的原料组成： 纳米氧化锌 3(Γ45%， 双酚Α型环氧树脂 ΚΓ20%， 氨三乙酸钠 ΚΓ20%， 3_氣丙基二甲氧基娃烧 10 20%, 聚乙烯吡咯烷酮 5?15%， 乙醇 10?20%。
[0007] 所述的纳米氧化锌基3D打印用光电材料，制备方法包括以下步骤： 1) 将重均分子量为广3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将双酚A型环氧树脂与乙醇混合，加入氨三乙酸钠，室温搅拌15分 钟，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加入 平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至7(T80°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化锌 基3D打印用光电材料。
[0008] 将该材料在1(T3(TC进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度及载流子迁 移率。
[0009] 本发明制备的光电材料可制成薄膜，用于平面显示器、紫外光二极管及激光器，还 可在大容量、高速率光纤通信的光纤相位调制、反雷达动态测频、电子侦听、卫星移动通 信、并行光信息处理等民用及军事领域得到广泛的应用。
[0010] 有益效果 与现有技术相比，本发明的优点在于： (1)将纳米氧化锌分散在具有一定粘度的胶体溶液中，氧化锌分布均匀，比表面积高。 (2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不会堵塞3D打印机喷头，适用于 现有的多数3D打印机。
[0011] (3 )制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。
[0012] (4)打印成型后的光电材料的载流子迁移率高，达到18cm2 F1 ?Γ1。
【具体实施方式】
[0013] 下面通过实施例进一步描述本发明 实施例1 将15g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的颗粒；在氮气氛围 下，将10g双酚A型环氧树脂与10g乙醇混合，加入10g氨三乙酸钠，室温搅拌15分钟，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、15g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加 入45g平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至70°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化 锌基3D打印用光电材料。将该材料在10°C进行3D打印，成型后材料的密度为3. 14g/cm3， 拉伸强度为106. 7MPa，载流子迁移率为18. 0cm2 V_1 s_1。
[0014] 实施例2 将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围 下，将20g双酚Α型环氧树脂与20g乙醇混合，加入15g氨三乙酸钠，室温搅拌15分钟，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加 入30g平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至80°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化 锌基3D打印用光电材料。将该材料在30°C进行3D打印，成型后材料的密度为2. 83g/cm3， 拉伸强度为111. 2MPa，载流子迁移率为3. 4cm2 V_1 ?Γ1。
[0015] 实施例3 将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围 下，将10g双酚Α型环氧树脂与10g乙醇混合，加入20g氨三乙酸钠，室温搅拌15分钟，再 依次加入20g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加 入35g平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至75°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化 锌基3D打印用光电材料。将该材料在20°C进行3D打印，成型后材料的密度为3. 05g/cm3， 拉伸强度为l〇1.5MPa，载流子迁移率为8.6cm2 V_1 s_1。
[0016] 实施例4 将l〇g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围 下，将15g双酚Α型环氧树脂与15g乙醇混合，加入15g氨三乙酸钠，室温搅拌15分钟，再 依次加入15g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、10g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加 入30g平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至80°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化 锌基3D打印用光电材料。将该材料在25°C进行3D打印，成型后材料的密度为2. 92g/cm3， 拉伸强度为107. IMPa，载流子迁移率为6. 9cm2 V_1 s_1。
[0017] 实施例5 将l〇g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围 下，将10g双酚Α型环氧树脂与20g乙醇混合，加入10g氨三乙酸钠，室温搅拌15分钟，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、10g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加 入40g平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至80°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化 锌基3D打印用光电材料。将该材料在15°C进行3D打印，成型后材料的密度为3. 09g/cm3， 拉伸强度为97. IMPa，载流子迁移率为11. 7cm2 V_1 ?Γ1。
【权利要求】
1. 一种纳米氧化锌基3D打印用光电材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成： 纳米氧化锌 3(Γ45%， 双酚Α型环氧树脂 ΚΓ20%， 氨三乙酸钠 ΚΓ20%， 3_氣丙基二甲氧基娃烧 10 20%, 聚乙烯吡咯烷酮 5?15%， 乙醇 10?20%。
2. 权利要求1所述纳米氧化锌基3D打印用光电材料，其制备方法包括以下步骤： 1) 将重均分子量为广3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将双酚A型环氧树脂与乙醇混合，加入氨三乙酸钠，室温搅拌15分 钟，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌45分钟，然后加入 平均粒径为40纳米的氧化锌粉，加热至7(T80°C，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化锌 基3D打印用光电材料。
【文档编号】C08L63/00GK104194267SQ201410424220
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】蓝碧健 申请人:太仓碧奇新材料研发有限公司