一种石墨烯导电油墨的制备方法与流程

本发明是关于利用咪唑型离子液体提高石墨烯导电油墨性能的制备方法，属于复合材料制备的技术领域。

背景技术：

随着信息技术的革新，促进了印刷电子技术的兴起和发展。该技术是新型柔性电子器件的制造技术，也是一种新兴的增材制造技术，在大规模制备低成本、多功能的柔性电子器件方面具有显著优势。正是该领域的发展以及柔性电子器件行业的兴起，作为印刷技术的关键性功能复合材料，导电油墨的研究也进入了新的阶段。用于制备导电油墨的导电填料主要有金属纳米粒子、金属纳米线、导电高分子、碳材料等。其中，石墨烯基导电油墨由于石墨烯自身独特的性能引了学者们广泛关注和研究。

石墨烯作为一种新兴的二维碳纳米材料，由碳原子以sp²杂化轨道组成，具有独特的纳米片层结构。这种独特的结构使其具有众多优异的性能，如极大的比表面积、良好的机械力学性能、光学性能、导热性能、导电性能等。从石墨烯的初次发现掀起科学家对其研究热潮至如今，石墨烯在传感器、晶体管、柔性显示屏、新能源电池、储氢材料、航空航天等领域的发展及产业化应用的难题正在逐步突破。其中，由于石墨烯的低成本、易加工、高电导率和柔韧性等，由其制备的导电油墨对可打印的柔性电子器件的制备及应用具有重要意义，故石墨烯导电油墨的应用有着极其广阔的发展空间。但由于石墨烯片层之间存在着范德华力，这使得石墨烯在基体材料中极容易发生团聚，难以制备石墨烯分散均匀的复合材料。目前在石墨烯的分散性问题上，主要的解决办法有纯石墨烯的液相剥离、石墨烯的氧化还原、表面活性剂的使用等。这些方法的出现对于石墨烯基导电油墨的制备、工业化的发展和应用具有极其重要的意义。

离子液体是指全部由离子组成在室温或室温附近温度下呈液态液体的物质，其一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，常见的阳离子有咪唑盐离子、季铵盐离子、季鏻盐离子和吡咯盐离子等，阴离子则主要以卤素离子和其他无机酸离子等为主。离子液体具有离子传导性、不挥发性、高耐热性、不燃性、良好的稳定性、无污染等众多优势，这加速了离子液体在众多领域的发展和广泛应用。其中，离子液体由于具有许多传统有机溶剂所不具有的优点，可作为绿色溶剂或作为反应催化剂，应用于众多有机及高分子物质的合成反应中，如氢化反应、傅-克反应、diels-alder反应等，有效地避免了传统有机溶剂可能会造成的严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，实现了名副其实的无污染及环境友好，适合于当前所倡导的可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。

咪唑型离子液体由于咪唑型阳离子独特的结构，可以与碳纳米管等产生π-π共轭作用，有助于碳纳米管材料在溶剂及有机基体中的分散。同作为纳米碳材料，由于石墨烯的结构与碳纳米管的结构有一定的相似性，离子液体对石墨烯的分散也可以起到一定作用。同时由于离子液体完全由离子构成，没有电中性的分子，在低粘度的体系中，离子迁移阻力小，具有一定的离子传导性，可以协同提高制备的导电油墨的导电性能。选择环氧树脂作为有机基体，利用环氧树脂较好的粘结强度和耐化学性能等，可以提高导电油墨对基体的粘附性以及涂覆于基体表面后的抗屈挠等性能。故选择制备的石墨烯导电油墨具有实验操作过程简单、性能优良且可调控等优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用离子液体提高石墨烯导电油墨性能的简便制备方法。制备过程中，首先称取一定比例的石墨烯与环氧树脂于烧杯中，加入适量溶剂，搅拌超声共混，加入适量离子液体，继续进行超声处理。将处理好的分散均匀的石墨烯导电油墨中加入适量固化剂聚醚胺。分散均匀后，将制备好的导电油墨涂覆于基材上，或自然干燥，或在烘箱中固化，得到一系列应用于基材上的导电油墨。

本发明提供的离子液体提高石墨烯导电油墨性能的制备工艺过程，具体步骤是：

(1)称取一定质量比例(石墨烯10％-30％)的环氧树脂与石墨烯，加入一定量乙醇作溶剂，配置成分散液，超声处理一段时间；

(2)加入与石墨烯成一定质量比例的离子液体(0.5-2倍)，共同超声处理；

(3)加入与环氧树脂成一定比例的固化剂聚醚胺，搅拌分散，涂覆于各种基体(如普通a4打印纸)上；

(4)自然干燥，得到涂覆于基底上的石墨烯导电油墨涂层。

本发明提供的利用离子液体提高石墨烯导电油墨性能的制备方法的特点是：

利用咪唑型离子液体的咪唑环阳离子与石墨烯片层的π—π共轭作用，可以提高石墨烯在均相溶液中的分散性。不需要对石墨烯进行过多的处理，如氧化还原等处理，对石墨烯二维片状结构也不造成破坏，因而在最大程度上保留石墨烯原有的光学、力学及导电等性能；

离子液体本身安全由离子构成，不含有电中性分子，本身具有一定的离子传导性，故可以和石墨烯协同提高制备的导电油墨的导电性能；

选用乙醇作为导电油墨的溶剂，避免了大量有毒有机溶剂的使用，制备的油墨为水性导电油墨，不会对环境产生危害；

该工艺操作相对简捷，成本低，通过对材料比例的调整，可以实现对导电油墨综合性能的调控。

附图说明

图1：本发明提供的用离子液体提高石墨烯导电油墨性能的工艺流程图。

图2：制备的导电油墨涂覆在a4纸后的导电性能(实施例2)。

图3：制备的导电油墨涂覆在a4纸后的电阻值图表。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

称取0.5g的环氧树脂于小烧杯中，同时加入0.1g的石墨烯粉末，加入30ml的乙醇做溶剂，配置成分散液，搅拌10分钟，超声处理半个小时；向其中滴加0.05g的溴化1-乙烯基-3-甲基咪唑，再次超声处理两小时；加入与环氧树脂成一定比例的聚醚胺(环氧树脂：聚醚胺＝3:1)，适当的搅拌分散，将制备好的石墨烯导电油墨涂覆于普通的a4打印纸上，自然干燥，得到涂覆于a4打印纸的石墨烯导电油墨涂层。

实施例2

称取0.5g的环氧树脂于小烧杯中，同时加入0.1g的石墨烯粉末，加入30ml的乙醇做溶剂，配置成分散液，搅拌10分钟，超声处理半个小时；向其中滴加0.1g的溴化1-乙烯基-3-甲基咪唑，再次超声处理两小时；加入与环氧树脂成一定比例的聚醚胺(环氧树脂：聚醚胺＝3:1)，适当的搅拌分散，将制备好的石墨烯导电油墨涂覆于普通的a4打印纸上，自然干燥，得到涂覆于a4打印纸的石墨烯导电油墨涂层，导电性能有所提升。

实施例3

称取0.5g的环氧树脂于小烧杯中，同时加入0.1g的石墨烯粉末，加入30ml的乙醇做溶剂，配置成分散液，搅拌10分钟，超声处理半个小时；向其中滴加0.2g的溴化1-乙烯基-3-甲基咪唑，再次超声处理两小时；加入与环氧树脂成一定比例的聚醚胺(环氧树脂：聚醚胺＝3:1)，适当的搅拌分散，将制备好的石墨烯导电油墨涂覆于普通的a4打印纸上，自然干燥，得到涂覆于a4打印纸的石墨烯导电油墨涂层。

实施例4

称取0.5g的环氧树脂于小烧杯中，同时加入0.05g的石墨烯粉末，加入30ml的乙醇做溶剂，配置成分散液，搅拌10分钟，超声处理半个小时；向其中滴加0.1g的溴化1-乙烯基-3-甲基咪唑，再次超声处理两小时；加入与环氧树脂成一定比例的聚醚胺(环氧树脂：聚醚胺＝3:1)，适当的搅拌分散，将制备好的石墨烯导电油墨涂覆于普通的a4打印纸上，自然干燥，得到涂覆于a4打印纸的石墨烯导电油墨涂层。