一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及喷墨打印领域，尤其涉及一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]喷墨打印技术已被应用了很多年，作为平面印刷的主要方式之一，是日常办公不可或缺的一部分.喷墨打印技术能够直接将材料沉积在基板上，并且通过计算机辅助设计，可以方便地实现图案化的制作.目前，用喷墨打印法实现电子器件的制作也是很新颖的课题，喷墨打印法在层层组装工艺方面有很好的应用前景，作为一种制造工艺，喷墨打印技术有以下优势:(I)既可以应用于大型器件的制造也可以用于微型器件的制造；(2)它是一种计算机辅助的印刷工艺，易于图案化.通过计算机辅助设计，能够绘制出各式各样复杂的图案并可直接喷印，不需要丝网印刷中所需的“蒙片(mask)”，因此更加灵活和快捷；(3)喷墨打印技术是增材制造工艺，所喷即所得，和传统的减材制造工艺相比，避免了材料浪费和可能产生的污染，能够显著降低制造成本；(4)喷墨打印技术是非接触式的制造工艺，基底选择较为灵活，平面、曲面、柔性的、刚性的基底都可以根据需要选取，喷墨打印技术已用来制作各类柔薄膜器件，包括金属导线、晶体管、平面显示器、电池等.喷墨打印制造技术的关键不在“机器”，而在“墨水”，为了追求高分辨率，一般打印机的喷头都很小，只有几十微米到几微米，质量不好的墨水很容易发生喷头堵塞的现象，所以喷墨打印制造工艺对墨水的要求极为苛刻，除了分散性和稳定性需要达到要求外，墨水的黏度和表面张力也必须处在喷头适宜喷印的范围之内；
目前制作薄膜的方法包括溅射、蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、涂覆和喷墨打印等方法，其中溅射和蒸镀成本高，丝印厚度和精度不好可控制，旋涂不适于大规模生产，涂覆和喷墨打印可适用于低成本、连续、大面积的规模化工业生产中。与涂覆相比，喷墨打印的厚度和位置控制精确，具有微米级分辨率，可实现全数字图形输出，可通过计算机对加工过程灵活高精度控制；
石墨烯由于具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度、极好的透光性和化学稳定性，是最有希望作为金属化成份应用于印刷电子器件技术中。石墨烯的制备方法有化学气相沉积法，氧化还原法，液相剥离法等，目前已有报道采用喷墨印刷法将还原氧化石墨烯用于有机薄膜晶体管电极、温度和化学传感器等，但由于还原氧化石墨烯并不能完全恢复石墨烯的电子结构，电导率明显下降，而液相剥离法具有低原料成本，可宏量制备，低能耗，纯度高，低缺陷的优点，制备出的石墨烯在电子器件的应用方面具有明显的优势。
【发明内容】
[0003]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的: 一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，包括以下步骤:
(1)喷墨墨水的配制:所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的:
氧化石墨烯100-110、粘度调节剂2-4、FC-4430氟素表面活性剂1_1.2、碳酸二甲酯40-50、无水乙醇100-110、硅烷偶联剂kh560 0.7-1、2-硫醇基苯骈咪唑2_3、十二烷基硫醇3_4、氟硼酸4-5、聚山梨酯80 0.1-0.2,硬脂酸钙2-4、硫酸铝铵0.8-1、钼酸铵0.7_2、N_羟甲基丙烯酰胺0.5-1;
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤:
a:将上述钼酸铵、硬脂酸钙混合，加入到混合料重量5-7倍的去离子水中，搅拌均匀；b:将上述硫酸铝铵加入到其重量16-20倍的去离子水中，升高温度为80-86°C，保温搅拌10-15分钟；
c:将上述氟硼酸加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀；d:将上述氧化石墨烯加入到其重量2-3倍的无水乙醇中，加入2-硫醇基苯骈咪唑，在60-65°C下保温搅拌30-40分钟，过滤出料，晾干，加入到晾干后物料重量18-20倍的去离子水中，加入硅烷偶联剂kh560，磁力搅拌3-4分钟，依次加入上述步骤a、步骤b得到的物料，搅拌均匀，加入步骤c得到的物料，送入聚四氟乙烯高压反应釜内胆中，180-200°C下保温反应10-12小时，出料，离心分离，将下层固形物在70-80°C的真空下干燥1-2小时，得改性石墨稀；
e:将上述十二烷基硫醇加入到上述无水乙醇中，加入N-羟甲基丙烯酰胺、FC-4430氟素表面活性剂、聚山梨酯80，在50-60°C下保温搅拌4-7分钟，得改性分散液；
f:将上述改性石墨烯加入到改性分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入碳酸二甲酯、粘度调节剂，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述墨水；
(2)将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
(3)将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成石墨烯导电薄膜。
[0005]—种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，所述的粘度调节剂是由重量比为3-4:2-3的N-甲基-2-吡咯烷酮、松香混合组成的。
[0006]一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，所述的热处理温度为200_360°C，时间为10-70分钟。
[0007]本发明的优点是:
本发明采用氟硼酸改性处理石墨烯，可最大程度地保持石墨烯的固有电子结构不被破坏，且氟硼酸也具有很好的导电性能，可以很好的提高喷墨墨水的电导率，提高导电薄膜的g&f生會K;
本发明利用喷墨打印技术的打印高精度特点，简单方便地逐点控制膜层的图形和成份，使图形精度较高，边界清晰，分布均匀，无需镀膜和刻蚀等复杂工艺;能够在多种柔性基材上制备出图案复杂的薄膜;周期短，成本低，工艺简单。
【具体实施方式】
[0008]实施例1 一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，包括以下步骤:
(1)喷墨墨水的配制:所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的:
氧化石墨烯110、粘度调节剂2-4、FC-4430氟素表面活性剂1.2、碳酸二甲酯50、无水乙醇110、硅烷偶联剂kh560 0.7、2-硫醇基苯骈咪唑2、十二烷基硫醇3、氟硼酸4、聚山梨酯800.2、硬脂酸钙4、硫酸铝铵0.8、钼酸铵0.7、N-羟甲基丙烯酰胺0.5;
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤:
a:将上述钼酸铵、硬脂酸钙混合，加入到混合料重量5倍的去离子水中，搅拌均匀； b:将上述硫酸铝铵加入到其重量20倍的去离子水中，升高温度为86°C，保温搅拌15分钟；
c:将上述氟硼酸加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀；
d:将上述氧化石墨烯加入到其重量3倍的无水乙醇中，加入2-硫醇基苯骈咪唑，在65°C下保温搅拌40分钟，过滤出料，晾干，加入到晾干后物料重量20倍的去离子水中，加入硅烷偶联剂kh560，磁力搅拌3分钟，依次加入上述步骤a、步骤b得到的物料，搅拌均匀，加入步骤c得到的物料，送入聚四氟乙烯高压反应釜内胆中，200°C下保温反应12小时，出料，离心分离，将下层固形物在80°C的真空下干燥I小时，得改性石墨烯；
e:将上述十二烷基硫醇加入到上述无水乙醇中，加入N-羟甲基丙烯酰胺、FC-4430氟素表面活性剂、聚山梨酯80，在50-60°C下保温搅拌7分钟，得改性分散液；
f:将上述改性石墨烯加入到改性分散液，混合研磨20分钟，送入球磨罐中，加入碳酸二甲酯、粘度调节剂，加入玛瑙球后密封，1200转/分球磨26小时，即得所述墨水；
(2)将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
(3)将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成石墨烯导电薄膜。
[0009]—种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，所述的粘度调节剂是由重量比为3:2的N-甲基-2-吡咯烷酮、松香混合组成的。
[0010]一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，所述的热处理温度为300°C，时间为40分钟。
【主权项】
1.一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)喷墨墨水的配制:所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的: 氧化石墨烯100-110、粘度调节剂2-4、FC-4430氟素表面活性剂1_1.2、碳酸二甲酯40-50、无水乙醇100-110、硅烷偶联剂kh560 0.7-1、2-硫醇基苯骈咪唑2_3、十二烷基硫醇3_4、氟硼酸4-5、聚山梨酯80 0.1-0.2,硬脂酸钙2-4、硫酸铝铵0.8-1、钼酸铵0.7_2、N_羟甲基丙烯酰胺0.5-1; 所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤: a:将上述钼酸铵、硬脂酸钙混合，加入到混合料重量5-7倍的去离子水中，搅拌均匀； b:将上述硫酸铝铵加入到其重量16-20倍的去离子水中，升高温度为80-86°C，保温搅拌10-15分钟； c:将上述氟硼酸加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀； d:将上述氧化石墨烯加入到其重量2-3倍的无水乙醇中，加入2-硫醇基苯骈咪唑，在60-65°C下保温搅拌30-40分钟，过滤出料，晾干，加入到晾干后物料重量18-20倍的去离子水中，加入硅烷偶联剂kh560，磁力搅拌3-4分钟，依次加入上述步骤a、步骤b得到的物料，搅拌均匀，加入步骤c得到的物料，送入聚四氟乙烯高压反应釜内胆中，180-200°C下保温反应10-12小时，出料，离心分离，将下层固形物在70-80°C的真空下干燥1-2小时，得改性石墨稀； e:将上述十二烷基硫醇加入到上述无水乙醇中，加入N-羟甲基丙烯酰胺、FC-4430氟素表面活性剂、聚山梨酯80，在50-60°C下保温搅拌4-7分钟，得改性分散液； f:将上述改性石墨烯加入到改性分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入碳酸二甲酯、粘度调节剂，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述墨水； (2)将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上； (3)将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成石墨烯导电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，其特征在于:所述的粘度调节剂是由重量比为3-4:2-3的N-甲基-2-吡咯烷酮、松香混合组成的。3.根据权利要求1所述的一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，其特征在于:所述的热处理温度为200-360°C，时间为10-70分钟。
【专利摘要】本发明公开了一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法，本发明利用喷墨打印技术的打印高精度特点，简单方便地逐点控制膜层的图形和成份，使图形精度较高，边界清晰，分布均匀，无需镀膜和刻蚀等复杂工艺；能够在多种柔性基材上制备出图案复杂的薄膜；周期短，成本低，工艺简单。
【IPC分类】H01B5/14, H01B13/00, B41J2/01
【公开号】CN105513676
【申请号】CN201510983839
【发明人】廖永红, 宋瑞, 杨铭, 叶宝忠
【申请人】佛山市智巢电子科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月24日