1. 研究目的与意义
以石墨烯、炭黑为导电填料,乙醇、乙二醇、丙三醇、去离子水的混合溶液为溶剂,以羧甲基纤维素钠为连结料,制备炭黑/石墨烯导电油墨,并进行配方设计。
得到了几种效果较好的导电油墨配方,获取了满足导电要求的炭黑/石墨烯导电油墨,用印刷电子油墨取代传统金属导线。
2. 国内外研究现状分析
太原理工大学化学工程与技术学院的科研人员讨论了炭系导电填料的填充量对丙烯酸基水性导电油墨的电阻率及伏安特性的影响情况,研究表明,随着导电填料填充量的增加,涂层电阻率降低;在低填充量时伏安特性曲线为直线,符合欧姆定律,高填充量时非线性度提高;若单纯考虑电性能,以石墨为填料的导电油墨的稳定性比炭黑的要好。在相同填充量的情况下,以炭黑为填料的导电油墨的电阻率比石墨低;对于混合填料填充体系来说,电阻率较单组分导电填料填充体系有大幅降低。
英国剑桥大学研发出一款用于打印的石墨烯材质的电子油墨。因石墨烯只具有原子厚度,且价格低廉,在制作电子油墨方面具有较大的优势。 据英国每日电讯报报道,这种由石墨烯制成的油墨具有柔韧、光学透明性以及导电性等特点。 用石墨烯电子油墨制作的监视器可以方便地嵌入衣物中。此外,这种材料还可以用于机场的行李跟踪等用途。
电子科技大学以石墨烯为导电材料辅助以环氧树脂制备了导电墨水,采用电阻仪,热重分析 、xrd衍射、红外光谱分析、机械性能测试和扫描电镜分析了导电墨水的热稳定性和固化状态,以及固化后线路的导电性能、微观结构,固化状态及力学性能。讨论了导电墨水的电阻率与石墨烯含量之间的关系。湖南大学生物化学传感与计量学国家重点实验室罗胜联教授课题组在石墨烯-金属纳米复合材料研究中,首次提出一步法制备层状结构的石墨烯-金属纳米复合材料,该研究成果2001年4月8日在线发表在国际著名期刊small上,4月11日即受到相关国际媒体的关注,其中chempubsoc europe (欧洲化学出版协会)旗下的chemistryviews以one step to graphenecomposites为题对该工作进行了介绍。报道称目前报道的石墨烯-金属纳米材料不得不通过化学或热还原氧化石墨烯和金属先驱物的混合物来制备,这些方法涉及高毒性化学试剂、高温和多步反应。
3. 研究的基本内容与计划
(1)氧化石墨烯的制备
(2)氧化石墨烯的还原:将氧化石墨烯还原成石墨烯
(3)炭黑/石墨烯导电油墨的配制
4. 研究创新点
(1)石墨烯的导电性极强,石墨烯是世界上导电性最好的材料,电子在其中的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
(2)石墨(由石墨烯一层一层摞起来的)是矿物质中最软的,但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后,性能则发生突变,其硬度金刚石还高,却又拥有很好的韧性,且可以弯曲。
(3)石墨烯油墨是一类由功能化石墨烯、连接料、助剂和溶剂等组成的具有导电等特殊功能的油墨产品,具有导电性能优异、图案质量轻、印刷适性好、固化条件温和成本低廉等优势,可在塑料膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷。
