炭黑/石墨烯导电油墨的喷墨打印研究开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:1616字

1. 研究目的与意义

传统印刷电路通常采用丝网印刷,印刷过程复杂,且废弃的印刷电路板回收利用困难,随着印刷电子的快速发展,越来越多的科研人员对导电油墨及喷墨印刷投入了极大的关注,其中最关键的就是高性能导电油墨的开发。利用导电油墨实现印刷电路的喷墨打印不仅具有工艺简单、印刷精度高、导电性能良好等优点,而且可以减少印刷电路版制作过程中及废弃后带来的环境污染。石墨烯作为近年来的国际研究热点,具有优良的导电性能、力学性能、抗腐蚀性和抗氧化性。利用石墨烯替代炭黑油墨中的部分炭黑,制备导电性能优良的石墨烯/炭黑导电油墨,实现石墨烯/炭黑导电油墨的喷墨打印。

石墨烯油墨打印出高导电柔性电极,可用于生产低廉、大幅、可折叠精美细致电子设备,具有较高的经济效益和环境效益。。使用含有微小石墨烯薄片油墨,以喷墨打印模式,打印出导电性能提高250倍、折叠时电导率仅有轻微下降的柔性电极,未来有可能生产低廉、大幅、可折叠且精美细致的电子设备。

2. 国内外研究现状分析

喷墨印刷的发展使得印刷电子行业的生产效率更高、规模更大。喷印技术直接将功能材料沉积到基板上形成图案,有望成为高性能柔性电子产品的主流制造工艺之一。Park 通过多羟基化合工艺合成 40~50 nm 铜纳米粒子,并以此为导电填料制备出具有良好分散性、低黏度的铜粒子导电油墨,该导电油墨印刷出的图案呈现金属光泽和形貌。喷墨打印是通过喷头,将细小的墨滴直接喷射到打印基材上,喷墨打印石墨烯在透明电极领域中有极大的应用潜力,能够代替显示和光伏器件中的资源短缺、价格昂贵的氧化铟锡。Kukjoo Kim通过喷墨打印技术成功地将氧化石墨烯还原成石墨烯,所得到的石墨烯薄膜具有良好的导电性和透射率。Xu成功制备出石墨烯/聚苯胺油墨,通过喷墨打印得到石墨烯/聚苯胺电极,最终制备出高电化学性能和循环周期长的电容器。

据物理学家组织网近日报道,美国西北大学材料科学与工程学院研究人员使用含有微小石墨烯薄片油墨,以喷墨打印模式,打印出导电性能提高250倍、折叠时电导率仅有轻微下降的柔性电极,未来有可能生产低廉、大幅、可折叠且精美细致的电子设备。喷墨打印可低成本、大面积地打印出柔性基底,是生产电子元件的一个有吸引力的方法。先前的研究已经喷墨打印出晶体管、太阳能电池、发光二极管、传感器等各种元器件,但打印高导电电极仍然是一个挑战,因为其要求非常精细的分辨率。而新研究转向具有高导电性、化学性稳定的石墨烯,希望石墨烯可作为油墨打印出电极

3. 研究的基本内容与计划

1、研究内容:

实验室制备炭黑/石墨烯导电油墨,并采用喷墨打印方式印制柔性纸基导电线路,即利用爱普生压电式喷墨打印机,以石墨烯/炭黑油墨为喷墨油墨,在高光相纸上喷墨打印导电线路,并选择热烧结工艺对喷墨打印导电线路进行后处理。探讨导电线路的喷墨打印对其导电性能的影响,研究石墨烯/炭黑导电油墨喷墨打印线路的光学形貌、微观形貌、电阻率、均匀性、附着力、耐弯折性、耐弯曲性、耐试剂性等特征。最后以喷墨打印导电线路替代电路中的部分金属电线,组装纸基电路。

2、研究进度安排:

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4. 研究创新点

本实验的创新点在于实现了实验室自制石墨烯导电油墨的喷墨打印,并将其进行烧结处理,研究了打印线路的基本戏能。

研究成果有望于用于制作导电线路、电极、电阻、电容、电感、电池等功能组件。

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