一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水及其制备方法，涉及电子墨水技术。所述的电子墨水主要组份按重量份计分别为：聚吡咯纳米管0.4‑1.2份，碳纳米管0.4‑1.2份，细菌纤维素1.2‑4.8份，表面活性剂0.4‑1.2份，羧甲基纤维素0.2‑0.6份，固色剂0.4‑1.2份，3‑氨基丙基三乙氧基硅烷2‑6份，乙醇10‑20份，去离子水50份，1‑甲基‑2‑吡咯烷酮40份。通过冷冻界面聚合得到聚吡咯的粉末电导率高，可作为电子墨水的纳米材料。聚吡咯经细菌纤维素改性后所得分散液更加均匀，不易沉淀聚集，固色剂、羧甲基纤维素与3‑氨丙基三乙氧基硅烷的加入能提高墨水与基材的结合力。本发明专利技术制作的墨水通过丝网印刷后，可获得具有耐水洗性且电导率较高的涂层，且墨水制备过程条件易控，成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水及其制备方法
本专利技术公开了一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水及其制备方法，涉及电子墨水技术。
技术介绍
随着电子产品制造业的飞速发展，电子墨水作为核心功能材料，是印制电子技术发展的关键。电子墨水可分为有机、无机以及复合材料，无机电子墨水常用导电材料可分为金属和非金两大类，非金属主要以碳材料为主，碳材料的高长径比使其容易堆积造成打印喷头堵塞，金属纳米颗粒型导电墨水存在分散稳定性差的问题，有机系导电墨水较稳定、容易保存，但因为电荷迁移率低，因此复合型导电墨水引起了诸多学者的注意。与传统墨水一样，电子墨水可以在不同基材上进行打印，但更突出的是它可以以电子屏幕为载体，在通电的情况下可以形成导电图像或电子器件的功能性墨水，例如现在正受人追捧的kindle阅读器就是因其电子墨水可在电子屏上呈现出如图纸张般的感觉，但减轻了人眼像看纸质书籍时易疲劳的程度，以达到现代人对电子产品轻薄、便携，舒适的要求。本专利开发的电子墨水成本低廉，过程易控，常温制备，可大规模产业化生产，具有很好的前景以达到适应任意配制的可穿戴柔性电子产品中。中国专利技术专利授权号为CN104059432B，公开日2016.01.06，名称为透明碳纳米管高分子复合导电墨水及其制备方法，提供了一种电子墨水的制备方法，这种电子墨水具有透明的特点，可运用于透明电极材料，但是此专利所用导电高分子聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)价格比较高，不宜大规模生产且耐水洗效果比较差，导电性不够理想。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水及其制备方法，本专利技术制备过程条件易控，成本较低，所得复合电子墨水具有优良的导电性能、耐水洗性能。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现。一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水，所述的电子墨水主要组份按重量份计分别为：聚吡咯纳米管0.4-1.2份。碳纳米管总重量0.4-1.2份。细菌纤维素1.2-4.8份。表面活性剂0.4-1.2份。羧甲基纤维素0.2-0.6份。固色剂0.4-1.2份。3-氨基丙基三乙氧基硅烷2-6份。乙醇10-20份。去离子水50份。1-甲基-2-吡咯烷酮40份。一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水的制备方法按以下步骤进行：a.聚吡咯纳米管的制备将3.27份甲基橙搅拌溶解于1000份去离子水在30℃下搅拌溶解，保持此温度滴入含有135.15-202.73份六水合三氯化铁的1000份去离子水溶液，在20-30min内滴完，产生橙色絮状沉淀，然后在-10℃下冷冻2-4h。将预冷至5℃-10℃含有33.5-67份吡咯单体的1000份环己烷溶液倒入上述容器中，然后在-10～5℃静置24h。将样品解冻后经多次乙醇和去离子水洗，去除残余的甲基橙，然后抽滤得黑色粉末在60℃烘干24h，备用。b.聚吡咯纳米管分散液的制备将1.2-4.8份细菌纤维素利用高速搅拌机搅拌(5000rpm/min)60-120min分散于40份1-甲基-2-吡咯烷酮，然后加入0.4-1.2份聚吡咯纳米管，搅拌60-120min得A液。c.碳纳米管分散液的制备将0.2-0.6份表面活性剂搅拌溶解于40份去离子水，然后加入0.4-1.2份碳纳米管用浴式超声发生器50-100kHz超声分散60-180min，然后搅拌60-120min得B液。d.电子墨水的配制将0.4-1.2份固色剂与2-6份3-氨基丙基三乙氧基硅烷搅拌溶解于10-20份乙醇中得C液。将0.2-0.6份表面活性剂与0.2-0.6份羧甲基纤维素搅拌溶解于10份去离子水中得表面活性剂-羧甲基纤维素混合溶液，然后加入上述b步骤得到的A液与c步骤得到的B液混合后，再将C液加入，搅拌24h得到碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水。所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或木质素磺酸钠中的一种。所述固色剂为溴化十六烷基吡啶或氯化十六烷基吡啶中的一种。由于采用了以上的技术方案，本专利技术采用导电聚合物聚吡咯与碳纳米管混合得复合电子墨水，聚吡咯纳米管通过冷冻界面聚合得来，因反应温度较低，速度缓慢得到的聚吡咯纳米管排列更加规则紧密，所形成的粉末有更好的电导率且具有纳米长度的管状结构，可与碳纳米管一起作为电子墨水的纳米材料。表面活性剂的添加使得聚吡咯纳米管很好的包覆在碳纳米管表面，增强俩种分散液的结合力。羧甲基纤维素在这里既充当粘合剂又作为悬浮稳定剂，使电子墨水不易发生相分离而导致其对基物的附着力不佳的状况。细菌纤维素改性后的聚吡咯纳米管分散液更加均匀、稳定不易有沉淀聚集，使电子墨水长期保持原始状态。3-氨基丙基三乙氧基硅烷可在去离子水和1-甲基-2-吡咯烷酮的界面之间架起“分子桥”，提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用，羧甲基纤维素配合使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷后不仅能提高粘合强度，更主要的是增加电子墨水的耐水性及耐久性。这种复合型导电墨水通过丝网印刷后，可获得具有耐水洗性且电导率较高的涂层，且制备过程简单，条件易控，成本低廉，所得导电墨水颗粒分散均匀，导电能力较好，耐水洗。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水，所述的电子墨水主要组份按重量份计分别为：聚吡咯纳米管0.4-1.2份。碳纳米管总重量0.4-1.2份。细菌纤维素1.2-4.8份。表面活性剂0.4-1.2份。羧甲基纤维素0.2-0.6份。固色剂0.4-1.2份。3-氨基丙基三乙氧基硅烷2-6份。乙醇10-20份。去离子水50份。1-甲基-2-吡咯烷酮40份。一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水的制备方法按以下步骤进行：a.聚吡咯纳米管的制备将3.27份甲基橙搅拌溶解于1000份去离子水在30℃下搅拌溶解，保持此温度滴入含有135.15-202.73份六水合三氯化铁的1000份去离子水溶液，在20-30min内滴完，产生橙色絮状沉淀，然后在-10℃下冷冻2-4h。将预冷至5℃-10℃含有33.5-67份吡咯单体的1000份环己烷溶液倒入上述容器中，然后在-10～5℃静置24h。将样品解冻后经多次乙醇和去离子水洗，去除残余的甲基橙，然后抽滤得黑色粉末在60℃烘干24h，备用。b.聚吡咯纳米管分散液的制备将1.2-4.8份细菌纤维素利用高速搅拌机搅拌(5000rpm/min)60-120min分散于40份1-甲基-2-吡咯烷酮，然后加入0.4-1.2份聚吡咯纳米管，搅拌60-120min得A液。c.碳纳米管分散液的制备将0.2-0.6份表面活性剂搅拌溶解于40份去离子水，然后加入0.4-1.2份碳纳米管用浴式超声发生器50-100kHz超声分散60-180min，然后搅拌60-120min得B液。d.电子墨水的配制将0.4-1.2份固色剂与2-6份3-氨基丙基三乙氧基硅烷搅拌溶解于10-20份乙醇中得C液。将0.2-0.6份表面活性剂与0.2-0.6份羧甲基纤维素搅拌溶解于10份去离子水中得表面活性剂-羧甲基纤维素混合溶液，然后加入上述b步骤得到的A液与c步骤得到的B液混合后，再将C液加入，搅拌24h得到碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水。所述碳纳米管为单壁碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水，其特征在于，所述的电子墨水主要组份按重量份计分别为：聚吡咯纳米管0.4‑1.2份；碳纳米管总重量0.4‑1.2份；细菌纤维素1.2‑4.8份；表面活性剂0.4‑1.2份；羧甲基纤维素0.2‑0.6份；固色剂0.4‑1.2份；3‑氨基丙基三乙氧基硅烷2‑6份；乙醇10‑20份；去离子水50份；1‑甲基‑2‑吡咯烷酮40份。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水，其特征在于，所述的电子墨水主要组份按重量份计分别为：聚吡咯纳米管0.4-1.2份；碳纳米管总重量0.4-1.2份；细菌纤维素1.2-4.8份；表面活性剂0.4-1.2份；羧甲基纤维素0.2-0.6份；固色剂0.4-1.2份；3-氨基丙基三乙氧基硅烷2-6份；乙醇10-20份；去离子水50份；1-甲基-2-吡咯烷酮40份。2.一种碳纳米管/聚吡咯纳米管复合电子墨水的制备方法，其特征在于，制备方法按以下步骤进行：a.聚吡咯纳米管的制备将3.27份甲基橙搅拌溶解于1000份去离子水在30℃下搅拌溶解，保持此温度滴入含有135.15-202.73份六水合三氯化铁的1000份去离子水溶液，在20-30min内滴完，产生橙色絮状沉淀，然后在-10℃下冷冻2-4h。将预冷至5℃-10℃含有33.5-67份吡咯单体的1000份环己烷溶液倒入上述容器中，然后在-10～5℃静置24h。将样品解冻后经多次乙醇和去离子水洗，去除残余的甲基橙，然后抽滤得黑色粉末在60℃烘干24h，备用；b.聚吡咯纳米管分散液的制备将1.2-4.8份细菌纤维素利用高速搅拌机搅拌(5000rpm/min)60-120min分散于40份1-甲基-...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，田佳鑫，杨源，陈泽琦，周广昇，柏自奎，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42