本发明专利技术公开了属于电子印刷材料技术领域的一种石墨烯基水性墨水及其喷墨打印图案化透明导电电极的应用。所述的石墨烯基水性墨水由墨水活性组分和溶剂组成；所述墨水活性组分为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯与银纳米颗粒的复合物或氧化石墨烯与银纳米颗粒的复合物，墨水活性组分的质量分数为0.1％-20％；所述溶剂为水或添加有机溶剂的水溶液。与现有技术相比，本发明专利技术所述的石墨烯基水性墨水具有绿色环保、制备过程简单、后处理温度低的特点，并且可以获得具有较好的导电性的高透明电极，可应用在电子印刷材料技术领域。此外，其制备方法具有较高的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了属于电子印刷材料
的一种石墨烯基水性墨水及其喷墨打印图案化透明导电电极的应用。所述的石墨烯基水性墨水由墨水活性组分和溶剂组成；所述墨水活性组分为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯与银纳米颗粒的复合物或氧化石墨烯与银纳米颗粒的复合物，墨水活性组分的质量分数为0.1％-20％；所述溶剂为水或添加有机溶剂的水溶液。与现有技术相比，本专利技术所述的石墨烯基水性墨水具有绿色环保、制备过程简单、后处理温度低的特点，并且可以获得具有较好的导电性的高透明电极，可应用在电子印刷材料
。此外，其制备方法具有较高的实际应用价值。【专利说明】—种石墨烯基水性墨水及其喷墨打印透明的图案化导电电极的应用
本专利技术属于电子印刷材料
，具体来说，涉及一种石墨烯基水性墨水及其喷墨打印图案化透明导电电极的应用。
技术介绍
喷墨印刷技术具有数字化、增材制造、减少材料浪费和与不同基材的相容性等优点，其发展推动了新型墨水材料的开发和应用。很多器件的重要活性成分都可被喷墨印刷，包括导电电极、晶体管，太阳能电池，发光二极管、电池和传感器等。然而，具有高透明性、低电阻率的图案化电极开发仍然是一个重要的挑战，尤其是在发展高度集成的系统领域方面。虽然在制作电极方面，已有不同金属材料被制备成溶液，但是由它们往往在环境友好的溶剂(如在去离子水中)中无法稳定分散，需要大量有机添加剂。而这些添加剂通常需要几年得时间进行降解，还需要高的退火温度，及高价的原材料和低的电极导电率，限制了它们的进一步应用。 石墨烯是金属材料在透明电子器件应用的最佳替代材料之一，其具有高导电性，化学稳定性，及单层仅吸收2.3%的可见光。目前，已有不同的方法应用于石墨烯的生产。这些方法包括机械剥离法、化学气相沉积、热处理碳化硅法和液相剥离法。其中，液相剥离法具有原料廉价、可大批量生产，处理温度较低等显著优点，是生产印刷墨水的理想方法。 然而，由于石墨烯的直径需要控制在适当的范围内，通常需小于1/20的打印喷嘴直径，所得到的喷墨图案的导电性能就有待提高。最近，有研究人员将石墨烯和金属材料相结合以提高材料的电导率，然而，目前采用金属和石墨烯复合物直接进行喷墨打印及研究金属纳米结构对石墨烯基透明电极的影响还未见报道。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种绿色环保、制备简单、后处理温度低、导电性高的石墨烯基水性墨水及其喷墨打印图案化透明导电电极的应用。 本专利技术所述的石墨烯基水性墨水由墨水活性组分和溶剂组成；所述墨水活性组分为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯与银纳米颗粒的复合物或氧化石墨烯与银纳米颗粒的复合物，墨水活性组分的质量分数为0.1% -20%。 所述银纳米颗粒与石墨烯或氧化石墨烯的质量比< 100。 所述的石墨稀和氧化石墨稀的直径小于2 μ m。 所述石墨烯或氧化石墨烯为液相剥离法制得。 所述溶剂为水或添加有机溶剂的水溶液，所述有机溶剂选自乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种或两种，添加的有机溶剂与水的体积比^ I。 所述银纳米颗粒的粒径小于lOOnm，且具有单分散性，所述的银纳米颗粒的形貌为多面体状、片状、棒状、针状或球状。 所述的银纳米颗粒的制备方法为:1)将体积比为0.5-10的l_20wt%的羧化物溶液和l_20wt%的硝酸银溶液，加入到体积为硝酸银溶液10-100倍的水中，室温下搅拌至颜色从白色到无色，得到混合溶液A ;2)将体积比为1-100的0.01-lmmol/L的抗坏血酸溶液和0.5-50 μ mo I/L的碘化钾溶液，加入到体积为抗坏血酸溶液100-1000倍的60_100°C的水中，搅拌均匀，得到混合溶液B ；3)加热使混合溶液B沸腾后，将混合溶液A注入到混合溶液B中，混合溶液A与混合溶液B的体积比为1:1-1:100，均匀搅拌，使黄色反应溶液在100°C保持反应5min-3h后，得到粗品，经水和无水乙醇洗涤后，采用离心和真空旋转蒸发收集，得到单分散性多面体状银纳米颗粒。 所述银纳米颗粒的制备方法为:1)将体积比为0.5-10的0.001-lmol/L的羧化物溶液和0.001-lmol/L的硝酸银溶液，加入到体积为硝酸银溶液100-10000倍的水中，大力搅拌并加入体积为硝酸银溶液0.5-10倍的5-35wt%的过氧化氢溶液，再注入体积为硝酸银溶液1-20倍的0.01-lmol/L的硼氢化钠溶液，5min_6h后离心分离，用水和乙醇洗涤，得到前驱物；2)将前驱物分散在水中得到前驱物分散液，前驱物的质量分数为0.1-1Owt %,然后在其中加入分子量为3000-12000的聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸，使聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为l_5wt%，抗坏血酸的浓度为0.l_2mol/L，最后再加入体积为前驱物分散液0.01-0.2倍的1-lOOOmmol/L的硝酸银溶液，慢慢搅拌；3)向步骤2)的混合溶液中加入体积为前驱物分散液0.005-0.1倍的l-1000mmol/L的羧化物溶液，再缓慢加入体积为前驱物分散液0.1-500倍的Ι-lOOOmmol/L的羧化物溶液和1-lOOOmmol/L的硝酸银溶液的混合液，混合液中羧化物溶液和硝酸银溶液的体积比为0.5-10，继续反应0-4个小时，反应产物经水、无水乙醇、丙酮洗涤后，采用离心和真空旋转蒸发，得到单分散性片状银纳米颗粒。 所述羧化物为丙二酸、琥珀酸、柠檬酸、酒石酸、柠檬酸钠、异柠檬酸中的一种。 上述的石墨烯基水性墨水的制备方法为:将石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯与银纳米颗粒、或者氧化石墨烯与银纳米颗粒分散在溶剂中，超声5min-7h，然后用滤膜孔径为0.5-2 μ m的过滤器将杂质滤除。 采用上述的石墨烯基水性墨水喷墨打印透明的图案化导电电极的应用。 所述的喷墨打印透明的图案化导电电极的方法为:将石墨烯基水性墨水注入墨盒，利用打印机对打印基底进行打印，打印温度控制在0-60°C ;将喷墨打印后的打印基底，放入装有还原性物质的真空干燥器中，抽真空至真空表压读数< -0.1兆帕，然后加热到70-150 0C，经过0.5-24h，取出，得到透明的图案化导电电极。 所述打印基底的材质为玻璃、氧化铟锡、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚碳酸树脂、聚氨基甲酸乙酯中的一种。 所述还原性物质为肼、水合肼、氨水、氢碘酸、氢溴酸中的一种或两种。 由于分散性等问题，直接通过喷墨印刷金属和石墨烯基复合墨水，获得透明导电图案仍然是一个挑战。本专利技术提出了一种可实现喷墨印刷高导电性和透明性的石墨烯基图案的方法。首先本专利技术采用液相剥离法获得的石墨烯或氧化石墨烯，由于其表面具有大量的官能团，一方面有利于纳米粒子在其表面的组装，另一方面有利于其在溶剂中的分散，而且液相剥离法可以批量获得石墨烯或氧化石墨烯产品。本专利技术使用的墨水溶剂是环境友好的水溶液，单分散的银纳米颗粒自组装在氧化石墨烯或石墨烯上，通过Marangoni流动抑制了其中的咖啡环效应，还原后，有效的提高了图形的导电性，同前人的相关报道相比，石墨烯基图案显本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯基水性墨水，其特征在于，所述墨水由墨水活性组分和溶剂组成；所述墨水活性组分为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯与银纳米颗粒的复合物或氧化石墨烯与银纳米颗粒的复合物，墨水活性组分的质量分数为0.1％‑20％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李立宏，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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