一种含氧化石墨烯的铜导电墨水及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含氧化石墨烯的铜导电墨水及其制备方法和应用，铜导电墨水按重量百分含量，包括如下的组分：0.5‑90%的氧化石墨烯、0.5‑90%的铜粉、1‑50%的树脂、0‑1%的润湿剂、0‑1%的触变剂、0.5‑1%增稠剂、0‑1%的偶联剂和2‑60%的溶剂。所述铜导电墨水的电阻率低，稳定性好，可以长期存在，不会被氧化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含氧化石墨烯的铜导电墨水及其制备方法和应用。
技术介绍
导电墨水是发展电子元器件的基础，是封装、电极和互连的关键材料，是集冶金、化工、电子技术于一体的一种高技术电子功能材料，主要用于制造厚膜集成电路、敏感元件、电容器、电位器、厚膜混合集成电路、表面组装技术等电子行业的各个领域。导电墨水中的导电填料一般由贵金属Au、Ag或者贱金属Cu、Ni、Al等组成。贵金属一般导电性好，不易氧化，但如果大量使用贵金属，生产成本上升；而贱金属比较容易氧化，金属氧化后将影响导电墨水的导电性能。另外贱金属浆料的烧结一般在氮气或真空条件下进行，这种工艺会使成本增加，同时操作过程复杂。70年代初，美国杜邦公司成功研制氮气保护下的烧结型的铜导电浆料，并在大面积陶瓷基片上应用。该铜浆料对烧结工艺要求严格，氮气的含氧量必须低于6×10-6，因此成本几乎和使用贵金属导电浆料的成本一致。为了研制能在大气氛围烧结的铜导电墨水，有研究者通过制备铜银、铜镍核壳结构的铜合金或者在主体贱金属内掺硼、硅和其它活泼金属保护剂。而这些保护剂如硼和硅等材料氧化后，由于其氧化物不导电或者导电性差，最终将会影响浆料的导电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长期稳定的含氧化石墨烯的铜导电墨水和制备方法及其应用。通过使用氧化石墨烯、铜粉和其它添加助剂制备导电墨水，其中，铜粉和氧化石墨烯能很好的分散，分散过程中，少量铜会和氧化石墨烯的羧酸基团反应，使得铜以离子形式与氧化石墨烯的羧酸形成氧化石墨烯羧酸铜，另外大部分的铜和氧化石墨烯均匀分散。此导电墨水能够通过印刷、浸涂、点胶和喷涂在纸张、玻璃、陶瓷和塑料等基质上，在250℃以下烧结后，氧化石墨烯能被还原，同时分散过程中形成的氧化石墨烯羧酸铜能分解成铜；另外，氧化石墨烯由于含量大量的羟基基团，焙烧过程中，可以防止铜进一步氧化。此方法制作的导电线路，在长期使用过程中，由于石墨烯附着在铜表面，使得铜不被氧化，能长期稳定存在。为了达到上述目的，本专利技术提供一种长期稳定的含氧化石墨烯的铜导电墨水，所述导电墨水含有0.5-90%（例如30%、50%、70%）的氧化石墨烯、0.5-90%（例如5%、51%、67%）的铜粉、1-50%（例如10%、30%、40%）的树脂、0-1%的润湿剂、0-1%的触变剂、0.5-1%增稠剂、0-1%的偶联剂和2-60%的溶剂。优选地，所述氧化石墨烯占铜导电墨水重量的30-50%，且各组分的质量百分数之和为100%。优选地，所述铜粉占铜导电墨水重量的30-70%，且各组分的质量百分数之和为100%。所述氧化石墨烯为羟基化石墨烯、羧基化石墨烯、不同比例羟基羧基化的氧化石墨烯或者市售的普通氧化石墨烯的一种或者多种。优选同时含有羟基和羧基的氧化石墨烯；更优选羟基和羧基的摩尔比为1:3-3:1。所述铜粉为尺寸为1nm-20μm的球状、片状铜粉，直径1nm-20μm、长度1-50μm的线状铜粉中的一种或多种。所述树脂为二元氯醋树脂、三元氯醋树脂、羟基丙烯酸树脂、混合型羟基聚酯树脂、丙烯酸型聚酯树脂、乙基纤维素、阿拉伯胶、双酚A环氧和双酚F环氧树脂中的一种或多种。所述润湿剂为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚乙烯亚胺、阿拉伯半乳聚糖的一种或多种。所述触变剂为聚酰胺蜡，二氧化硅，有机膨润土，氢化蓖麻油的一种或多种。所述增稠剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、甲基纤维素的一种或多种。所述溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、乙二醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、尼龙酸二甲酯（DBE）、二甘醇一丁醚中的一种或多种。所述铜导电墨水的制备方法包含以下步骤：按质量百分数，首先将1-50%的树脂、0-1%的润湿剂、0-1%的触变剂、0.5-1%增稠剂、0-1%的偶联剂和2-60%的溶剂搅拌均匀，在真空脱泡搅拌机中脱泡；将0.5-90%的氧化石墨烯、0.5-90%的铜粉先后加入经脱泡的混合物中，超声分散；然后，将超声分散后的混合物研磨，出料即为铜导电墨水。出料后在0℃～8℃的低温条件下贮存。所述超声分散过程中，铜粉和氧化石墨烯能很好的分散，分散过程中，少量铜会和氧化石墨烯的羧酸基团反应，使得铜以离子形式与氧化石墨烯的羧酸形成氧化石墨烯羧酸铜，另外大部分的铜和氧化石墨烯均匀分散。在250℃以下烧结后，氧化石墨烯能被还原，同时分散过程中形成的氧化石墨烯羧酸铜能分解成铜；另外，氧化石墨烯由于含量大量的羟基基团，焙烧过程中，可以防止铜进一步氧化。该烧结过程可以在大气条件下进行。铜导电墨水通过喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、丝网印刷、凹版印刷、柔性印刷、浸涂、点胶和喷涂在纸张、玻璃、陶瓷、塑料等基质上后，可用于制作射频识别标签天线、可穿戴电子产品、印制电路板、柔性透明电极等互连导线。此方法制作的导电线路，在长期使用过程中，由于石墨烯附着在铜表面，使得铜不被氧化，能长期稳定存在，保持很好的导电性能。本专利技术所述的一种抗氧化的含氧化石墨烯的铜导电墨水及其制备方法，具有以下优点：1. 导电墨水焙烧过程中，氧化石墨烯能被还原，同时分散过程中形成的氧化石墨烯羧酸铜能分解成铜；2. 焙烧过程中，氧化石墨烯由于含量大量的羟基基团，可以防止铜进一步氧化；3. 此方法制作的导电线路，在长期使用过程中，石墨烯附着在铜表面，使得铜不被氧化，能长期稳定存在。4. 此导电墨水具有很好的点胶性、印刷适应性、导电性和粘结性；5. 此导电墨水适宜于使用在纸张，陶瓷、玻璃和各种塑料基质上；6. 通过喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、凹版印刷、丝网印刷、柔性印刷或者点胶等工艺后进行热固化，工艺简单而且能够进行超大规模生产，极大地提高了生产效率。附图说明图1表示本专利技术实施例1的含氧化石墨烯的铜导电墨水的制备方法流程图；图2表示本专利技术实施例3的含氧化石墨烯的铜导电墨水的制备方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限制本专利技术的范围。除非特别说明，本专利技术中的百分含量均指质量百分含量。实施例1将1.5%的羟基丙烯酸树脂、0.5%的聚乙烯醇、30%的乙醇和18%的水中搅拌均匀，在真空脱泡搅拌机中脱泡；将25%的30-60nm的球状铜粉以及25%的市售氧化石墨烯先后加入上述脱泡的混合物中，超声分散，得到含氧化石墨烯的铜导电墨水，在0℃～8℃的低温条件下贮存。通过喷墨印刷将含氧化石墨烯的铜导电墨水印刷成线宽约30μm的线条在玻璃基质上，普通烧结炉中250℃下焙烧1h，测得其电阻率小于1.0×10-4Ω·cm。此方法制作的导电线路，在长期使用过程中，铜不被氧化，能长期稳定存在。实施例2将1.5%的羟基丙烯酸树脂、0.5%的聚乙烯醇、30%的乙醇和18%的水中搅拌均匀，在真空脱泡搅拌机中脱泡；将40%的30-60nm的球状铜粉以及10%的市售氧化石墨烯先后加入上述脱泡的混合物中，超声分散，得到含氧化石墨烯的铜导电墨水，在0℃～8℃的低温条件下贮存。通过喷墨印刷将含氧化石墨烯的铜导电墨水印刷成线宽约30μm的线条在玻璃基质上，普通烧结炉中250℃下焙烧1h，测得其电阻率小于1.0×10-4Ω·cm。此方法制作的导电线路，在长期使用过程中，铜不被氧化，能长期稳定存在。实施例3将7%的三元氯醋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氧化石墨烯的铜导电墨水，其特征在于，按重量百分含量，包括如下的组分：0.5‑90%的氧化石墨烯、0.5‑90%的铜粉、1‑50%的树脂、0‑1%的润湿剂、0‑1%的触变剂、0.5‑1%增稠剂、0‑1%的偶联剂和2‑60%的溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种含氧化石墨烯的铜导电墨水，其特征在于，按重量百分含量，包括如下的组分：0.5-90%的氧化石墨烯、0.5-90%的铜粉、1-50%的树脂、0-1%的润湿剂、0-1%的触变剂、0.5-1%增稠剂、0-1%的偶联剂和2-60%的溶剂。2.如权利要求1所述的铜导电墨水，其特征在于，所述氧化石墨烯为羟基化石墨烯、羧基化石墨烯、不同比例羟基羧基化的氧化石墨烯或者市售的普通氧化石墨烯的一种或者多种；更优选羟基和羧基的摩尔比为1:3-3:1。3.如权利要求1-2任一项所述的铜导电墨水，其特征在于，所述氧化石墨烯占铜导电墨水重量的30-50%，且各组分的质量百分数之和为100%；和/或，所述铜粉占铜导电墨水重量的30-70%，且各组分的质量百分数之和为100%。4.如权利要求1-3任一项所述的铜导电墨水，其特征在于，所述铜粉为球状、线状和/或片状，优选铜粉为尺寸为1nm-20μm的球状、片状铜粉，直径1nm-20μm、长度1-50μm的线状铜粉中的一种或多种。5.一种权利要求1-4任一项所述的铜导电墨水的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：按...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓吨英，
申请(专利权)人：湖南航天新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43