低温固化型石墨烯/银导电浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低温固化型石墨烯/银导电浆料及其制备方法和应用，由按质量百分比计算的如下组分组成：石墨烯/银纳米复合材料45~85%、有机粘结剂5~15%、有机载体15~40%、添加剂0~2%。该浆料采用石墨烯/银纳米复合材料取代纯银粉，能够改善低温固化型导电浆料的导电性能，或者减少浆料中的银含量，降低成本。其中，石墨烯/银纳米复合材料用液相还原法一步原位制备得到，由于石墨烯的分散和承载作用，较好解决银颗粒在导电浆料生产时容易局部团聚的问题。本发明专利技术在浆料中引入了柔韧性优异的石墨烯，使浆料适用于柔性电路，拓宽了低温固化型导电浆料的使用范围。

Low temperature curable graphene / Silver conductive paste and preparation method and application thereof

The invention discloses a low temperature curing type graphene / Silver conductive paste and preparation method and application thereof, by the following components according to the mass percentage calculation of components: graphene / silver nanocomposite 45~85%, organic binder 5~15% and organic carrier 15~40%, additive 0~2%. The graphite / silver nanocomposite was used to replace the silver powder, which could improve the conductivity of the low temperature curable conductive paste, or reduce the silver content in the slurry, and reduce the cost. Among them, the graphene / silver nanocomposites prepared by liquid phase reduction method for in situ step, the graphene dispersion and bearing capacity, better solve the silver particles easily in conductive paste production localization problem. In the invention, the graphene with excellent flexibility is introduced into the slurry, and the slurry is suitable for the flexible circuit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导电浆料领域，特别涉及一种低温固化型石墨烯/银导电浆料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子工业的快速发展，导电浆料作为一种电子材料，在制备电子器件和光电器件中得到了广泛应用。其中，低温固化型导电浆料是指在较低温度下(100～200℃)固化的一类导电浆料。通常采用丝网印刷的方式转移到不适合高温烧结的基体上，经固化后形成电极。固化后的电极材料要求有高的电导率，同时要实现对基体的高附着。低温固化型导电浆料一般是由导电相、粘结相、有机载体和助剂组成。其中导电相为导电浆料的主要成分，提供导电浆料的导电性；粘结相保证电极和基体间具有良好的结合力；有机溶剂和助剂是用来调节浆料使之适用于丝网印刷。在大多低温固化型导电浆料的实际生产中，导电相采用的是纯银粉，且占浆料质量比的60～85％。因此，在保证电导率的同时减少银的用量是降低导电浆料成本的有效途径。此外，银粉在生产过程中容易团聚，会影响浆料的性能。解决银粉的团聚问题也是导电浆料生产过程中的一大关键。近年来，低温固化型导电浆料也被大量应用于柔性电路中，但传统的导电浆料往往存在附着力不强，遇变形易脱落、开裂等问题，从而影响器件的使用效率和寿命。石墨烯是一种由碳原子组成的二维周期蜂窝状点阵结构材料，具有高电导率、大的比表面积、良好的机械强度及热稳定性等特点。这些特点使其在导电银浆应用方面具有独特的优势：第一，石墨烯的柔韧性可很好适应柔性电路；第二，颗粒状的银和片状石墨烯接触能提供银浆导电能力，因此可以适当降低浆料中银含量而保持导电能力，从而降低成本。此外，利用液相还原法(还原氧化石墨烯)得到的石墨烯，由于氧化石墨烯上的含氧官能团对银离子的静电吸附作用，可以在还原过程中为银提供形核位点，从而解决纳米银粉容易产生局部团聚的问题。如申请号为201210054952.2的中国专利公开了一种液相法制备石墨烯/银纳米粒子复合材料的方法。因此，开发低温固化型石墨烯/银导电浆料具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种低温固化型石墨烯/银导电浆料及其制备方法和应用，该浆料能够改善低温固化型导电浆料的导电性能，或在保证电性能的情况下减少浆料中银含量，降低成本。该浆料还解决了低温固化型导电浆料生产中银容易团聚的问题，并且能适用于柔性电路。一种低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，是由按质量百分比计算的如下组分组成：石墨烯/银纳米复合材料45～85％、有机粘结剂5～15％、有机载体15～40％、添加剂0～2％。所述的石墨烯/银纳米复合材料为粉体，粉末的粒度分布在0.5～30微米之间。其中，复合材料中石墨烯的重量百分含量优选为0.1％～15％，银颗粒呈均匀分散状态。所述的有机粘结剂可优选自但不限于酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素中的任一种或两种以上的组合。所述的有机载体可有选自但不限于松油醇、丙二醇苯醚(PPH)、邻苯二甲酸二丁酯、高沸点溶剂混合二元酸酯、醇酯12、卡必纯醋酸酯、丁基卡必纯醋酸酯中的任一种或两种以上的组合。所述的添加剂可以包括触变剂、流平剂、消泡剂、表面活性剂中的任一种或两种以上的组合。一种低温固化型石墨烯/银导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)液相还原法制备石墨烯/银纳米复合材料；2)将有机粘结剂在有机载体中加热溶解，冷却得到混合物；3)将石墨烯/银纳米复合材料、添加剂和步骤2)得到的混合物按照所需配比混合均匀后在三辊研磨机上反复轧制至细度小于15微米，得到低温固化型石墨烯/银导电浆料。为了达到更好的专利技术效果，优选：所述的石墨烯/银纳米复合材料的液相还原制备方法，包括以下步骤：a)将氧化石墨烯(GO)溶于去离子水中，超声至完全分散，得到氧化石墨烯的均匀溶液；所述的去离子水用量为适量，能得到GO的均匀溶液即可；b)将硝酸银溶于去离子水中，得到浓度为0.005mol/L～0.5mol/L的溶液；再将该溶液加入到步骤a)的GO均匀溶液中，搅拌均匀后得到混合溶液；c)在步骤b)的混合溶液中加入浓度为0.005mol/L～0.1mol/L的柠檬酸溶液，搅拌均匀后得到混合溶液；d)向步骤c)的混合溶液中加入氨水，调节溶液PH值至8，搅拌均匀后得到混合溶液；e)在步骤d)的混合溶液中加入还原剂后快速搅拌0.5～2小时，然后停止搅拌并静置15～60分钟，收集固体产物，经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到石墨烯/银纳米复合材料；所述的氧化石墨烯(GO)的加入量为银理论重量的0.2％～30％；所述的还原剂的加入量由两部分核算，按以下方法确定：每摩尔硝酸银加入1摩尔～3摩尔还原剂，每克氧化石墨烯再加入0.2摩尔～1摩尔还原剂。再进一步，所述的还原剂可选用水合肼、碱金属的硼氢化物及抗坏血酸。所述的有机粘结剂在有机载体中的溶解过程如下：将有机粘结剂加入到有机载体中，在80～95℃条件下加热搅拌10～12小时，冷却后得到混合物。一种低温固化型石墨烯/银导电浆料可以在制备电子器件或光电器件中应用，所述电子器件或光电器件包括薄膜开关、柔性印刷电路及电路板、薄膜太阳能电池等。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术采用石墨烯/银纳米复合材料取代纯银粉，颗粒状的银和片状石墨烯接触增加接触面积，减少了导电颗粒间的间隙，提高了银浆的导电能力。因此，在银含量不变的条件下改善低温固化型导电浆料的导电性能，或者在保证电性能的情况下减少浆料中的银含量(银含量最多可减少至占浆料总质量的45％)，有效降低成本。2.本专利技术用液相还原法一步原位制备得到石墨烯/银纳米复合材料，由于氧化石墨烯上的含氧官能团对银离子的静电吸附作用，可以在还原过程中为银提供形核位点，从而得到银颗粒均匀分散于石墨烯上的石墨烯/银纳米复合材料。将石墨烯/银纳米复合材料作为导电相加入浆料中，由于石墨烯的分散和承载作用，较好解决银颗粒会在导电浆料生产时容易局部团聚的问题。3.本专利技术在导电浆料中引入了柔韧性优异的石墨烯，使浆料适用于柔性电路，拓宽了低温固化型导电浆料的使用范围。附图说明图1为实施例1所得石墨烯/银纳米复合材料的X射线衍射图谱；图2为实施例1所得石墨烯/银纳米复合材料的扫描电镜照片。具体实施方式实施例11)制备石墨烯/银纳米复合材料备用，具体制备步骤如下：a)将50毫克GO溶于适量去离子水中，超声至完全分散，得到GO的均匀溶液。b)将分析纯AgNO3溶于去离子水配制得到浓度为0.05mol/L的溶液50毫升，将该溶液加入到步骤1)的GO的均匀溶液中，搅拌均匀后制得混合液。c)在步骤b)的混合溶液中加入浓度为0.05mol/L的柠檬酸溶液50毫升，搅拌均匀后得到混合溶液；d)向步骤c)的混合溶液中加入氨水，调节溶液PH值至8，搅拌均匀后得到混合溶液；e)在步骤d)的混合溶液中加入还原剂后快速搅拌1小时，然后停止搅拌并静置30分钟，收集反应容器中粉末状反应产物，依次用去离子水，无水乙醇交替反复清洗数次后，将粉末在40℃下真空干燥12小时，得到复合材料，复合材料中石墨烯的重量百分比为8.5％。所得的复合材料粉末的X射线衍射图谱和扫描电本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，包含按质量百分比计算的如下组分：石墨烯/银纳米复合材料45～85％、有机粘结剂5～15％、有机载体15～40％、添加剂0～2％。

【技术特征摘要】
1.低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，包含按质量百分比计算的如下组分：石墨烯/银纳米复合材料45～85％、有机粘结剂5～15％、有机载体15～40％、添加剂0～2％。2.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的石墨烯/银纳米复合材料为粉体，粉末的粒度分布在0.5～30微米之间。3.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的石墨烯/银纳米复合材料中石墨烯的重量百分含量为0.1～15％。4.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的石墨烯/银纳米复合材料中银颗粒呈均匀分散。5.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的有机粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素中的任一种或两种以上的组合。6.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的有机载体包括松油醇、丙二醇苯醚、邻苯二甲酸二丁酯、高沸点溶剂混合二元酸酯、醇酯十二、卡必纯醋酸酯、丁基卡必纯醋酸酯中的任一种或两种以上的组合。7.根据权利要求1所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料，其特征在于，所述的添加剂包括触变剂、流平剂、消泡剂、表面活性剂中的任一种或两种以上的组合。8.一种如权利要求1～7任意一项所述的低温固化型石墨烯/银导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备石墨烯/银纳米复合材料；2)将有机粘结剂在有机载体中加热溶解，冷却得到混合物；3)将石墨烯/银纳米复合材料、添加剂和步骤2)得到的混合物按照所需配比混合均匀后在三辊研磨机上反复轧制至细度小于15微米，得到低温固化型石墨烯/银导电浆料。9.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯斌，顾小龙，赵新兵，张玉，刘平，金霞，崔良，
申请(专利权)人：浙江亚通焊材有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33