一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨及其制备方法，采用石墨烯、金属纳米带与纳米炭黑材料作为导电填料的混合粉体，采用高分子树脂作为粘接剂制备了一种可印刷成高导电性线路的导电油墨。相比于传统使用的石墨烯/金属颗粒复合导电油墨，这种导电油墨减少了金属含量，同时具有优异的导电性。这种导电油墨成本低、方法简单、可控性好，对于印刷电子行业的发展具有很高的实用价值。

A kind of graphene / metal nanoribbon composite conductive ink and its preparation and Application

The invention discloses a graphene / metal composite with nano conductive ink and preparation method thereof, using graphene nanoribbons, metal and nano carbon black as conductive filler material mixed powder, the polymer resin as adhesive for preparing a conductive ink printed conductive lines. Compared to the traditional graphene / metal particles composite conductive ink, this conductive ink reduces the metal content and has excellent conductivity. This kind of conductive ink is of low cost, simple method and good controllability. It has high practical value for the development of printing electronics industry.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨及其制备方法和应用
本专利技术涉及电子工业用石墨烯导电油墨及其制备方法和应用，特别是涉及一种用于印刷法制造电子工业用电子电路的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨及其制备方法。
技术介绍
电子工业上一般使用导电胶、导电浆料、导电涂料和导电油墨制备导电线路和导电电极。这类材料一般采用金属粉末作为导电填料，所用金属材料包括金、银、铜、镍、铝、铁等。其中以导电银浆料的应用最为广泛，主要的应用领域包括印刷线路板(PCB)、显示设备(OLED、触控屏)、RFID天线、传感器电极、太阳能电池电极、印刷电池、超级电容器、固态电池电极等。借助丝网印刷技术，一些传统厚膜导电浆料已经在PCB、汽车加热器、电磁屏蔽罩和薄膜开关等方面得到大规模的应用。然而，由于贵金属银的价格居高不下，其制备成本高、老化试验后体积电阻变化大，从而限制了产品的应用领域。现公开的导电油墨技术中：专利号104263082A公开了一种石墨烯有机银导电油墨及其制备方法。专利号CN104292984A公开了一种石墨烯油墨及石墨烯线路的制作方法，所制备油墨黏度大于100cp，采用遮蔽、油墨喷涂、固化和移除步骤获得图案化石墨烯线路。专利号CN103436099A公开了一种复合导电油墨，其主要由片状银粉与纳米银粉的混合物与石墨烯与纳米石墨片共同作为导电填料，其中片状银粉厚度<100nm，片状银粉的D50为3-7μm，纳米银粉粒径<100nm，片状银粉与纳米银粉的质量比为(8-10)：1。专利号201510582047.8公开了一种微晶石墨烯导电油墨及制备方法，该导电油墨主要由微晶石墨粉与黏合助剂、分散剂等加入球磨罐中进行球磨，分离球磨珠得到所述微晶石墨烯导电油墨。专利号201610343203.X公开了一种复合导电油墨膜及其制备方法，该方法所述油墨主要由片状银粉与纳米银粉的混合物或片状银粉，石墨烯与氧化石墨烯的混合物、铜组成，其制备方法中主要通过配置导电油墨膜浆料，并蒸镀合适量的铜金属层到基底上，再将导电油墨浆料涂覆到蒸镀有铜金属层的基底上，固化得到复合导电油墨膜。专利号US2011/0186786A1公开了一种由石墨烯片层和至少一种带电官能团的有机化合物复合材料的制备方法，其中的带电基团包括铵盐、硫酸盐、磷酸盐、磺酸盐等。专利号US8278757B2公开了一种用于印刷电子器件的导电层墨水，其组成为功能化石墨烯与至少一种粘接剂，该墨水除了可以选择包含除了功能化石墨烯以外的导电组分，如金属颗粒(包括金属合金)、导电金属氧化物、高分子、碳质材料，以及金属包覆材料，其主要特征还在于导电墨水的组成为功能化石墨烯与高分子PEO。以上专利技术中，单独使用石墨烯材料制备导电油墨，难以获得高致密性导电线路，无法确保所制备导电线路的导电性稳定性。使用石墨烯与片状银粉、纳米银颗粒作为复合导电填料，需要使用较多含量的银材料才能实现提高导电性的目的，导电油墨的制备成本较高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨及其制备方法和应用，减少贵金属含量的同时提高了导电性。本专利技术的技术方案是：一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，所述油墨包括以下重量份的组份：石墨烯1～20份，金属纳米带1～5份，纳米导电炭黑1～20份，石墨0～20份，高分子粘接剂1～25份，助剂0.5～10份，溶剂10～70份；其中所述金属纳米带的带宽小于200nm，带长为1～50μm，长宽比为10:1～2500:1，厚度小于100nm。优选的，所述石墨烯、金属纳米带、纳米导电炭黑和石墨的总质量为所述油墨总质量的10～35％。优选的，所述金属纳米带包括银纳米带、铜纳米带、钯纳米带、镍纳米带、经过表面有机改性或金属氧化物改性处理的多组分金属纳米带中的至少一种。石墨为天然致密结晶状石墨、天然鳞片石墨、天然隐晶质石墨或微晶石墨、膨胀石墨中的一种或两种或多种的组合物。优选的，所述金属纳米带的带宽为10～100nm，带长为2～10μm，长宽比为20:1～200:1，厚度为5～50nm。优选的，所述石墨烯为单层或2～5层石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片、石墨烯纳米带中的至少一种，其片层大小为2～50μm，其厚度为1～10nm；其中所述还原氧化石墨烯的碳氧比为1000:1～2:1，更优选为1000:1～200:1。优选的，所述高分子粘接剂为热固性胶粘剂、热塑性胶粘剂、橡胶型胶粘剂或复合型胶粘剂；所述热固性胶粘剂以含有反应性基团的热固性树脂为主体制成，热塑性胶粘剂以线型高分子结构的热塑性树脂为主体，复合型胶粘剂以热固性树脂和合成橡胶或热塑性树脂为主体制成。进一步，所述高分子粘接剂包括环氧树脂、酚醛树脂、羟基氯醋树脂、羧基氯醋树脂、丙烯酸树脂、三元羟基树脂、聚酯树脂、乙基纤维素、丙基纤维素、聚酰胺蜡、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的至少一种。优选的，所述溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂、芳香烃类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂以及脂肪族烷烃类溶剂中的至少一种。进一步，所述溶剂包括乙醇、异丙醇、正丁醇、松油醇、磷酸三丁酯、丙二醇甲醚丙酸酯、二乙二醇二苯甲酸酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甘醇乙醚乙酯、乙二醇二缩水甘油醚、乙二醇丁醚乙酸酯、DBE、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、甲苯、二甲苯、丙酮、环己酮、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、甲基环己烷、正己烷、#150汽油的至少一种。优选的，还包括重量份为0.1～5份的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒是银颗粒、铜颗粒、钯颗粒、镍颗粒中的至少一种，粒径为10～100nm。优选的，所述助剂包括消泡剂、附着力促进剂、润湿剂、流平剂、偶联剂、乳化剂、催干剂中的至少一种。一种上述石墨烯/金属纳米带复合导电油墨的制备方法，包括以下步骤：(a)导电填料的预处理：将石墨烯、炭黑、石墨、金属纳米带按照预设比例称量后混合均匀，并在混合过程中添加偶联剂助剂进行改性处理；(b)有机相的配制：将预设份量的高分子粘接剂树脂与防沉淀剂树脂置于加热反应容器中，再添加溶剂润湿树脂，将混合物加热至40～100℃，恒温加热搅拌0.5～12小时，确保树脂完全溶解后，将消泡剂、附着力促进剂、润湿剂、流平剂、乳化剂、催干剂中的至少一种添加到有机液相中，搅拌至分散溶解均一，得到有机相溶液，冷却待用；(c)导电油墨初级产品的制备：将(a)中预处理的导电填料缓慢添加到(b)中的有机相溶液中，边添加边搅拌，确保导电填料粉体完全润湿、分散到有机相溶液中，待粉体分散均一时，得到导电油墨初级产品；(d)导电油墨初级产品的加工处理：将(c)中的导电油墨初级产品置于高速剪切分散机的容器中进行固液高速剪切分散混合或采用球磨机高速研磨混合，然后转移至三辊研磨中研磨至细度达到5～10μm，得到均质导电油墨的最终产品。上述石墨烯/金属纳米带复合导电油墨于印制导电线路上的应用。优选的，所述石墨烯/金属纳米带复合导电油墨通过丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷或喷墨打印印制导电线路于基材上。基材包括聚酯(PET)基材、纸质基材、纤维布基材、聚酰亚胺(PI)基材、晶硅片、柔性线路板、陶瓷基板、PCB基板等。优选的，所述印制导电线路还包括将印制在基材上的导电线路进行烘干热处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述油墨包括以下重量份的组份：石墨烯1～20份，金属纳米带1～5份，纳米导电炭黑1～20份，石墨0～20份，高分子粘接剂1～25份，助剂0.5～10份，溶剂10～70份；其中所述金属纳米带的带宽小于200nm，带长为1～50μm，长宽比为10:1～2500:1，厚度小于100nm。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述油墨包括以下重量份的组份：石墨烯1～20份，金属纳米带1～5份，纳米导电炭黑1～20份，石墨0～20份，高分子粘接剂1～25份，助剂0.5～10份，溶剂10～70份；其中所述金属纳米带的带宽小于200nm，带长为1～50μm，长宽比为10:1～2500:1，厚度小于100nm。2.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述石墨烯、金属纳米带、纳米导电炭黑和石墨的总质量为所述油墨总质量的10～35％。3.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述金属纳米带包括银纳米带、铜纳米带、钯纳米带、镍纳米带、经过表面有机改性或金属氧化物改性处理的多组分金属纳米带中的至少一种。4.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述金属纳米带的带宽为10～100nm，带长为2～10μm，长宽比为20:1～200:1，厚度为5～50nm。5.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述石墨烯为单层或2～5层石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片、石墨烯纳米带中的至少一种，其片层大小为2～50μm，其厚度为1～10nm；其中所述还原氧化石墨烯的碳氧比为1000:1～2:1。6.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述高分子粘接剂为热固性胶粘剂、热塑性胶粘剂、橡胶型胶粘剂或复合型胶粘剂；所述热固性胶粘剂以含有反应性基团的热固性树脂为主体制成，热塑性胶粘剂以线型高分子结构的热塑性树脂为主体，复合型胶粘剂以热固性树脂和合成橡胶或热塑性树脂为主体制成。7.根据权利要求6所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述高分子粘接剂包括环氧树脂、酚醛树脂、羟基氯醋树脂、羧基氯醋树脂、丙烯酸树脂、三元羟基树脂、聚酯树脂、乙基纤维素、丙基纤维素、聚酰胺蜡、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的至少一种。8.根据权利要求1所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂、芳香烃类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂以及脂肪族烷烃类溶剂中的至少一种。9.根据权利要求8所述的石墨烯/金属纳米带复合导电油墨，其特征在于：所述溶剂包括乙醇、异丙醇、正丁醇、松油醇、磷酸三丁酯、丙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宜波，庄江强，魏岚，
申请(专利权)人：厦门信达光电物联科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35