一种碳/金属导电复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种碳/金属导电复合材料、以该种材料制得的导电复合结构及其在印刷天线中的应用。本发明专利技术所提供的碳/金属导电复合材料以重量百分含量计包含：金属包覆导电材料1‑70％，碳材料1‑70％，粘结剂0.1‑30％，分散剂0.1‑30％，载体溶液20‑80％。本发明专利技术的导电复合材料采用碳材料与金属包覆导电材料相结合，金属包覆导电材料采用抗氧化能力强的金属通过外表面包覆其他金属材料的方式形成，而碳材料的复合使得金属材料与空气的接触进一步减少，提高了抗氧化性的同时又大幅降低了成本，本发明专利技术的导线复合材料和导电复合结构可较好地满足印刷天线制品对于导电性、导电率、耐磨性和耐久性的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种碳/金属导电复合材料及其应用
本专利技术属于导电材料
，尤其涉及一种碳/金属导电复合材料及其应用。
技术介绍
导电油墨作为一种功能性电子材料，已被广泛应用于新型印刷电子器件结构中，如薄膜开关、印刷晶体管、柔性印刷电路、电磁屏蔽、印刷电位器、电致发光二极管等。随着可穿戴式柔性电子器件在智能终端中的应用，导电油墨在电子器件中的作用将越来越重要。射频识别(RFID)技术已被广泛应用于身份识别、物流追踪、物资管理、票证防伪等社会生活的各个领域。RFID标签是RFID系统中的重要组成部分，其主要由发射信号的天线与处理信号的芯片组成。随着物联网时代的到来，天线在无线设备的信号传输过程中将扮演越来越重要的角色。在传统RFID标签中，天线部分采用的是金属刻蚀技术，其采用酸碱等化学溶液将不需要的金属(主要采用铝、铜等)部分腐蚀，留下天线部分，该方法可归纳为RFID刻蚀减材加工技术。这一技术可以实现高精度的RFID天线加工，但是含有金属离子废液的排放及处理造成严重的环境污染，付出了严重的环境治理代价。同时，减材加工技术造成大量原材料的浪费。虽然通过采用增材印刷技术，如喷墨印刷及丝网印刷，可大幅度提高生产效率，降低生产成本以及环境友好。然而现有用于印刷天线的商业化导电油墨主要是银或者铜纳米颗粒，为了达到需要的导电性，需要进行高温烧结，因此限制了印刷基材使用范围。同时，银材料的高昂原材料成本使得标签成本过高，而铜纳米颗粒的易氧化特性造成标签长时间稳定性较差。基于导电碳材料的导电油墨尽管具有成本低、易于印刷以及不易氧化的特性，但是碳材料的导电性偏低，所制备的导电结构的电阻不能满足射频标签的需求。已知的通过印刷工艺将导电油墨应用于天线的技术，例如，世界专利申请WO2006137666公开了一种可用于印刷天线的导电油墨，其中导电油墨的导电材料主要是由含有65-70％质量分数的银颗粒构成，该导电该专利中的银含量太高，而且采用的是纳米级银颗粒，从而生产成本较高。在已公开的中国专利CN102993820A中提出了一种碳纳米材料/金属纳米材料复合纳米油墨。此方法中金属纳米材料为金属纳米颗粒，金属纳米线或金属纳米管，因此制备成本仍然相对较高。在已公告的中国专利CN106147404A中提出了一种无粘结剂的应用于无线天线的导电结构。其导电材料由导电碳粉和银薄片或者银粉组成。当银含量占总墨水组成物15wt％时，墨水的电阻可以降低至1.5欧姆/平方/密耳。此方法避免了粘结剂的使用，但此导电油墨印刷需在多孔结构的衬底上，同时由于没有粘结剂因此片状结构不稳定，容易坍塌不利于长时间稳定性，并且容易在加工、使用过程中被擦拭脱落。在已公开的中国专利CN106479272A中提出了一种利用石墨烯和银的复合导电油墨及其印刷制备方法。该导电填料中包括石墨烯、片状银粉和球形银粉，通过改进片状银粉和球形银粉的搭配与石墨烯之间的配比，从而明显提高油墨的导电性能和抗弯曲性能。但该方法中，石墨烯、片状银粉和球形银粉分别占导电填料总量的0.2-2份、30-40份和5-15份。因此其大部分导电组成物仍为金属银，成本较高。但是该方法中并没有提及所制备的导电结构在天线领域的应用。在已公开的美国专利US12/288,718中提出了一种在柔性塑料膜上制造导电轨道结构的方法，其中导电结构可借助于照射而硬化的粘结剂与塑料薄膜连接，同时导电结构与塑料薄膜间的连接以及薄膜电导率可通过采用滚压的方式进一步提高。此外，在已公开的世界专利申请WO2014088546A1中也提出了一种制备导电薄膜的方法。该方法通过将导电前驱体材料沉积到多孔基材上，并采用光脉冲照射获得导电材料，进一步对导体薄膜和多孔基材施加辊轧压或者压延可进一步提高薄膜的电导率。
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题本专利技术的目的在于提出一种高导电、低成本、可印刷的导电复合材料以及导电复合结构，同时提供该种导电复合材料以及导电复合结构在印刷天线中的应用。解决技术课题的技术手段本专利技术的目的通过以下技术方案实现：本专利技术的实施方式提供了一种碳/金属导电复合材料，以重量百分含量计，包含：金属包覆导电材料1-70％，碳材料1-70％，粘结剂0.1-30％，分散剂0.1-30％，载体溶液20-80％；其中，所述金属包覆导电材料的粒径为1纳米-500微米，所述碳材料包含石墨烯、少层石墨、天然石墨、碳黑和碳纳米管中的一种或几种。优选地，金属包覆导电材料和所述碳材料为片状或颗粒状。优选地，金属包覆导电材料包括外层包覆金属和内层被包覆材料，且外层包覆金属全部或部分包覆所述内层被包覆材料，内层被包覆材料的表面积被包覆率为0.1％-100％。优选地，内层被包覆材料为金属材料或非金属材料，所述金属材料选自金、银、铜、铁、铝和镍中的一种或多种；所述非金属材料选自碳和/或玻璃。优选地，所述外层包覆金属占所述金属包覆导电材料整体重量的比值为1-99％，且外层包覆金属的抗氧化性强于内层被包覆材料。优选地，所述金属包覆导电材料包括：银包铜、银包镍、镍包铝、镍包铜、碳包铝或碳包铜。可选地，所述粘结剂为树脂类粘结剂，所述树脂类粘结剂包括环氧树脂、聚酯类树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂、酚醛树脂、纤维素类树、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、酚醛-聚乙烯醇缩醛脂和UV可固化树脂中的一种或多种。可选地，所述粘结剂为非树脂类粘结剂，所述非树脂类粘结剂包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇及其衍生物、聚偏二氟乙烯，聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、丙烯酸聚合物和共聚物、苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、乙酸乙烯酯/乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、聚烯烃、聚苯乙烯、烯烃和苯乙烯共聚物、聚酰胺聚合物或共聚物中的一种或多种。可选地，所述粘结剂为导电型粘结剂，所述导电型粘结剂包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、芘改性甲基丙烯酸酯和聚芴类聚合物中的一种或多种。可选地，所述分散剂包括离子型分散剂与非离子型分散剂；所述离子型分散剂包括十六烷基三甲基溴化铵、牛磺脱氧胆酸钠水合物、十二烷基苯磺酸钠、聚(4-苯乙烯磺酸钠)和胆酸钠中的一种或多种；所述非离子型分散剂包括黄原胶、TritonX-100、聚(4-乙烯基苯酚)、吐温20、吐温40和聚乙二醇中的一种或多种。优选地，所述载体溶液包括水、有机溶液的一种或多种，所述有机溶液包括乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、乙腈、松节油、二乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、三丙二醇单甲醚、乙酸己酯和乙酸丁酯中的一种或者两种。本专利技术的实施方式还提供一种导电复合结构，该种导电复合结构由上述的碳/金属导电复合材料通过印刷工艺制备而得。优选地，本专利技术所提供的导电复合结构包含片状导电材料、颗粒状导电材料和粘结剂，所述粘结剂粘连所述片状导电材料和所述颗粒状导电材料，且所述颗粒状导电材料填充所述片状导电材料之间的空隙；所述片状导电材料包含片状金属包覆导电材料和片状碳材料，所述颗粒状导电材料包含颗粒状金属包覆导电材料和颗粒状碳材料。优选地，所述碳材料包含石墨烯、少层石墨、天然石墨、碳黑和碳纳米管中的一种或几种。优选地，所述金属包覆导电材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳/金属导电复合材料，其特征在于，以重量百分含量计，包含：金属包覆导电材料 1‑70％，碳材料 1‑70％，粘结剂 0.1‑30％，分散剂 0.1‑30％，载体溶液 20‑80％；其中，所述金属包覆导电材料的粒径为1纳米‑500微米，所述碳材料包含石墨烯、少层石墨、天然石墨、碳黑和碳纳米管中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种碳/金属导电复合材料，其特征在于，以重量百分含量计，包含：金属包覆导电材料1-70％，碳材料1-70％，粘结剂0.1-30％，分散剂0.1-30％，载体溶液20-80％；其中，所述金属包覆导电材料的粒径为1纳米-500微米，所述碳材料包含石墨烯、少层石墨、天然石墨、碳黑和碳纳米管中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述金属包覆导电材料和所述碳材料为片状或颗粒状。3.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述金属包覆导电材料包括外层包覆金属和内层被包覆材料，所述外层包覆金属全部或部分包覆所述内层被包覆材料，所述内层被包覆材料的表面积被包覆率为0.1％-100％。4.根据权利要求3所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述内层被包覆材料为金属材料或非金属材料；所述金属材料选自金、银、铜、铁、铝和镍中的一种或多种，所述非金属材料为碳和/或玻璃。5.根据权利要求3所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述外层包覆金属占所述金属包覆导电材料整体重量的比值为1-99％，且外层包覆金属的抗氧化性强于内层被包覆材料。6.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述金属包覆导电材料包括：银包铜、银包镍、镍包铝、镍包铜、碳包铝或碳包铜。7.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述粘结剂为树脂类粘结剂，所述树脂类粘结剂包括环氧树脂、聚酯类树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂、酚醛树脂、纤维素类树、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、酚醛-聚乙烯醇缩醛脂和UV可固化树脂中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述粘结剂为非树脂类粘结剂，所述非树脂类粘结剂包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇及其衍生物、聚偏二氟乙烯，聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、丙烯酸聚合物和共聚物、苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、乙酸乙烯酯/乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、聚烯烃、聚苯乙烯、烯烃和苯乙烯共聚物、聚酰胺聚合物或共聚物中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述粘结剂为导电型粘结剂，所述导电型粘结剂包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、芘改性甲基丙烯酸酯和聚芴类聚合物中的一种或多种。10.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述分散剂包括离子型分散剂与非离子型分散剂；所述离子型分散剂包括十六烷基三甲基溴化铵、牛磺脱氧胆酸钠水合物、十二烷基苯磺酸钠、聚(4-苯乙烯磺酸钠)和胆酸钠中的一种或多种；所述非离子型分散剂包括黄原胶、TritonX-100、聚(4-乙烯基苯酚)、吐温20、吐温40和聚乙二醇中的一种或多种。11.根据权利要求1所述的碳/金属导电复合材料，其特征在于，所述载体溶液包括水、有机溶液的一种或多种，所述有机溶液包括乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立来，何聪，龙泽宇，
申请(专利权)人：悟墨上海智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31