一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法。该方法中用于所述印刷的材料中含有离子，所述印刷的基底材料为含有π键的碳基材料；用于所述印刷的材料中离子的浓度大于0.000001mol/L。本发明专利技术的方法过程简单，易于操作，可精确控制石墨烯/碳基表面咖啡环效应，以提高印刷/涂布图案质量，具有良好的应用前景。

A Method for Controlling the Surface Printing Uniformity of Carbon-based Materials

The invention discloses a method for controlling the uniformity of printing on the surface of carbon-based materials. The material used for printing in the method contains ions, and the printed base material is a carbon-based material containing PI bonds. The concentration of ions in the material used for printing is greater than 0.000001 mol/L. The method has the advantages of simple process, easy operation, precise control of coffee ring effect on graphene/carbon-based surface, improved printing/coating pattern quality and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法本申请要求申请日为2018年4月2日的中国专利申请CN201810284846.0的优先权。本申请引用该中国专利申请的全文。
本专利技术涉及一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法。
技术介绍
石墨烯拥有一系列优越的特性，使其在许多领域有着广阔的应用前景，尤其在电子器件领域(AdvMater,2012,24:5782)。例如，其高迁移率和高开关速度的优点尤其适合制造弹道型和高开关速度器件(微纳电子技术，2010,47：653)。石墨烯在整个可见光范围具有均匀、高光学透明度(约97.7％)和较好的面电阻(约0.1-6KΩ/cm-1)，可用作透明晶体管，显示器，触摸屏和光电器件的透明电极。(ACSNano,2010,4：3927；AdvMater,2011,23：1889)由于其优良的电子性能、机械强度和弹性，在柔性衬底上的石墨烯可以用于制备可弯曲、卷曲、折叠和可拉伸的柔性电子器件(NanoLett,2011,11：3881)。石墨烯的单原子厚度和固有的低电噪声能使超灵敏的化学和生物传感器成为可能(EnvironSciTechnol,2010,44:1167；Sensors,2010,10:5133)。然而，石墨烯的固有物理性质很容易受到器件制造和加工步骤的影响(AdvMater,2012,24:5782；ChemSocRev,2012,41:97；Science,2009,323:610)。已有研究发现，常规的工艺如光刻技术和金属沉积等处理常常会将缺陷和杂质引入石墨烯器件，破坏石墨烯的晶格，从而降低其性能(AdvMater,2012,24:5782；NanoLett,2009,9:422)。印刷有可能是解决这一问题的有效方法。通过印刷，可以将其它功能材料转移到石墨烯基底上形成功能化图案而不影响石墨烯的晶体结构，极大地提升了石墨烯器件的性能(Nature,2010,467:305；NanoLett,2009,9:4474)。但是印刷过程通常涉及到著名的咖啡环效应，它会导致功能材料在石墨烯表面分布不均匀，边缘堆积得厚，中间非常薄，形成一个空心环结构，直接影响印刷精度，降低功能化图案的质量。因此，在印刷过程中，控制石墨烯表面的咖啡环效应是提高印刷图案质量的关键，决定了石墨烯功能器件的性能及其应用。目前用于抑制咖啡环效应的方法主要有：①改变墨水中颗粒的形状或添加纤维状颗粒(ScienceandTechnologyofAdvancedMaterials.2017，18(1):316)。这些非球形颗粒会明显改变墨水蒸发时颗粒的运动轨迹，从而抑制咖啡环效应。②调节墨水中低沸点溶剂和高沸点溶剂的比例(Langmuir,2004,20(18)：7789)。高沸点溶剂在接触线附近的缓慢挥发会减小颗粒向边缘的运动，从而抑制咖啡环效应。此时，溶剂的选择和比例非常关键。③降低基底的温度(Langmuir,2008,24(5)：2224)。该方法可以降低接触线附近墨水的蒸发速度，抑制咖啡环效应。但不适用于大面积基底或户外使用。④使用电浸润方法，给基底加上一定的电压，通过电场的作用抑制咖啡环效应(SoftMatter.2011，7(10):7090)。但这些方法的操作过程都十分繁杂。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于为了克服现有技术中在石墨烯基材上印刷时产生咖啡环效应而导致的功能材料在石墨烯表面分布不均匀、印刷精度差、功能化图案的质量降低等缺陷，从而提供一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法。本专利技术的方法操作简单，使得印刷所用的材料在碳基材料表面分布均匀，印刷获得的图案质量好。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提供了一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法，其中用于所述印刷的材料中含有离子，所述印刷的基底材料为含有π键的碳基材料；用于所述印刷的材料中离子的浓度大于0.000001mol/L。本专利技术中，用于所述印刷的材料本领域技术人员知晓一般为墨水或涂料。其中，所述墨水可为本领域技术人员的在印刷过程中常规使用的墨水。其中，所述涂料可为本领域技术人员常规使用的涂料，例如水性涂料或油性涂料等；所述水性涂料可为本领域技术人员常规使用的涂料，例如聚苯乙烯小球的水溶液、硅球的水溶液、和/或水性聚氨酯涂料等；所述聚苯乙烯小球水溶液的浓度较佳地为0.1-5mg/mL，更佳地为1mg/mL；所述硅球水溶液的浓度较佳地为0.1-5mg/mL，更佳地为1mg/mL；所述水性聚氨酯涂料的浓度较佳地为0.01-500mg/mL，更佳地为0.1-5mg/mL，进一步更佳地为1mg/mL。本专利技术中，所述离子可为本领域常规使用的离子，本领域技术人员在看到“离子”这一概念时，能够知晓其所涵盖的离子的范围，所述离子可为无机阳离子、无机阴离子、有机阳离子和有机阴离子中的一种或多种。其中，所述无机阳离子为本领域常规的无机阳离子，本领域技术人员在看到“无机阳离子”这一概念时，能够知晓其所涵盖的无机阳离子的范围，例如，所述无机阳离子可为Mg2+、Ca2+、Li+、K+、Na+和NH4+等，较佳地为K+、Na+和Ca2+中的一种或多种。其中，所述无机阴离子为本领域常规的无机阴离子，本领域技术人员在看到“无机阴离子”这一概念时，能够知晓其所涵盖的无机阴离子的范围，例如，所述无机阴离子可为F-、Cl-、Br-、I-、SO42-、CO32-、NO3-等，较佳地为Cl-。其中，所述有机阳离子为本领域常规的有机阳离子，本领域技术人员在看到“有机阳离子”这一概念时，能够知晓其所涵盖的有机阳离子的范围，例如，所述有机阳离子可为季铵盐、季磷盐、阳离子聚丙烯酰胺。其中，所述有机阴离子为本领域常规的有机阴离子，本领域技术人员在看到“有机阴离子”这一概念时，能够知晓其所涵盖的有机阴离子的范围，例如，所述有机阴离子可为有机酸的酸根，较佳地为醋酸根、苯磺酸根等，所述有机阴离子也可以为抗坏血酸、阴离子聚丙烯酰胺。本专利技术中，用于所述印刷的材料可以通过以下方法制得：将包含所述离子的溶液与印刷材料混合即可。其中，包含所述离子的溶液可为KCl溶液、Na2CO3溶液、CaCl2溶液、十二烷基三甲基氯化铵溶液、醋酸锂溶液和氯化镁溶液中的一种或多种。其中，所述印刷材料较佳地为墨水或涂料；所述涂料较佳地为水性涂料或油性涂料；所述水性涂料较佳地为聚苯乙烯小球的水溶液、硅球的水溶液、和/或水性聚氨酯涂料；其中，所述聚苯乙烯小球水溶液的浓度较佳地为0.1-5mg/mL，更佳地为1mg/mL；所述硅球水溶液的浓度较佳地为0.1-5mg/mL，更佳地为1mg/mL；所述水性聚氨酯涂料的浓度较佳地为0.01-500mg/mL，更佳地为0.1-5mg/mL，进一步更佳地为1mg/mL。其中，包含所述离子的溶液中所述离子的浓度较佳地为0.000001-2.5mol/L，更佳地为0.008-0.32mol/L，进一步更佳地为0.016mol/L-0.25mol/L。其中，包含所述离子的溶液与所述印刷材料的体积比可为常规，较佳地为(1-2)：1，更佳地为1:1。本专利技术中，用于所述印刷的材料中离子的浓度较佳地为0.000001-2.5mol/L，优选0.008-0.32mol/L，更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法，其特征在于，用于所述印刷的材料中含有离子，所述印刷的基底材料为含有π键的碳基材料；用于所述印刷的材料中离子的浓度大于0.000001mol/L。

【技术特征摘要】
2018.04.02 CN 20181028484601.一种控制碳基材料表面印刷均匀度的方法，其特征在于，用于所述印刷的材料中含有离子，所述印刷的基底材料为含有π键的碳基材料；用于所述印刷的材料中离子的浓度大于0.000001mol/L。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于所述印刷的材料为墨水或涂料。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述涂料为水性涂料或油性涂料；所述水性涂料较佳地为聚苯乙烯小球的水溶液、硅球的水溶液、和/或水性聚氨酯涂料。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯小球的水溶液的浓度为0.1-5mg/mL，较佳地为1mg/mL；和/或，所述硅球的水溶液的浓度为0.1-5mg/mL，较佳地为1mg/mL；和/或，所述水性聚氨酯涂料的浓度为0.01-500mg/mL，较佳地为0.1-5mg/mL，更佳地为1mg/mL。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子为无机阳离子、无机阴离子、有机阳离子和有机阴离子中的一种或多种。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无机阳离子为Mg2+、Ca2+、Li+、K+、Na+和NH4+中的一种或多种，较佳地为K+、Na+和Ca2+中的一种或多种；和/或，所述无机阴离子为F-、Cl-、Br-、I-、SO42-、CO32-和NO3-中的一种或多种；和/或，所述有机阳离子为季铵盐、季磷盐或阳离子聚丙烯酰胺；和/或，所述有机阴离子为有机酸的酸根、抗坏血酸或阴离子聚丙烯酰胺，较佳...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海平，石国升，杨海军，侯铮迟，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31