一种石墨烯油墨及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种石墨烯油墨及其制备方法与应用。石墨烯油墨包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；其中，所述分散介质选自低沸点溶剂，所述高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，所述助剂为纤维素类物质。制备时将石墨加入到助剂/分散介质溶液中，而后进行均质乳化剪切混合，再将分散液进行高压剥离和分散，而后加入高长径比导电填料，继续对体系进行高压剥离和分散，得到石墨烯油墨。本发明专利技术提供的石墨烯油墨符合适合丝网印刷用油墨要求，且导电导热性好，成本非常低廉、操作简单、易放大生产和特殊图案化定制设计的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯油墨及其制备方法与应用
本专利技术属于油墨
，具体涉及一种石墨烯油墨及其制备方法与应用。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的二维碳纳米材料，具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热和透光等特性，集透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等多种优异性能于一身，在能源、电子元器件、生物医学等领域具有广阔的应用前景。目前，石墨烯最为常见的制备方法有氧化还原法、机械剥离法、外延生长法和化学气相沉积法，各种方法具有各自的优势与特点。其中，机械剥离法不破坏石墨烯的化学结构，能够最大限度地保留石墨烯的电学特性，是制备高导电石墨烯的理想途径。然而现有的机械剥离法通过利用剪切力、摩擦力、拉伸力等机械力将石墨烯从石墨材料中剥离，由于这些机械力提供的能量有限，尚难于获得少层的石墨烯。众所周知，石墨烯的性能随着石墨烯片层数目的增加，其性能急剧下降。尽管石墨烯具有巨大的应用潜力，但是由于现有技术普遍难于获得少层石墨烯，从而限制了石墨烯性能的充分发挥。因此，如何低成本、高效率、高质量制备少层石墨烯是研究石墨烯的重要课题。随着现代印刷电子技术的产生，基于石墨烯导电油墨的印刷电子工业正在迅速发展。石墨烯导电油墨是由石墨烯、溶剂、连结料以及助剂等所组成的一种混合物，具有导电性能优异、图案质量轻以及印刷适性好等优势。相比于纳米金属导电油墨，具有更优异的导电性能、更低的成本等优势，在印刷线路板、超级电容器、传感器等领域有着广阔的应用前景。石墨烯作为石墨烯导电油墨的关键组成，其质量的优劣，决定着油墨性能的高低。
技术实现思路
本专利技术提供一种石墨烯油墨，其包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；其中，所述分散介质可以选自低沸点溶剂，例如选自沸点30-100℃的溶剂，示例性选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯和水中的至少一种；所述高长径比导电填料可以选自长径比大于1500(示例性为1500、4000、8000)的导电填料，例如所述高长径比导电填料可以选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和银纳米线等中的至少一种；所述助剂为纤维素类物质。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，石墨烯的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、30mg/mL、50mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯的层数为1-10层，例如为1-5层。根据本专利技术的实施方案，所述纤维素类物质为非离子型纤维素类物质，例如可以选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素和硝化纤维素中的至少一种，优选为乙基纤维素、羟乙基纤维素和硝化纤维素中的至少一种。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，所述助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，所述导电填料的含量为0.1-10mg/mL，例如为0.5-8mg/mL，1-5mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨的粘度为2000-15000mPa·S，例如3000-12000mPa·S，示例性为3000mPa·S、5000mPa·S、12000mPa·S。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨的制备原料包括石墨、助剂、高长径比导电填料和分散介质，所述石墨可以选自鳞片状石墨和膨胀石墨中的至少一种，例如天然鳞片状石墨或蠕虫状膨胀石墨。进一步地，所述石墨的形态为粉体，例如石墨粉的目数为80-1000目，例如200-800目，示例性为80目、300目或600目。其中，所述分散介质具有如上文所述的含义。进一步地，在制备原料中，助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。进一步地，在制备原料中，石墨的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、80mg/mL。本专利技术还提供上述石墨烯油墨的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨加入到助剂/分散介质溶液中，得到石墨分散液；(2)对所述石墨分散液进行均质乳化剪切混合，得到预处理的石墨分散液；(3)将所述预处理的石墨分散液加入高压微射流均质机内进行高压剥离和分散，而后加入高长径比导电填料，继续对体系进行高压剥离和分散，得到石墨烯油墨。根据本专利技术的实施方案，所述石墨、助剂、分散介质和高长径比导电填料均具有如上文所述的含义。根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述助剂/分散介质溶液中，助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述石墨分散液中，石墨的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、30mg/mL、50mg/mL。根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中，所述剪切混合的转速为500-10000rpm，例如1000-6000rpm，示例性为500rpm、5000rpm或10000rpm。进一步地，所述剪切混合的时间为30-180分钟，例如40-100分钟，示例性为30分钟或60分钟。根据本专利技术的实施方案，步骤(3)中，对预处理的石墨分散液的高压剥离和分散过程可以包括：先将预处理的石墨分散液通过200-450μm喷嘴循环5-20次，压强为2000-15000psi；再将其以流速150-800m/s(示例性为150m/s、300m/s、800m/s)通过100-200μm喷嘴循环5-40次，压强为15000-35000psi。例如，先将预处理的石墨分散液通过250-400μm喷嘴(示例性为250μm喷嘴、300μm喷嘴或400μm喷嘴)循环5-15次(示例性循环5次、10次或15次)，压强为3000-10000psi(示例性为3000psi、5000psi、6000psi、8000psi或10000psi)；再将其通过100-200μm喷嘴(示例性为100μm喷嘴、150μm喷嘴或200μm喷嘴)循环10-35次(示例性循环15次、20次或35次)，压强为20000-30000psi(示例性为20000psi、25000psi或30000psi)。根据本专利技术的实施方案，步骤(3)中，加入高长径比导电填料后的高压剥离和分散过程包括：200-600μm喷嘴循环1-10次，压强为800-4500psi；例如，300-500μm喷嘴(示例性为300μm喷嘴、400μm喷嘴或500μm喷嘴)循环1-5次(示例性为循环1次、3次或5次)，压强为1000-4000psi(示例性为1000psi、2000psi、2500psi或4000psi。进一步地，在上述高压剥离和分散过程中，通过喷嘴的液体的流速为150-800m/s，例如200-600m/s，示例性为150m/s、300m/s或8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯油墨，其特征在于，所述石墨烯油墨包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；/n其中，所述分散介质选自低沸点溶剂，所述高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，所述助剂为纤维素类物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯油墨，其特征在于，所述石墨烯油墨包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；
其中，所述分散介质选自低沸点溶剂，所述高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，所述助剂为纤维素类物质。


2.根据权利要求1所述的石墨烯油墨，其特征在于，所述分散介质选自沸点30-100℃的溶剂，优选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯和水中的至少一种；
优选地，所述高长径比导电填料选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和银纳米线中的至少一种；
优选地，所述纤维素类物质为非离子型纤维素类物质，优选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素和硝化纤维素中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯油墨，其特征在于，所述石墨烯油墨中，石墨烯的含量为10-80mg/mL；
优选地，所述石墨烯的层数为1-10层；
优选地，所述石墨烯油墨中，所述助剂的含量为1-30mg/mL；
优选地，所述石墨烯油墨中，所述高长径比导电填料的含量为0.1-10mg/mL；
优选地，所述石墨烯油墨的粘度为2000-15000mPa·S。


4.根据权利要求1-3任一项所述的石墨烯油墨，其特征在于，所述石墨烯油墨的制备原料包括石墨、助剂、高长径比导电填料和分散介质；
优选地，所述石墨选自鳞片状石墨和膨胀石墨中的至少一种。


5.权利要求1-4任一项所述石墨烯油墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨加入到助剂/分散介质溶液中，得到石墨分散液；
(2)对所述石墨分散液进行均质乳化剪切混合，得到预处理的石墨分散液；
(3)将所述预处理的石墨分散液加入高压微射流均质机内进行高压剥离和分散，而后加入高长径比导电填料，继续对体系进行高压剥离和分散，得到石墨烯油墨。


6.根据权利要求5所述石墨烯油墨的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述助剂/分散介质溶液中，助剂的含量为1-30mg/mL；
优选地，步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙辉，徐凌云，吴立新，王剑磊，翁子骧，田增华，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35