一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用技术

本发明专利技术属于柔性电子印刷技术领域，具体涉及一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用。本发明专利技术提供了一种铜基导电油墨，包括以下质量百分含量的组分：0.1～0.7％石墨烯/铜复合材料，52.1～59.1％纳米铜，2～5％粘结剂和38～43％有机溶剂。由本发明专利技术提供的铜基导电油墨制备得到的铜基柔性复合材料中含有石墨烯/铜复合材料，当铜基柔性复合材料受到外力作用时，烧结后的纳米铜组织间会产生裂纹，当裂纹扩展至石墨烯/铜复合材料处，由于石墨烯具有较强的机械性能，能够阻止裂纹的进一步扩展，从而提高了铜基柔性复合材料的耐疲劳性能，进而保证由铜基柔性复合材料制备得到的柔性电路具有较低的电阻率变化率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于柔性电子印刷
，具体涉及一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]柔性印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术，广泛应用于柔性触摸屏面板、传感器、电力电子封装、柔性电路、太阳能电池等领域。柔性印刷电子技术用的柔性印刷电子材料由将导电墨水沉积在基体表面后烧结得到的。纳米金属因其具有烧结温度低、导电性强、柔性强等特点，已成为导电墨水重要材料之一。银(Ag)和金(Au)具有优异的导电性和稳定性，纳米银导电墨水和纳米金导电墨水是制备柔性印刷电子材料的理想选择，然而银和金的价格昂贵不适合在工业生产中大规模使用。开发一种兼具价格低、良好导电性和耐疲劳性的柔性印刷电子材料，对于推动柔性印刷电子的产业化具有重大意义。
[0003]铜的导电性能仅次于导电性能最好的银，但其价格仅是银的百分之一，因此，纳米铜导电墨水成为柔性印刷电子材料中的最有前途的金属材料之一。然而纳米铜具有较强的氧化倾向，纳米铜氧化后其耐疲劳性能降低，使得其形成的柔性电路长时间工作后电阻率急剧上升，无法长期稳定工作，阻碍了铜在柔性印刷电子的应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用，由本专利技术提供的铜基导电油墨制备得到的铜基柔性复合材料具有较高的耐疲劳性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种铜基导电油墨，包括以下质量百分含量的组分：
[0006][0007][0008]优选的，所述纳米铜的平均粒径为20～100nm；
[0009]所述石墨烯/铜复合材料中石墨烯和铜的质量比为5.8～6.2:1。
[0010]优选的，所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠；
[0011]所述有机溶剂包括醇类溶剂。
[0012]本专利技术还提供了上述技术方案所述铜基导电油墨的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将石墨烯/铜复合材料、纳米铜、粘结剂和有机溶剂混合，得到所述铜基导电油墨。
[0014]优选的，所述混合为球磨；
[0015]所述球磨的球料比为2～3:1；
[0016]所述球磨用球为玛瑙球，所述玛瑙球为直径为5mm的玛瑙球和直径为8mm的玛瑙球；
[0017]所述直径为8mm的玛瑙球和直径为5mm的玛瑙球的质量比为15.8～16.2:3。
[0018]优选的，所述球磨的转速为380～420r/min；所述球磨的时间为7～9h。
[0019]本专利技术提供了一种铜基柔性复合材料，包括基材和沉积在所述基材表面的铜基复合材料；
[0020]所述铜基复合材料由上述技术方案所述铜基导电油墨或上述技术方案所述制备方法制备得到的铜基导电油墨烧结得到。
[0021]优选的，所述烧结的温度为300～330℃；所述烧结的时间为15～40min。
[0022]优选的，所述基材包括聚酰亚胺或聚乙烯醇。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述铜基柔性复合材料作为柔性印刷电子材料的应用。
[0024]本专利技术提供了一种铜基导电油墨，包括以下质量百分含量的组分：0.1～0.7％石墨烯/铜复合材料，52.1～59.1％纳米铜，2～5％粘结剂和38～43％有机溶剂。本专利技术提供的铜基导电油墨含有石墨烯/铜复合材料，在用于制备铜基柔性复合材料时使得铜基柔性复合材料中含有石墨烯/铜复合材料，在铜基柔性复合材料受到外力作用时，烧结后的纳米铜组织间会产生裂纹，当裂纹扩展至石墨烯/铜复合材料处，由于石墨烯具有较强的机械性能，能够阻止裂纹的进一步扩展，从而提高了铜基柔性复合材料的耐疲劳性能，进而保证由铜基柔性复合材料制备得到的柔性电路具有较低的电阻率变化率。
附图说明
[0025]图1为制备铜基柔性复合材料的流程示意图；
[0026]图2为实施例1制备得到的铜基柔性复合材料的SEM图；
[0027]图3为实施例1～3和对比例1制备得到的铜基柔性复合材料的电阻率柱状对比图；
[0028]图4为疲劳试验原理图；
[0029]图5为实施例1～3和对比例1制备得到的铜基柔性复合材料的疲劳折线图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种铜基导电油墨，包括以下质量百分含量的组分：
[0031][0032]在本专利技术中，以质量百分含量计，铜基导电油墨包括0.1～0.7％石墨烯/铜复合材料，优选为0.5～0.6％。在本专利技术中，所述石墨烯/铜复合材料中石墨烯和铜的质量比优选为5.8～6.2:1，更优选为6:1。在本专利技术中，所述石墨烯/铜复合材料优选按照以下步骤制备得到：
[0033]将石墨烯、高锰酸钾和浓硫酸混合，进行氧化反应，得到氧化石墨烯；
[0034]将所述氧化石墨烯、活化剂、缓冲剂、络合剂、铜源和水混合进行超声处理，得到负载铜离子的氧化石墨烯；
[0035]将所述负载铜离子的氧化石墨烯和还原剂混合，进行还原反应，得到所述石墨烯/铜复合材料。
[0036]本专利技术将石墨烯、高锰酸钾和浓硫酸混合，进行氧化反应，得到氧化石墨烯。在本专利技术中，所述石墨烯和高锰酸钾的质量比优选为1:4.3～4.7，更优选为1:4.5。在本专利技术中，所述石墨烯的质量和浓硫酸的体积比优选为5g:18～22mL，更优选为5g:20mL。在本专利技术中，所述混合优选在冰水浴中进行，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的时间优选为18～22min，更优选为20min。本专利技术对所述搅拌的转速无特殊要求，只要能够混合均匀即可。在本专利技术中，所述氧化反应在混合过程中进行。在本专利技术中，所述搅拌让氧化反应均匀、充分进行；所述氧化反应过程中在石墨烯表面插入羟基或羧基官能团，达到将石墨烯氧化的过程。
[0037]在本专利技术中，所述氧化反应后优选还包括：
[0038]将氧化反应的体系和双氧水混合，进行化学反应，得到硫酸锰；
[0039]将化学反应后的体系和盐酸水溶液混合后进行离心处理，得到固体；
[0040]将所述固体和水混合，进行冷冻干燥，得到所述氧化石墨烯。
[0041]本专利技术将氧化反应的体系和双氧水混合，进行化学反应，得到硫酸锰。本专利技术对所述混合无特殊限定，只要能够混合均匀即可。在本专利技术中，所述化学反应为双氧水和高锰酸钾在酸性环境中反应生成硫酸锰除去氧化反应后剩余的高锰酸钾。本专利技术对所述双氧水的用量无特殊要求只要能够使氧化反应剩余的高锰酸钾充分反应即可。
[0042]得到硫酸锰后，本专利技术将化学反应后的体系和盐酸水溶液混合后进行离心处理，得到固体。在本专利技术中，所述盐酸水溶液的质量浓度优选为8～12％，更优选为10％。本专利技术对所述混合无特殊限定，只要混合均匀即可。在本专利技术中，氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，加入盐酸水溶液利于将氧化石墨烯与水分离。在本专利技术中，所述离心处理的次数优选为5～7次，更优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基导电油墨，包括以下质量百分含量的组分：2.根据权利要求1所述铜基导电油墨，其特征在于，所述纳米铜的平均粒径为20～100nm；所述石墨烯/铜复合材料中石墨烯和铜的质量比为5.8～6.2:1。3.根据权利要求1所述铜基导电油墨，其特征在于，所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠；所述有机溶剂包括醇类溶剂。4.权利要求1～3任一项所述铜基导电油墨的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯/铜复合材料、纳米铜、粘结剂和有机溶剂混合，得到所述铜基导电油墨。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述混合为球磨；所述球磨的球料比为2～3:1；所述球磨用球为玛瑙球，所述玛瑙球为直径为5mm的玛瑙球和直径为8mm的玛瑙球；所述直径为8mm的玛瑙...

【专利技术属性】
技术研发人员：程国文，刘强，黄永德，陈宜，张泽龙，孙晨阳，章魁康，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：