一种功能纳米颗粒分散浆料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种功能纳米颗粒分散浆料及其制备和应用，以纤维电极作为导电基底，在纤维电极表面覆盖一层纳米颗粒薄膜，以此作为纤维电子器件功能层，应用于高性能纤维电子器件中，制备方式如下：将采用机械搅拌混合均匀的含粘结剂和分散助剂的分散液以及功能纳米颗粒在球磨机中进行球磨处理，分离研磨球、抽真空除气泡后，得到纳米颗粒分散浆料，再通过连续涂覆工艺在高曲率的纤维电极基底上制备出高质量的纳米颗粒薄膜。与现有技术相比，本发明专利技术制备条件温和、工艺简单、易控制、重复性好、可规模生产，制备得到的功能纳米颗粒分散浆料具有分散性好、颗粒尺寸均匀、孔隙间距可调、成膜性好等优点，广泛应用于纤维电子器件领域。广泛应用于纤维电子器件领域。广泛应用于纤维电子器件领域。

【技术实现步骤摘要】
一种功能纳米颗粒分散浆料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种功能纳米颗粒分散浆料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]具有一维结构的纤维状柔性电子器件，因其轻质、可编织、结构灵活多样等特性，可更好地集成在织物上，得到具有多功能的电子纺织品。此外，柔性的纤维电子器件还可直接或间接与皮肤紧密贴合，实时监测人体和环境状态，成为可穿戴电子技术的最理想形态。
[0003]在纤维电子器件中，纤维电极上的功能涂层发挥着至关重要的作用，涂层的均匀性、牢固性等参数直接决定着电子器件的工作性能和使用寿命。由于纤维具有一维结构和高曲率表面，用于制备平面电子、能源器件功能层的技术如静电喷涂法、丝网印刷法、转印印刷法等，均无法有效在纤维的圆周面形成平整光滑、均匀的功能层。目前较为常用的纤维电子器件功能层的制备方法有阳极氧化法、水热法等，其制备工艺复杂、耗时长、产量低，而且制备得到的功能层力学性能差，导致器件工作性能不稳定，这些都极大地限制了纤维电子器件的实际应用。涂覆工艺具备操作便携、耗时短、生产设备能够良好匹配纤维一维特征结构的特点，已成为连续制备纤维电极功能层的主流技术之一。但目前缺乏能够在纤维基底形成平整光滑表面、具有良好成膜性的功能纳米颗粒浆料，主要是由于纳米尺寸的颗粒容易团聚，难以形成均匀、稳定的分散液。

技术实现思路

[0004]当前亟待开发一种制备工艺简单、耗时短、分散性好、颗粒尺寸均匀、孔隙间距可调、具备良好成膜性的功能纳米颗粒浆料，用于在纤维电极基底上连续高效制备高质量的功能层薄膜，进而应用于高性能纤维电子器件中。
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备工艺简单、耗时短、分散性好、颗粒尺寸均匀、孔隙间距可调、具备良好成膜性的功能纳米颗粒分散浆料及其制备和应用。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种功能纳米颗粒分散浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤(1)：在溶剂中加入粘结剂和分散助剂，通过机械搅拌混合均匀，得到分散液；
[0008]步骤(2)：将分散液加入到球磨罐中，再加入功能纳米颗粒、研磨球，将球磨罐密封后放置于球磨机；
[0009]步骤(3)：设置球磨机转速、球磨时间进行球磨处理，再经过分离研磨球以及抽真空除气泡，制备得到功能纳米颗粒分散浆料。
[0010]进一步地，步骤(1)中溶剂包括蒸馏水、无水乙醇或蒸馏水和无水乙醇的混合溶剂中的一种。
[0011]进一步地，步骤(1)中粘结剂包括海藻酸钠、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、丁苯乳胶等，
粘结剂与分散液的质量比为1:10～1:50。
[0012]进一步地，步骤(1)中分散助剂包括表面活性剂、成膜助剂、润湿剂或消泡剂中的一种或几种；分散助剂的加入可以降低溶液体系的表面张力，将纳米颗粒表面进行包裹，从而使功能纳米颗粒在溶液体系中稳定分散，并且在涂覆成膜时发挥流平作用，分散助剂与分散液的质量比为1:10～1:100；其中，所述的表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酰胺等，表面活性剂与分散液的质量比为1:75～1:250。
[0013]成膜助剂包括醇酯十二、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯等；润湿剂包括BYK
‑
ET 3000、BYK
‑
ET 3001、BYK
‑
ET 3002等；消泡剂包括聚二甲基硅氧烷、月桂酸、棕榈酸等。
[0014]进一步地，步骤(2)中分散液与球磨罐的体积比为1:2～1:5。
[0015]进一步地，步骤(2)中功能纳米颗粒包括金属功能纳米颗粒或无机非金属功能纳米颗粒，其中，所述的金属功能纳米颗粒包括二氧化钛、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氧化铁、氧化铝或氧化锡；所述的无机非金属功能纳米颗粒包括二氧化硅、炭黑、碳纳米管或石墨烯。
[0016]进一步地，步骤(2)中功能纳米颗粒的直径为5nm～800nm，功能纳米颗粒与分散液的质量比为1:1～1:19。
[0017]进一步地，步骤(2)中研磨球包括氧化铝研磨球、氧化锆研磨球或硅酸锆研磨球；研磨球的直径为1mm～8mm；研磨球与球磨罐的体积比为1:10～1:2；步骤(3)中球磨机转速为100rpm～1000rpm；球磨时间为15min～300min。
[0018]本专利技术的目的之二在于，提供一种采用上述方法制得的功能纳米颗粒分散浆料。
[0019]本专利技术的目的之三在于，提供一种功能纳米颗粒分散浆料的应用，将所述功能纳米颗粒分散浆料应用于纤维电子器件功能层制备中，具体地，将功能纳米颗粒分散浆料通过连续涂覆工艺在纤维电极表面覆盖一层平整光滑、致密、分布均匀的功能层薄膜，用以制备高性能纤维电子器件。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术以功能纳米颗粒、粘结剂、分散助剂为原料，通过球磨工艺制备用于纤维基底涂覆成膜的功能纳米颗粒分散浆料，通过球磨分散的方法获得分散性好、颗粒尺寸均匀、孔隙间距可调、具备良好成膜性的功能纳米颗粒浆料，可以通过连续涂覆工艺在纤维基底上制备高质量的纳米颗粒薄膜功能层；
[0022]2、本专利技术可在室温下进行球磨分散，制备工艺简单、条件温和、重复性好；
[0023]3、本专利技术所制备得到的功能纳米颗粒分散浆料分散性好、颗粒尺寸均匀、孔隙间距可调、具备良好的成膜性；
[0024]4、本专利技术制备的功能纳米颗粒分散浆料可通过连续涂覆工艺在纤维电极基底上制备出高质量的纳米颗粒薄膜，用以制备高性能纤维电子器件，该技术绿色环保，易于工业化制备。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1所制备的纳米二氧化钛分散浆料，涂覆于钛丝基底上形成的纳米二氧化钛薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片，其中图(b)为局部放大图。
[0026]图2为本专利技术实施例2所制备的纳米氧化锌分散浆料，涂覆于铝丝基底上形成的纳
米氧化锌薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片，其中图(b)为局部放大图。
[0027]图3为本专利技术实施例3所制备的纳米二氧化硅分散浆料，涂覆于不锈钢丝基底上形成的纳米二氧化硅薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片，其中图(b)为局部放大图。
[0028]图4为本专利技术实施例4所制备的纳米氧化镍分散浆料，涂覆于铂丝基底上形成的纳米氧化镍薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0029]图5为本专利技术实施例5所制备的纳米炭黑分散浆料，涂覆于不锈钢丝基底上形成的纳米炭黑薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0030]图6为本专利技术实施例1
‑
5的纤维用于制备纤维染料敏化太阳能电池，在AM 1.5的标准太阳光下测试短路电流密度
‑
电压关系曲线。
具体实施方式
[0031]下面将结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。需要指出的是，对本领域的普通技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能纳米颗粒分散浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：在溶剂中加入粘结剂和分散助剂，通过机械搅拌混合均匀，得到分散液；步骤(2)：将分散液加入到球磨罐中，再加入功能纳米颗粒、研磨球，将球磨罐密封后放置于球磨机；步骤(3)：设置球磨机转速、球磨时间进行球磨处理，再经过分离研磨球以及抽真空除气泡，制备得到功能纳米颗粒分散浆料。2.根据权利要求1所述的一种功能纳米颗粒分散浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中溶剂包括蒸馏水、无水乙醇或蒸馏水和无水乙醇的混合溶剂中的一种。3.根据权利要求1所述的一种功能纳米颗粒分散浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中粘结剂包括海藻酸钠、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯或丁苯橡胶，粘结剂与分散液的质量比为1:10～1:50。4.根据权利要求1所述的一种功能纳米颗粒分散浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中分散助剂包括表面活性剂、成膜助剂、润湿剂或消泡剂中的一种或几种；分散助剂与分散液的质量比为1:10～1:100；其中，所述的表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸钠或聚丙烯酰胺，表面活性剂与分散液的质量比为1:75～1:250。5.根据权利要求1所述的一种功能纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭慧胜，朱正峰，胥鉴宸，林正锰，陈培宁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：