【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于印刷电子，更具体的说是涉及一种高性能水性碳基导电油墨及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在科技、物联网快速发展的时代，人工智能、生物医疗、柔性电子、新能源等领域发展迅速，大众对轻量化、智能化、柔性化的微型电子产品的需求不断增加，使得印刷电子技术取得显著成果。目前，该技术已应用于许多电子产品的开发与应用，如柔性导电线路、射频识别标签、传感器、可穿戴器件和纳米机器人等。而导电油墨作为印刷电子技术的核心部分，可以将设计好的图案通过印刷技术印制在各种基材上，组装成各种功能器件，展现出巨大的科研和商业价值。
2、目前，金属纳米材料油墨是常见的导电油墨，且由于其高的导电率被广泛研究。然而它们存在高成本和不稳定性问题，例如金属氧化和银电子迁移。因此用稳定、廉价、化学惰性和无毒的碳材料代替金属材料用于大规模生产具有重要意义。尽管新型的碳纳米管、石墨烯由于其优异的机械性能、光电性能等，在油墨领域中被深入研究，然而由于它们相对昂贵的价格、复杂的制备过程、产量低等因素，限制它们在油墨领域中的大规模应用。相比之下，传统的石墨和炭黑由于实用性和经济优势，在科研界和工业界仍然具有强的吸引力。
3、近年来，随着绿色发展理念的不断深入贯彻，环保材料越来越受到研究者的关注。迫切需要开发一种具有成本效益、绿色环保、高性能的可规模化生产的导电油墨。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高性能水性碳基导电油墨及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题。
2、
3、本专利技术技术方案之一：提供一种高性能水性碳基导电油墨，按质量份计，原料包括：
4、导电填料10～30份、粘结剂18～30份、溶剂32～69份和助剂3～8份。
5、进一步的，所述导电填料由石墨和炭黑组成，质量比为10:1～3。
6、优选的，所述石墨的平均粒径为1000～3000目。
7、优选的，所述炭黑的平均粒径为10～18nm。
8、上述进一步及优选方案的有益效果为：大尺寸石墨片的选取可以有效降低石墨片与片之间的接触电阻，小粒径炭黑的加入，可以较均匀的分散在石墨片上，在防止石墨片聚集堆叠的同时，提供更多的纵向导电路径，进而提高材料整体导电效果。
9、进一步的，所述粘接剂为水性聚氨酯。
10、优选的，所述水性聚氨酯包括f0407型水性聚氨酯和/或f0410型水性聚氨酯，更优选为f0407型水性聚氨酯。
11、进一步的，所述溶剂为去离子水；
12、进一步的，所述助剂包括水性消泡剂、水性炭黑分散剂、羧甲基纤维素钠和乙二醇中的至少两种。
13、优选的，所述水性消泡剂包括byk028、byk022和byk011中的一种，更优选为byk028。
14、优选的，所述水性炭黑分散剂包括ds-w72h、akn-2076和t-859中的一种，更优选为t-859。
15、本专利技术技术方案之二：提供一种高性能水性碳基导电油墨的制备方法，步骤包括：
16、将导电填料、粘结剂、溶剂和助剂混合搅拌分散后，经球磨即得所述高性能水性碳基导电油墨。
17、进一步的，所述搅拌分散的转速为1000～4000r/min，时间为3～8h。
18、进一步的，所述球磨的转速为300～800r/min，时间为3～8h。
19、本专利技术技术方案之三：提供一种上述高性能水性碳基导电油墨在柔性电子领域的应用。
20、进一步的，所述应用的方法包括：将所述高性能水性碳基导电油墨在基底上进行电路印刷或电极印刷后在25～180℃条件下干燥2～12h。
21、优选的，所述基底包括纸张基底或聚对苯二甲酸乙二醇酯基底。
22、优选的，还包括，将干燥后的电极组装成全固态微型超级电容器。
23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，具有如下有益效果：
24、本专利技术通过简单的分散、球磨工艺，构筑一种“炭黑-少层石墨片-炭黑”三维结构，以价格低廉的石墨和炭黑为导电填料，水和水溶性组分(粘结剂和助剂)为液相，制备得到了一种具有低成本、高稳定性、高导电性、优异机械柔性、绿色环保型油墨。
25、本专利技术选用的梯度级导电填料，由石墨和炭黑组成，石墨经高速分散、球磨产生的剪切力被剥离成更薄的少层石墨片，此时炭黑的加入增加油墨粘度的同时会有效阻止少层石墨片团聚，经过搅拌分散工艺使得油墨各组分初步均匀混合分散，再经过球磨工艺使得油墨各组分充分均匀混合分散，炭黑较均匀附着在少层石墨片上，进而提高油墨材料整体稳定性和导电性。之后配合丝网印刷技术可将油墨印刷成高导电性、高机械柔性导电线路，所印刷的导电电路可替代部分传统金属导线，实现电路组装。同时也可印刷出具有叉指结构的电极，组装成全固态柔性微型超级电容器，实现能量存储，在柔性电子领域展现出巨大潜力。
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1.一种高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，按质量份计，原料包括：
2.根据权利要求1所述的高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，所述石墨和炭黑的质量比为10:1～3；所述石墨的平均粒径为1000～3000目；所述炭黑的平均粒径为10～18nm。
3.根据权利要求1所述的高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，所述水性聚氨酯包括F0407型水性聚氨酯和/或F0410型水性聚氨酯；所述水性消泡剂包括BYK028、BYK022和BYK011中的一种；所述水性炭黑分散剂包括DS-W72H、AKN-2076和T-859中的一种。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高性能水性碳基导电油墨的制备方法，其特征在于，步骤包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌分散的转速为1000～4000r/min，时间为3～8h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为300～800r/min，时间为3～8h。
7.一种如权利要求1～3任一项所述的高性能水性碳基导电油墨在柔性电子领域的应用。>
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用的方法包括：将所述高性能水性碳基导电油墨在基底上进行电路印刷或电极印刷后在25～180℃条件下干燥2～12h。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述基底包括纸张基底或聚对苯二甲酸乙二醇酯基底。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，还包括，将干燥后的电极组装成全固态微型超级电容器。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，按质量份计，原料包括：
2.根据权利要求1所述的高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，所述石墨和炭黑的质量比为10:1～3；所述石墨的平均粒径为1000～3000目；所述炭黑的平均粒径为10～18nm。
3.根据权利要求1所述的高性能水性碳基导电油墨，其特征在于，所述水性聚氨酯包括f0407型水性聚氨酯和/或f0410型水性聚氨酯；所述水性消泡剂包括byk028、byk022和byk011中的一种；所述水性炭黑分散剂包括ds-w72h、akn-2076和t-859中的一种。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高性能水性碳基导电油墨的制备方法，其特征在于，步骤包括：
5.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘一鸣，张王刚，王梦虎，王剑，卫爱丽，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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