CN104464883B

CN104464883B - 表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用

Info

Publication number: CN104464883B
Application number: CN201410828734.9A
Authority: CN
Inventors: 刘立伟; 李伟伟; 李奇; 陈明亮; 郭玉芬; 邱胜强; 刘朝军
Original assignee: SUZHOU GRAPHENE NANO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU GRAPHENE NANO TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104464883A

Abstract

本发明公开了一种表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用。该导电浆料包括如下组分（wt%）：表面吸附分散剂的石墨烯1～10%、导电填料20～50％、溶剂40～70％、有机粘结剂5～15％、辅助填料0～10％、功能添加剂0～3％；其制备方法包括：将石墨烯粉体与分散剂混合，形成表面吸附分散剂的石墨烯粉体，之后与溶剂及有机粘结剂在加热状态下混合成均匀状态的有机载体，再将导电填料等均匀分散于所述有机载体中，获得所述导电浆料。本发明导电浆料较之传统导电浆料具有导电性提高、寿命增加、重量降低、附着立高等优点，同时其制备方法简单、成本低，在太阳能电池、LED、RFID、抗静电、打印电路、电磁屏蔽等方向中有重要的应用前景。

Description

表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种导电浆料，特别涉及一种表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料及其制备方法和应用，属于纳米技术和微电子领域。

背景技术

近年来，导电浆料作为一种具有特定功能的基础电子材料，在印刷电路板、太阳能电池、LED、RFID射频天线、触摸屏线路、柔性印刷电路FPC等电子线路领域得到广泛应用。石墨烯(Graphene)是单层石墨片构成的二维碳纳米结构材料，石墨烯具有优异的力学、电学和热学性能。特别地，石墨烯的迁移率可达2×10⁴cm²/V×s为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达10⁸S/m，可耐受为10⁸A/cm²的电流，是铜耐受能力的100倍。将石墨烯添加到导电浆料中不仅可以提高电导率，还可以保证同样导电性能的条件下降低Ag、Cu等贵金属的用量，降低成本。进一步地，由于石墨烯本身的惰性、密度低等优点，石墨烯的添入可以提高导电浆料的使用寿命及降低浆料的密度。然而石墨烯在加工过程中容易不可逆堆垛、分散性差等缺点限制了石墨烯在导电浆料优异性能的发挥。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料及其制备方法，其能充分发挥石墨烯优异的导电性能，而且在后续加工过程中不发生堆垛，较之传统导电浆料具有导电性提高、寿命增加、重量降低等优点，同时其制备方法简单、成本低。

本发明的另一目的在于提供所述石墨烯导电浆料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料，包括按质量百分比计算的如下组分：表面吸附分散剂的石墨烯1～10％、导电填料20～50％、溶剂40～70％、有机粘结剂5～15％、辅助填料0～10％、功能添加剂0～3％。

优选的，所述石墨烯的尺寸小于20um，厚度为1-30层，电导率不低于10⁵S/m。

进一步的，所述分散剂可优选自但不限于导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一种或两种以上的组合。其中，点状或块状分散剂的尺寸为10nm-5μm，线状分散剂长度为1μm-20μm，宽度或直径为1nm-50nm。

优选的，所述分散剂与石墨烯的质量比例为1：20-10:1。

进一步的，所述填料可优选自但不限于银粉、镍粉、铜粉、铝粉或铝合金、导电磷铁合金粉、导电钛白粉、导电石墨、碳纳米管、导电碳纤维、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述有机粘结剂可优选自但不限于酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素、松香、琥珀、虫胶中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述溶剂可优选自但不限于乙酸丁酯、异丙醇、DBE、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纤剂醋酸酯、无水乙醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、DMF、NMP、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述功能添加剂可以包括偶联剂、防沉降剂、流平剂、界面活性剂、消泡剂中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述偶联剂可优选自但不限于道康宁A-1020。

进一步的，所述流平剂可优选自但不限于BYK-161。

进一步的，所述界面活性剂可优选自但不限于聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、Triton-100、吐温、Tego Dispers610s中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述消泡剂可优选自但不限于Tego Foamex N、乙醇中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述辅助填料可优选自但不限于玻璃粉、ZnO、Al₂O₃、SiO₂、SnO₂、TiO₂中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，该表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料的粘度为50～30000mPas。

所述表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料的制备方法包括：

将石墨烯粉体与分散剂混合，形成表面吸附分散剂的石墨烯粉体，其中采用的混合方式包括溶剂混合、机械混合或气流混合；

将所述表面吸附分散剂的石墨烯粉体与溶剂及有机粘结剂在50-100℃，优选在60℃的条件下混合成均匀状态的有机载体，再将导电填料、辅助填料、功能添加剂均匀分散于所述有机载体中，获得所述导电浆料。

作为优化，在将导电填料、辅助填料、功能添加剂等通过高速分散混匀后加入至有机载体中，经过真空搅拌机搅拌及三辊机或砂磨机研磨后，最终获得所述导电浆料。

所述表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料于制备电子器件或光电器件中的应用，所述电子器件或光电器件可包括但不限于太阳能电池、LED、RFID、抗静电器件、印刷电路、打印电路或电磁屏蔽器件。

一种装置，包含所述表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料形成的导电结构。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优势：

(1)通过将分散剂与石墨烯预先混合，获得的表面吸附分散剂的石墨烯粉体，在后期的加工过程中石墨烯不容易发生不可逆堆垛，石墨烯粉体容易分散，从而充分发挥石墨烯优异的导电性。

(2)通过表面吸附分散剂的石墨烯粉体获得的导电浆料具有导电性能好、寿命长、成本低、制备工艺简单等优点。

附图说明：

图1为本发明一典型实施方案之中一种表面吸附分散剂的石墨烯粉体的结构示意图；

图2为实施例1中通过溶剂混合形成的表面吸附炭黑的石墨烯粉体的SEM图。

具体实施方式

本发明通过将小粒径的分散剂通过溶剂混合、气流混合、机械混合等方式先与石墨烯复合形成一种表面吸附分散剂的石墨烯粉体(请参阅图1)，由于石墨烯表面吸附了分散剂，在后续的加工过程中，石墨烯片层之间因分散剂阻隔不会发生堆垛，保证了石墨烯均匀地分散到有机体中，充分发挥石墨烯优异地导电性能。

以下结合附图及若干实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

取100g石墨烯粉体(平均尺寸小于20um，厚度为1-30层，电导率不低于10⁵S/m)与100g炭黑在乙醇中超声1h，混合均匀后烘干得到表面吸附炭黑的石墨烯粉体(如图2)。将此粉体与300g乙基纤维素，3000g松油醇，1000g 10nm银粉通过真空搅拌机搅拌3h至浆料均匀，通过三辊机研磨5h，得到石墨烯最大尺寸为2μm的导电浆料。该浆料粘度为500-3000mPas,成膜后方块电阻为10Ω/sq，可以作为导电油墨应用于打印电路。

实施例2：

取1g石墨烯粉体(同实施例1)与1g炭黑在乙醇中超声1h，混合均匀后烘干得到表面吸附炭黑的石墨烯粉体，将此粉体与3g乙基纤维素、30g松油醇、30g 10nm银粉、2g玻璃粉、0.5gTiO₂、流平剂BYK-161 0.1g、通过真空搅拌机搅拌3h至浆料均匀，通过三辊机研磨5h获得导电浆料，该浆料可以通过丝网印刷制成用于太阳能电池正面电极，粘附力强。该浆料粘度为1000-3000mPas,成膜后方块电阻为0.5Ω/sq。

对照例1：该对照例与实施例1基本相同，但以石墨烯粉体替换表面吸附炭黑的石墨烯粉体形成了导电浆料。成膜后方块电阻为50Ω/sq，表面电阻明显差于实施例1。而且表面粗糙度度也高于实施例1中的浆料。

对照例2：该对照例与实施例1基本相同，但以炭黑替换表面吸附炭黑的石墨烯粉体形成了导电浆料。成膜后方块电阻为5Ω/sq，表面电阻明显差于实施例1。而且表面粗糙度度也高于实施例1中的浆料。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于包括：

将所述表面吸附分散剂的石墨烯粉体与溶剂及有机粘结剂在50-100℃的条件下混合成均匀状态的有机载体，再将导电填料、辅助填料、功能添加剂均匀分散于所述有机载体中，获得所述导电浆料；

所述导电浆料包括按质量百分比计算的如下组分：表面吸附分散剂的石墨烯1～10％、导电填料20～50％、溶剂40～70％、有机粘结剂5～15％、辅助填料0～10％、功能添加剂0～3％；其中所述石墨烯的尺寸小于20μm，厚度为1-30层，电导率不低于10⁵S/m，所述分散剂包括点状或块状分散剂或者线状分散剂，所述点状或块状分散剂的尺寸为10nm-5μm，所述线状分散剂的长度为1μm-20μm，宽度或直径为1nm-50nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电填料包括银粉、镍粉、铜粉、铝粉或铝合金粉、导电磷铁合金粉、导电钛白粉、导电石墨、碳纳米管、导电碳纤维、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮树脂、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素、松香、琥珀、虫胶中的任一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括乙酸丁酯、异丙醇、DBE、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纤剂醋酸酯、无水乙醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、DMF、NMP、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中的任一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述功能添加剂包括偶联剂、防沉降剂、流平剂、界面活性剂、消泡剂中的任一种或两种以上的组合；

所述流平剂包括BYK-161；

所述界面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、吐温、Tego Dispers610s中的任一种或两种以上的组合；

所述消泡剂包括Tego Foamex N、乙醇中的任一种或两种以上的组合。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述辅助填料包括玻璃粉、ZnO、Al₂O₃、SiO₂、SnO₂、TiO₂中的任一种或两种以上的组合。

8.权利要求1-7中任一项所述方法制备的表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料于制备电子器件或光电器件中的应用，所述电子器件或光电器件包括太阳能电池、LED、RFID、抗静电器件、印刷电路、打印电路或电磁屏蔽器件。