CN105038411A - 一种导电油墨及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种导电油墨及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

<b>本发明公开了一种</b><b>导电油墨及其制备方法和使用方法。它按重量份由以下成分制得：PEDOT:PSS溶液0.5-10份；溶剂73.0-97.9份；聚羧酸成膜助剂0.5-5.0份；有机硅偶联剂0.1-2.0份；乙二醇或DMSO1.0-10.0份。本发明具有导电率高、稳定性好和膜强度高的优点。</b>

Description

一种导电油墨及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及一种导电油墨及其制备方法和使用方法,属于导电高分子功能材料领域。
背景技术
聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)是一种新型的导电聚合物材料。PEDOT的噻吩环3,4-位上引入的乙撑二氧基可有效阻止单体二氧乙基噻吩(EDOT)聚合时噻吩环上Cα-Cβ的连接,从而使聚合物分子链更为规整有序,其结构简式如图1所示。然而,本征态的PEDOT导电性能很差,且不溶不熔,在很大程度上限制了PEDOT在各个领域的应用研究。经过聚(对苯乙烯磺酸)根阴离子(PSS)(其结构如图2所示)掺杂的PEDOT可以很好地分散在水溶液中,形成一种稳定的PEDOT：PSS悬浮液,该悬浮液在塑料或玻璃基片上可以形成一种淡蓝色的PEDOT：PSS透明导电膜。此种薄膜不仅易于加工,同时还具有导电率高、透光性好、耐热、绿色环保等优点,目前已被广泛应用于有机太阳能电池、有机发光二极管及超级电容器等领域的研究。
随着近年电子行业的发展，中国已成为电子终端产品的最大的生产基地。据工信部统计，中国大陆加工的各类终端电子产品如电视、显示器、笔记本、手机等产量已占全球50％以上的份额，电子产品对外的出口和消费潜力巨大的大陆市场对拉动触摸屏产业的发展非常明显。
在触控面板的透明导电膜中，ITO占有95％的市占率，几乎占尽电容式触控所有市场。尽管ITO(铟锡氧化物)透明导电感测材料仍然在触控面板中占有主导地位，但近来随着大尺寸触控屏幕应用增加，以及穿戴式显示器带动可挠式面板市场，让ITO技术上的限制跟着浮现，一些取代技术纷纷出笼，ITO未来几年内将面临各种不同技术的竞争。
部分非ITO薄膜技术的优势在于能够涵盖ITO薄膜及玻璃两种不同尺寸的市场，特别是一些技术已经实际应用在ITO薄膜所无法使用的大尺寸触摸屏市场中。此外，由于铟为稀有金属，价格波动幅度大，寻找稀有金属的代替品从2007年起已被美国、日本等国列为国家的战略。
导电高分子材料，相对于ITO材料，在价格上优势很大。同时高分子材料的柔韧度远高于ITO，可解决ITO电极易碎的问题，并可用于大尺寸及可穿戴技术，受到广泛关注。尤其是PEDOT:PSS材料，通过化学掺杂等方式导电率可达到103数量级，透光性好，价格低、可弯曲等特点，被认为是ITO的理想代替材料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种导电油墨及其制备方法和使用方法。本发明具有导电率高、稳定性好和膜强度高的优点。
本发明的技术方案：一种导电油墨，按重量份由以下成分制得；
上述的导电油墨中，按重量份由以下成分制得；
前述的导电油墨中，所述的溶剂为醇类、醚类、酮类和酯类溶剂中的一种或多种。
前述的导电油墨中，所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为0.5％-5wt％。
前述的导电油墨中，所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为1-3wt％。
前述的导电油墨中，所述的PEDOT:PSS溶液的制备方法是，向1-20份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到1.0-2.0，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液1-20份，以每1-5秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
前述的导电油墨中，所述的PSSNa为1-5份。
前述的导电油墨的制备方法，该方法是向PEDOT:PSS油墨中添加聚羧酸成膜助剂，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂和乙二醇或DMSO，得到成品。
前述的导电油墨的使用方法，将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120℃下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。
本发明是向PEDOT:PSS溶液中添加聚羧酸成膜助剂，提高从而提高了油墨的成膜性；同时在油墨中加入有机偶联剂，提高油墨固化以后在玻璃表面的附着力；在油墨中配合乙二醇或DMSO，可提高成膜过程中PEDOT纳米结晶的取向性，以此来提高所成膜的导电性能。现有技术存在PEDOT：PSS水溶液的成膜性差，成膜后耐水溶性和耐磨擦性差，硬度低以及在玻璃表面附着力差等问题，本发明一方面改进了PEDOT：PSS水溶液的制备方法，从而缓解了上述问题，另一方面通过在油墨配方中配合具有良好成膜性的聚羧酸成膜助剂，提高成膜的硬度和耐摩擦性，并且通过有机硅交联剂的配合，提高了在玻璃表面的附着力。其中DMSO或乙二醇作为掺杂剂可以提高导电率，可以从掺杂前的5S/CM增加到300S/CM，油墨粘度控制在5mPa·s-200mPa·s。
申请人还对乙二醇或DMSO的含量比例作了对比试验，试验结果如下表所示：
从上述数据可知，当聚羧酸成膜助剂在1.5-3份时，3-5份的乙二醇的电导率达到100-169.5，效果非常好。此外，还具有不溶，易脱落的优点，具有非常突出的技术效果。
附图说明
附图1是PEDOT(a)的构造式；
附图2是PSS(b)的构造式
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。
实施例1：一种导电油墨，由以下成分制得；
所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为5wt％。
所述的PEDOT:PSS溶液可采用市面市售的常规溶液，或者采用以下PEDOT:PSS溶液的制备方法：向18份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到1.5，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液15份，以每3秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
上述导电油墨的制备方法，该方法是向PEDOT:PSS水溶液和有机溶剂混合，有机溶液为醇类溶剂，添加聚羧酸成膜助剂和乙二醇，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂，得到成品。
导电油墨的使用方法，是将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120℃下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。
实施例2：一种导电油墨，包括；
所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为1wt％。
所述的PEDOT:PSS溶液的制备方法是，向5份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到2，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液15份，以每1秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
上述导电油墨的制备方法，该方法是向PEDOT:PSS水溶液和有机溶剂混合，有机溶液为醇类溶剂，添加聚羧酸成膜助剂和DMSO，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂，得到成品。
导电油墨的使用方法，是将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120℃下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。
实施例3：一种导电油墨，包括；
所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为2wt％。
所述的PEDOT:PSS溶液的制备方法是，向4份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到1，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液5份，以每3秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
上述导电油墨的制备方法，该方法是向PEDOT:PSS水溶液和有机溶剂混合，有机溶液为醇类溶剂，添加聚羧酸成膜助剂，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂和乙二醇，得到成品。
导电油墨的使用方法，是将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120℃下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。
实施例4：一种导电油墨，包括；
所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为1.5wt％。
所述的PEDOT:PSS溶液的制备方法是，向4份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到1，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液5份，以每3秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
上述导电油墨的制备方法，该方法是向PEDOT:PSS水溶液和有机溶剂混合，有机溶液为醇类溶剂，添加聚羧酸成膜助剂，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂和乙二醇，得到成品。
导电油墨的使用方法，是将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120℃下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。

Claims (9)

1.一种导电油墨，其特征在于：按重量份由以下成分制得；
PEDOT:PSS溶液0.5-10份；
溶剂73.0-97.9份；
聚羧酸成膜助剂0.5-5.0份；
有机硅偶联剂0.1-2.0份；
乙二醇或DMSO1.0-10.0份。
2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于：按重量份由以下成分制得；
PEDOT:PSS溶液1.0-3.0份；
溶剂90.0-97.0份；
聚羧酸成膜助剂1.5-3.0份；
有机硅偶联剂0.5-1.0份；
乙二醇或DMSO3.0-5.0份。
3.根据权利要求1或2所述的导电油墨，其特征在于：所述的溶剂为醇类、醚类、酮类和酯类溶剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的导电油墨，其特征在于：所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为0.5%-5wt%。
5.根据权利要求4所述的导电油墨，其特征在于：所述的PEDOT:PSS溶液的固含量为1-3wt%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的导电油墨，其特征在于：所述的PEDOT:PSS溶液的制备方法是，向1-20份PSSNa的水溶液通氮气，在机械搅拌条件下鼓泡并加热除氧，然后调溶液pH值到1.0-2.0，用注射器注入1份EDOT，并搅拌2小时；取配好的(NH4)2S2O8水溶液1-20份，以每1-5秒一滴的速度，向反应体系中滴入4小时，然后搅拌48小时，搅拌后的反应液过阴阳离子树脂，除去溶液中的电解质离子，得成品。
7.根据权利要求6所述的导电油墨，其特征在于：所述的PSSNa的水溶液为1-5份。
8.根据权利要求1-7任一项所述的导电油墨的制备方法，其特征在于：该方法是向PEDOT:PSS和溶剂混合，再添加聚羧酸成膜助剂，保持成膜后，再加入有机硅偶联剂和乙二醇或DMSO，得到成品。
9.根据权利要求1-7任一项所述的导电油墨的使用方法，其特征在于：将导电油墨滴加到旋转涂敷仪的玻璃基片上，然后在2000rpm的转速下旋转涂敷5s，形成薄膜；将玻璃基片在烘箱中120oC下烘烤5min，冷却后用四探针测试其导电率。
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