CN106520008A - 碳纳米管导电球及其制备方法与导电胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳纳米管导电球及其制备方法与导电胶及其制备方法。本发明的碳纳米管导电球的制备方法，使用碳纳米管直接包裹微球制得碳纳米管导电球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制备过程中使用表面具有极性基团的碳纳米管分散于溶剂中，无需使用表面活性剂就能形成分散均匀的碳纳米管分散溶液，避免了表面活性剂对碳纳米管导电球以及后续制作的导电胶的导电性能造成影响，制得的碳纳米管导电球导电性能优异，可应用于导电胶中取代传统的导电金球。本发明的导电胶的制备方法，采用碳纳米管导电球作为导电粒子，代替目前导电胶中常用的导电金球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制得的导电胶导电性能优异。

Description

碳纳米管导电球及其制备方法与导电胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电胶技术领域，尤其涉及一种碳纳米管导电球及其制备方法与导电胶及其制备方法。
背景技术
液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用，如：移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机、计算机屏幕或笔记本电脑屏幕等。
现有市场上的液晶显示装置大部分为背光型液晶显示装置，其包括壳体、设于壳体内的液晶面板及设于壳体内的背光模组(Backlight module)。传统的液晶面板的结构是由一彩色滤光片基板(Color Filter)、一薄膜晶体管阵列基板(Thin Film TransistorArray Substrate，TFT Array Substrate)以及一配置于两基板间的液晶层(LiquidCrystal Layer)所构成，其工作原理是通过在两片玻璃基板上施加驱动电压来控制液晶层的液晶分子的旋转，将背光模组的光线折射出来产生画面。
目前，在液晶显示产业中常用掺有导电金球(Au ball)的框胶来导通上下基板。导电金球通常通过在聚合物微球表面形成厚度在100nm左右的金/镍导电层形成，在液晶显示器中，掺有导电金球的框胶用来在特殊点位导通上下基板，当上下基板贴合后，导电金球外层的金/镍包裹层能够传输电子(电导率要求达到2.4×105S/cm)，导电金球内核具有弹性的聚合物微球能够缓冲贴合后的压力。另外，导电金球也被广泛应用于异方性导电胶膜(ACF)中，用于连接器件。传统的导电金球是采用化学镀法制备，此方法能耗大，而且易产生重金属污染，成本较高。
碳纳米管(carbon nanotube，CNT)由单层或多层石墨片卷曲而形成，其直径一般为几十纳米，长度几到几十微米，独特的微观结构决定了其良好的电性能、优异的导热性能及超强的综合机械性能。这些优异的性能使得碳纳米管有许多潜在的用途。碳纳米管因高比强度、高长径比可以应用于复合材料的增强体，良好的导电性使它成为原子力显微镜及扫描隧道显微镜的探针的很好的材料，良好的半导体特性使碳纳米管可以用于制造二极管、三极管、单分子开关、记忆单元以及分子电路的导线；利用碳纳米管的光电转换特性也可以制造轻巧、廉价、高效的太阳能电池。碳纳米管很强的电子发射特性使其可以用于制造大屏幕、超薄、高清晰度、高亮度、节能、长寿命并可弯曲的显示屏。
现有一种采用碳纳米管包裹聚合物微球或二氧化硅(SiO2)微球来制备碳纳米管导电球的方法，通过将碳纳米管分散在含有表面活性剂的溶剂中，形成碳纳米管分散液，将所述碳纳米管分散液与聚合物微球或二氧化硅微球混合后，对混合液进行离心、过滤、干燥处理制得碳纳米管导电球，此方法较为复杂，引入表面活性剂后再去除时，会存在表面活性剂去除不完全的问题，由于表面活性剂是不导电的有机物，会破坏碳纳米管的导电网络，从而影响形成的碳纳米管导电球的导电性能，进而影响采用该碳纳米管导电球作为导电粒子制备的导电胶的导电性能，另一方面，当将碳纳米管导电球与有机胶材混合以制备导电胶时，碳纳米管导电球表面残留的多余表面活性剂还会影响胶材的固化，从而破坏导电胶的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米管导电球的制备方法，无重金属污染，对环境友好，步骤简单，成本较低，适合大规模生产。
本发明的目的还在于提供一种碳纳米管导电球，可取代传统的导电金球，具有良好的导电性能。
本发明的目的还在于提供一种导电胶的制备方法，无重金属污染，对环境友好，步骤简单，成本较低，适合大规模生产。
本发明的目的还在于提供一种导电胶，具有良好的导电性能。
为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管导电球的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管分散于所述溶剂中，得到碳纳米管分散溶液；
步骤2、提供微球，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液混合均匀，得到碳纳米管/微球混合溶液，对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理，取下层沉淀物，干燥后得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球包括微球以及包裹于所述微球表面的碳纳米管。
所述步骤1中，所述极性基团包括羟基、羧基、氨基、羰基、及环氧基中的至少一种；所述溶剂为极性溶剂，所述极性溶剂包括水、乙醇、丙酮、及异丙醇中的至少一种。
所述步骤1包括：
步骤11、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂混合在一起，进行超声处理后，得到碳纳米管悬浮液；
步骤12、对所述碳纳米管悬浮液进行离心处理，取上清液，得到碳纳米管分散溶液。
所述步骤11中，所述超声处理的功率为200w～900w，超声时间为10min～24h；
所述步骤12中，所述离心处理的转速为2000rpm～5000rpm，离心时间为5min～60min。
所述步骤2中，所述微球包括有机聚合物微球与无机物微球中的至少一种；所述有机聚合物微球包括聚苯乙烯微球、聚苯胺微球、聚吡咯微球、聚噻吩微球及聚丙烯酸树脂微球中的至少一种；所述无机物微球包括二氧化硅微球；所述微球的粒径范围为1μm～30μm。
所述步骤2中，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液按照碳纳米管：微球＝1:4～1:200的质量比进行混合；
采用超声处理的方法对所述微球与所述碳纳米管分散溶液进行混合，超声功率为50w～300w，超声时间为10min～10h；
对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理的转速为1000rpm～3000rpm，离心时间为3min～30min；
对下层沉淀物进行干燥处理的方法为：60℃～100℃温度下烘干0.5h～10h，或者为：使用液氮直接冷冻后，真空冷冻干燥5h～48h。
本发明还提供一种碳纳米管导电球，采用上述碳纳米管导电球的制备方法制得。
本发明还提供一种导电胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供有机树脂胶，将所述有机树脂胶与所述碳纳米管导电球混合均匀，得到导电胶。
所述步骤20中，按照所述有机树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:0.1～100:60的比例对所述有机树脂胶与碳纳米管导电球进行混合；所述有机树脂胶包括环氧树脂胶与聚甲基丙烯酸甲酯胶中的至少一种。
本发明还提供一种导电胶，采用上述导电胶的制备方法制得。
本发明的有益效果：本发明提供的一种碳纳米管导电球的制备方法，使用碳纳米管直接包裹微球制得碳纳米管导电球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制备过程中使用表面具有极性基团的碳纳米管分散于溶剂中，无需使用表面活性剂就能形成分散均匀的碳纳米管分散溶液，避免了表面活性剂对碳纳米管导电球以及后续制作的导电胶的导电性能造成影响，制得的碳纳米管导电球导电性能优异，可应用于导电胶中取代传统的导电金球。本发明提供的一种导电胶的制备方法，采用碳纳米管导电球作为导电粒子，代替目前导电胶中常用的导电金球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制得的导电胶导电性能优异。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明的碳纳米管导电球的制备方法的流程图；
图2为本发明的导电胶的制备方法的流程图；
图3为本发明的实施例1制得的碳纳米管导电球的扫描电镜图片；
图4为本发明的实施例1制得的导电胶的扫描电镜图片；
图5A与图5B为本发明的实施例2制得的碳纳米管导电球的扫描电镜图片；
图6A与图6B为本发明的实施例4制得的碳纳米管导电球的扫描电镜图片。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明首先提供一种碳纳米管导电球的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管分散于所述溶剂中，得到碳纳米管分散溶液。
具体的，所述步骤1中，由于碳纳米管表面的极性基团的分子间斥力，使得碳纳米管可以均匀分散于所述溶剂中，形成分散均匀的碳纳米管分散溶液。
具体的，所述极性基团包括羟基、羧基、氨基、羰基、及环氧基中的至少一种。
具体的，所述表面具有极性基团的碳纳米管采用现有的技术手段制备，如对碳纳米管进行酸化或氨基化等技术手段。
具体的，所述溶剂为极性溶剂，所述极性溶剂包括水、乙醇、丙酮、及异丙醇中的至少一种。
具体的，所述步骤1包括：
步骤11、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂混合在一起，进行超声处理后，得到碳纳米管悬浮液；
步骤12、对所述碳纳米管悬浮液进行离心处理，取上清液，得到碳纳米管分散溶液。
具体的，所述步骤11中，所述超声处理的功率为200w～900w，超声时间为10min～24h。所述超声处理的目的是使所述表面具有极性基团的碳纳米管均匀分散于所述溶剂中。
具体的，所述步骤12中，所述离心处理的转速为2000rpm～5000rpm，离心时间为5min～60min。所述离心处理的目的是将碳纳米管悬浮液中的大颗粒的杂质沉淀并分离出来，得到浓度均匀的碳纳米管分散溶液。
具体的，所述步骤1制得的碳纳米管分散溶液的浓度为0.01mg/ml～2mg/ml。
步骤2、提供微球，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液混合均匀，得到碳纳米管/微球混合溶液，对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理，取下层沉淀物，干燥后得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球包括微球以及包裹于所述微球表面的碳纳米管。
具体的，所述微球包括有机聚合物微球与无机物微球中的至少一种；所述有机聚合物微球包括聚苯乙烯微球、聚苯胺微球、聚吡咯微球、聚噻吩微球及聚丙烯酸树脂微球中的至少一种；所述无机物微球包括二氧化硅微球。
具体的，所述微球的粒径范围为1μm～30μm。优选的，所述微球的粒径均一。
具体的，所述步骤2中，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液按照碳纳米管：微球＝1:4～1:200的质量比进行混合。
具体的，所述步骤2中，采用超声处理的方法对所述微球与所述碳纳米管分散溶液进行混合，超声功率为50w～300w，超声时间为10min～10h。
具体的，所述步骤2中，对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理的转速为1000rpm～3000rpm，离心时间为3min～30min。
具体的，所述步骤2中，对下层沉淀物进行干燥处理的方法为：60℃～100℃温度下烘干0.5h～10h，或者为：使用液氮直接冷冻后，真空冷冻干燥5h～48h。
具体的，所述碳纳米管导电球为球状。
上述碳纳米管导电球的制备方法，使用碳纳米管直接包裹微球制得碳纳米管导电球，制备方法无重金属污染，对环境友好，且步骤简单，成本较低，适合大规模生产；制备过程中使用表面具有极性基团的碳纳米管分散于溶剂中，无需使用表面活性剂就能形成分散均匀的碳纳米管分散溶液，避免了表面活性剂对碳纳米管导电球以及后续制作的导电胶的导电性能造成影响。
基于上述碳纳米管导电球的制备方法，本发明还提供一种由上述碳纳米管导电球的制备方法制得的碳纳米管导电球。
上述碳纳米管导电球，使用碳纳米管直接包裹微球制得，导电性能优异，可应用于导电胶中取代传统的导电金球，此外还可应用于异方性导电胶膜中。
请参阅图2，基于上述碳纳米管导电球的制备方法，本发明还提供一种导电胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供有机树脂胶，将所述有机树脂胶与所述碳纳米管导电球混合均匀，得到导电胶。
具体的，所述步骤20中，按照所述有机树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:0.1～100:60的比例对所述有机树脂胶与碳纳米管导电球进行混合。
具体的，所述步骤20中，所述有机树脂胶包括环氧树脂胶与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymeric Methyl Methacrylate)胶中的至少一种。
上述导电胶的制备方法，采用碳纳米管导电球作为导电粒子，代替目前导电胶中常用的导电金球，制备方法无重金属污染，对环境友好，步骤简单，成本较低，适合大规模生产。
基于上述导电胶的制备方法，本发明还提供一种由上述导电胶的制备方法制得的导电胶。此导电胶不仅可以应用于液晶显示器中上下基板的导通，也可以用来制备异方性导电胶膜(ACF)。
上述导电胶，采用碳纳米管导电球作为导电粒子，导电性能优异，且制备过程中无重金属污染，对环境友好。
以下结合四个优选实施例对本发明的碳纳米管导电球的制备方法以及导电胶的制备方法进行详细说明。
实施例1：
1.1碳纳米管导电球的制备方法：
步骤1、取100mg表面具有极性基团的碳纳米管于烧杯中，然后倒入50ml乙醇，超声处理1h后(超声功率700w)，离心处理(转速3000rpm，离心时间20min)，取上清液，得到碳纳米管分散溶液，所述碳纳米管分散溶液的浓度为0.1mg/ml；
步骤2、取100mg微球放入50ml 0.1mg/ml的碳纳米管分散溶液中，碳纳米管：微球的质量比为1:20，250w功率下超声处理30min后离心处理(转速2000rpm，离心时间10min)，取下层沉淀物，然后在80℃下烘干4h，即得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球的扫描电镜图片如图3所示。
1.2导电胶的制备方法：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供环氧树脂胶，按照环氧树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:2的比例对所述环氧树脂胶与碳纳米管导电球进行混合，混合均匀后，得到导电胶，所述导电胶的扫描电镜图片如图4所示。
实施例2：
2.1碳纳米管导电球的制备方法：
步骤1、取100mg表面具有极性基团的碳纳米管于烧杯中，然后倒入50ml去离子水，超声处理10min后(超声功率900w)，离心处理(转速5000rpm，离心时间60min)，取上清液，得到碳纳米管分散溶液，所述碳纳米管分散溶液的浓度为0.01mg/ml；
步骤2、取100mg微球放入50ml 0.01mg/ml的碳纳米管分散溶液中，碳纳米管：微球的质量比为1:200，300w功率下超声处理10h后离心处理(转速1000rpm，离心时间30min)，取下层沉淀物，然后在100℃下烘干10h，即得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球的扫描电镜图片如图5A与图5B所示。
2.2导电胶的制备方法：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供环氧树脂胶，按照环氧树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:60的比例对所述环氧树脂胶与碳纳米管导电球进行混合，混合均匀后，得到导电胶。
实施例3：
3.1碳纳米管导电球的制备方法：
步骤1、取1000mg表面具有极性基团的碳纳米管于烧杯中，然后倒入100ml去离子水，超声处理24h后(超声功率200w)，离心处理(转速2000rpm，离心时间5min)，取上清液，得到碳纳米管分散溶液，所述碳纳米管分散溶液的浓度为2mg/ml；
步骤2、取160mg微球放入20ml 2mg/ml的碳纳米管分散溶液中，碳纳米管：微球的质量比为1:4，50w功率下超声处理10h后离心处理(转速3000rpm，离心时间3min)，取下层沉淀物，使用液氮直接冷冻后，真空冷冻干燥48h，即得到碳纳米管导电球。
3.2导电胶的制备方法：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供环氧树脂胶，按照环氧树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:0.1的比例对所述环氧树脂胶与碳纳米管导电球进行混合，混合均匀后，得到导电胶。
实施例4：
4.1碳纳米管导电球的制备方法：
步骤1、取200mg表面具有极性基团的碳纳米管于烧杯中，然后倒入100ml去离子水，超声处理5h后(超声功率500w)，离心处理(转速3000rpm，离心时间30min)，取上清液，得到碳纳米管分散溶液，所述碳纳米管分散溶液的浓度为1mg/ml；
步骤2、取500mg微球放入10ml 1mg/ml的碳纳米管分散溶液中，碳纳米管：微球的质量比为1:50，100w功率下超声处理5h后离心处理(转速3000rpm，离心时间10min)，取下层沉淀物，使用液氮直接冷冻后，真空冷冻干燥5h，即得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球的扫描电镜图片如图6A与图6B所示。
4.2导电胶的制备方法：
步骤10、按照上述碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供环氧树脂胶，按照环氧树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:4的比例对所述环氧树脂胶与碳纳米管导电球进行混合，混合均匀后，得到导电胶。
综上所述，本发明提供一种碳纳米管导电球及其制备方法与导电胶及其制备方法。本发明的碳纳米管导电球的制备方法，使用碳纳米管直接包裹微球制得碳纳米管导电球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制备过程中使用表面具有极性基团的碳纳米管分散于溶剂中，无需使用表面活性剂就能形成分散均匀的碳纳米管分散溶液，避免了表面活性剂对碳纳米管导电球以及后续制作的导电胶的导电性能造成影响，制得的碳纳米管导电球导电性能优异，可应用于导电胶中取代传统的导电金球。本发明的导电胶的制备方法，采用碳纳米管导电球作为导电粒子，代替目前导电胶中常用的导电金球，制备方法无重金属污染，对环境友好，制得的导电胶导电性能优异。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管分散于所述溶剂中，得到碳纳米管分散溶液；
步骤2、提供微球，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液混合均匀，得到碳纳米管/微球混合溶液，对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理，取下层沉淀物，干燥后得到碳纳米管导电球，所述碳纳米管导电球包括微球以及包裹于所述微球表面的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述极性基团包括羟基、羧基、氨基、羰基、及环氧基中的至少一种；所述溶剂为极性溶剂，所述极性溶剂包括水、乙醇、丙酮、及异丙醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11、提供表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂，将所述表面具有极性基团的碳纳米管与溶剂混合在一起，进行超声处理后，得到碳纳米管悬浮液；
步骤12、对所述碳纳米管悬浮液进行离心处理，取上清液，得到碳纳米管分散溶液。
4.如权利要求3所述的碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，所述步骤11中，所述超声处理的功率为200w～900w，超声时间为10min～24h；
所述步骤12中，所述离心处理的转速为2000rpm～5000rpm，离心时间为5min～60min。
5.如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述微球包括有机聚合物微球与无机物微球中的至少一种；所述有机聚合物微球包括聚苯乙烯微球、聚苯胺微球、聚吡咯微球、聚噻吩微球及聚丙烯酸树脂微球中的至少一种；所述无机物微球包括二氧化硅微球；所述微球的粒径范围为1μm～30μm。
6.如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将所述微球与所述碳纳米管分散溶液按照碳纳米管：微球＝1:4～1:200的质量比进行混合；
采用超声处理的方法对所述微球与所述碳纳米管分散溶液进行混合，超声功率为50w～300w，超声时间为10min～10h；
对所述碳纳米管/微球混合溶液进行离心处理的转速为1000rpm～3000rpm，离心时间为3min～30min；
对下层沉淀物进行干燥处理的方法为：60℃～100℃温度下烘干0.5h～10h，或者为：使用液氮直接冷冻后，真空冷冻干燥5h～48h。
7.一种碳纳米管导电球，其特征在于，采用如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法制得。
8.一种导电胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10、按照如权利要求1所述的碳纳米管导电球的制备方法制备碳纳米管导电球；
步骤20、提供有机树脂胶，将所述有机树脂胶与所述碳纳米管导电球混合均匀，得到导电胶。
9.如权利要求8所述的导电胶的制备方法，其特征在于，所述步骤20中，按照所述有机树脂胶与碳纳米管导电球的质量比为100:0.1～100:60的比例对所述有机树脂胶与碳纳米管导电球进行混合；所述有机树脂胶包括环氧树脂胶与聚甲基丙烯酸甲酯胶中的至少一种。
10.一种导电胶，其特征在于，采用如权利要求8所述的导电胶的制备方法制得。
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