CN110828139A - 一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法，所述印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层由印刷石墨烯导电油墨打印出来，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料1％～10％，液态金属1％～30％，胺类固化剂2％～6％，余量为环氧树脂，所述封装材料为PET薄膜；其制备方法包括以下步骤：S1、石墨烯导电油墨的制备；S2、滤波介质的制备；S3、印刷基材的制备；S4、扼流圈基层的制备；S5、组装即得。本发明提出的扼流圈，电流带有极性走向，滤波性能好，能量损失低，应用范围广，生产所需时间短，生产成本低，制备过程环境友好。

Description

一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法
技术领域
本发明涉及滤波材料技术领域，尤其涉及一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法。
背景技术
石墨烯的应用已是全世界的关注，然而对于石墨烯的研究，还在起步阶段。石墨烯是非常有特质的二维新型材料，其应用主要为材料的添加物质，目前的石墨烯材料是没有带自主特性的、和本身没带离子的石墨烯。石墨烯本身带离子的功能性应用并不多。要发展更深层和带功能性方向的材料才是科技进步的方向，这样就要必须在原料上制造出带功能特性的材料。
传统的扼流圈滤波元件的做法是利用线圈绕制在硅钢片上，做自耦式过滤。然而硅钢片所作的磁场自耦方式，只有南北对向式磁化自耦反应。东西方向可以说是完全没有屏闭，或多或少都显示出漏磁现象。
导电墨水是发展电子元器件的基础，是封装、电极和互联的关键材料，应用于电子行业的各个领域，最终结构和新材料的应用是分不开的。无论导电墨水是用金属性导电或非金属性材料导电，所含的导电材料都是纳米尺寸的大小和悬浮式结合喷头打印导电线路，能够方便和快速设计线路，在液态上加入导电材料混合所制成的导电墨水，经打印技术，印在线路板上，喷墨式打印导电线路是非常方便的，能够解决一些传统线路板问题，在应用的材料研发上，甚至达到白热化阶段。基于上述现有技术，本发明提出了一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈及其制备方法。
一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层包括铜线和印刷石墨烯导电油墨，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料1％～10％，液态金属1％～30％，胺类固化剂2％～6％，余量为环氧树脂。
优选的，所述功能性石墨烯材料为镶有铁、铜、锌三元结构离子的石墨烯材料。
优选的，所述液态金属为水溶性铁、铜、银离子中的任意一种或几种混合。
优选的，所述胺类固化剂为双氰胺固化剂。
优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
本发明还提出了一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈的制备方法，包括以下步骤：
S1、石墨烯导电油墨的制备：先将三晶格式石墨烯载体与三种不同的镶嵌离子在渗透剂以及加温加压的作用下进行氧化还原反应，使不同的镶嵌离子分别稳定装入三晶格式石墨烯载体的不同晶格上形成三元三晶格石墨烯，再将三元三晶格石墨烯、溶剂、表面活性剂以及分散稳定剂按照质量比为1～5：10～50：0.1～0.5：0.1～0.5进行称取并充分混合，然后静置，再除去溶剂，得到石墨烯导电油墨；
S2、滤波介质的制备：按照以下重量百分比进行称取滤波介质层原料：功能性石墨烯材料1％～10％，液态金属1％～30％，胺类固化剂2～6％，余量为环氧树脂，备用，将称取的功能性石墨烯材料与液态金属，以3g/min的速率加入到环氧树脂中，边加入边以400r/min的转速进行搅拌，待材料加入完毕后，将混合物加入到超声波震荡器中，超声分散16min，分散均匀得混合液，将胺类固化剂加入到混合液中，保持转速不变，搅拌混合32min，得滤波介质；
S3、印刷基材的制备：取铜线，绕制得到平面的扼流圈，在扼流圈表面涂抹步骤S2制备的滤波介质，加热固化，即得印刷基材；
S4、扼流圈基层的制备：利用步骤S1制备的石墨烯导电油墨，并采用印刷技术在印刷基材表面直接印刷，即得扼流圈基层；
S5、组装：在扼流圈基层的两面再覆盖一层步骤S2制备的滤波介质，加热固化，待固化完全再进行密封包封，即得印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈。
优选的，所述印刷技术为喷墨印刷。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提出的印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，以液态金属为流质，且进行全方位式的封装，所以能无缝地封装整个扼流圈，并且在滤波过程中，比传统的硅钢片滤波减少了95％以上的能量损失；
2、本发明提出的印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，利用喷墨印刷技术与石墨烯导电油墨相结合制备扼流圈基层，显著缩短生产时间、降低生产成本，而且相比于传统的金属线绕、金属薄膜蚀刻等生产平面电路的技术，本发明提出的喷墨印刷技术与石墨烯导电油墨相结合的形式可以提高扼流圈的性价比，且利用石墨烯导电油墨和喷墨印刷技术相结合的形式属于添加性工序，不会产生过量的污染物，满足环保要求，环境友好；
3、本发明提出的印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，利用功能性石墨烯材料、液体金属以及环氧树脂相结合制备了滤波介质，配方合理，再配合绕制的扼流圈得到印刷基材，以方便石墨烯导电油墨的印刷，同时在印刷后的扼流圈基层表面作为滤波介质层，可以为扼流圈提供滤波效果，而且在印刷过程中可以微调扼流圈的形状，达到最理想的效果，有助于具体轻微差异的同款扼流圈的制备，方便测试差异带来的效果，可以应用于工业里的尝试错误法的测试中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层包括铜线和印刷石墨烯导电油墨，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料10％，液态金属15％，双氰胺固化剂6％，余量为双酚A型环氧树脂；其制备方法，包括以下步骤：
S1、石墨烯导电油墨的制备：先将三晶格式石墨烯载体与三种不同的镶嵌离子在渗透剂以及加温加压的作用下进行氧化还原反应，使不同的镶嵌离子分别稳定装入三晶格式石墨烯载体的不同晶格上形成三元三晶格石墨烯，再将三元三晶格石墨烯、溶剂、表面活性剂以及分散稳定剂按照质量比为2：50：0.3：0.3进行称取并充分混合，然后静置，再除去溶剂，得到石墨烯导电油墨；
S2、滤波介质的制备：按照以下重量百分比进行称取滤波介质层原料：功能性石墨烯材料10％，液态金属15％，双氰胺固化剂6％，余量为双酚A型环氧树脂，备用，将称取的功能性石墨烯材料与液态金属，以3g/min的速率加入到环氧树脂中，边加入边以400r/min的转速进行搅拌，待材料加入完毕后，将混合物加入到超声波震荡器中，超声分散16min，分散均匀得混合液，将胺类固化剂加入到混合液中，保持转速不变，搅拌混合32min，得滤波介质；
S3、印刷基材的制备：取铜线，绕制得到平面的扼流圈，在扼流圈表面涂抹步骤S2制备的滤波介质，加热固化，即得印刷基材；
S4、扼流圈基层的制备：利用步骤S1制备的石墨烯导电油墨，并采用喷墨印刷技术在印刷基材表面直接印刷，即得扼流圈基层；
S5、组装：在扼流圈基层的两面再覆盖一层步骤S2制备的滤波介质，加热固化，待固化完全再进行密封包封，即得印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈。
本发明中，功能性石墨烯材料为镶有铁、铜、锌三元结构离子的石墨烯材料；液态金属为水溶性铁离子。
实施例二
本发明提出的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层包括铜线和印刷石墨烯导电油墨，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料1％，液态金属30％，双氰胺固化剂2％，余量为双酚A型环氧树脂；其制备方法，包括以下步骤：
S1、石墨烯导电油墨的制备：先将三晶格式石墨烯载体与三种不同的镶嵌离子在渗透剂以及加温加压的作用下进行氧化还原反应，使不同的镶嵌离子分别稳定装入三晶格式石墨烯载体的不同晶格上形成三元三晶格石墨烯，再将三元三晶格石墨烯、溶剂、表面活性剂以及分散稳定剂按照质量比为1：30：0.1：0.5进行称取并充分混合，然后静置，再除去溶剂，得到石墨烯导电油墨；
S2、滤波介质的制备：按照以下重量百分比进行称取滤波介质层原料：功能性石墨烯材料1％，液态金属30％，双氰胺固化剂2％，余量为双酚A型环氧树脂，备用，将称取的功能性石墨烯材料与液态金属，以3g/min的速率加入到环氧树脂中，边加入边以400r/min的转速进行搅拌，待材料加入完毕后，将混合物加入到超声波震荡器中，超声分散16min，分散均匀得混合液，将胺类固化剂加入到混合液中，保持转速不变，搅拌混合32min，得滤波介质；
S3、印刷基材的制备：取铜线，绕制得到平面的扼流圈，在扼流圈表面涂抹步骤S2制备的滤波介质，加热固化，即得印刷基材；
S4、扼流圈基层的制备：利用步骤S1制备的石墨烯导电油墨，并采用喷墨印刷技术在印刷基材表面直接印刷，即得扼流圈基层；
S5、组装：在扼流圈基层的两面再覆盖一层步骤S2制备的滤波介质，加热固化，待固化完全再进行密封包封，即得印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈。
本发明中，功能性石墨烯材料为镶有铁、铜、锌三元结构离子的石墨烯材料；液态金属为水溶性铁和铜离子的混合。
实施例三
本发明提出的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层包括铜线和印刷石墨烯导电油墨，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料5％，液态金属1％，双氰胺固化剂4％，余量为双酚A型环氧树脂；其制备方法，包括以下步骤：
S1、石墨烯导电油墨的制备：先将三晶格式石墨烯载体与三种不同的镶嵌离子在渗透剂以及加温加压的作用下进行氧化还原反应，使不同的镶嵌离子分别稳定装入三晶格式石墨烯载体的不同晶格上形成三元三晶格石墨烯，再将三元三晶格石墨烯、溶剂、表面活性剂以及分散稳定剂按照质量比为5：10：0.5：0.1进行称取并充分混合，然后静置，再除去溶剂，得到石墨烯导电油墨；
S2、滤波介质的制备：按照以下重量百分比进行称取滤波介质层原料：功能性石墨烯材料5％，液态金属1％，双氰胺固化剂4％，余量为双酚A型环氧树脂，备用，将称取的功能性石墨烯材料与液态金属，以3g/min的速率加入到环氧树脂中，边加入边以400r/min的转速进行搅拌，待材料加入完毕后，将混合物加入到超声波震荡器中，超声分散16min，分散均匀得混合液，将胺类固化剂加入到混合液中，保持转速不变，搅拌混合32min，得滤波介质；
S3、印刷基材的制备：取铜线，绕制得到平面的扼流圈，在扼流圈表面涂抹步骤S2制备的滤波介质，加热固化，即得印刷基材；
S4、扼流圈基层的制备：利用步骤S1制备的石墨烯导电油墨，并采用喷墨印刷技术在印刷基材表面直接印刷，即得扼流圈基层；
S5、组装：在扼流圈基层的两面再覆盖一层步骤S2制备的滤波介质，加热固化，待固化完全再进行密封包封，即得印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈。
本发明中，功能性石墨烯材料为镶有铁、铜、锌三元结构离子的石墨烯材料；液态金属为水溶性铁、铜、银离子的混合。
对实施例一、实施例二和实施例三制备的印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈以及传统的硅钢片滤波的能量损失进行计算，以传统的硅钢片滤波的能量损失结果为标准，衡量实施例一、实施例二和实施例三制备的印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈的能量损失，结果如下：
实施例一 实施例二 实施例三
能量损失 -97.5 -96.8 -95.9
表中，“-”表示相比于传统的硅钢片滤波的能量损失降低的百分比数值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，其特征在于，由扼流圈基层、滤波介质层和封装材料层组成，所述扼流圈基层由印刷石墨烯导电油墨打印出来，所述滤波介质层包括以下重量百分比的原料：功能性石墨烯材料1％～10％，液态金属1％～30％，胺类固化剂2％～6％，余量为环氧树脂，所述封装材料为PET薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，其特征在于，所述功能性石墨烯材料为镶有铁、铜、锌离子的三元离子石墨烯材料。
3.根据权利要求1所述的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，其特征在于，所述液态金属为水溶性铁、铜、银离子中的任意一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，其特征在于，所述胺类固化剂为双氰胺固化剂。
5.根据权利要求1所述的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
6.一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、石墨烯导电油墨的制备：将三晶格式石墨烯载体与三种不同的镶嵌离子在渗透剂以及加温加压的作用下进行氧化还原反应，使不同的镶嵌离子分别稳定装入三晶格式石墨烯载体的不同晶格上形成三元三晶格石墨烯；
将三元三晶格石墨烯、溶剂、表面活性剂以及分散稳定剂进行充分混合反应；
静置后，除去溶剂，得到石墨烯导电墨水；
S2、滤波介质的制备：按照以下重量百分比进行称取滤波介质层原料：功能性石墨烯材料1％～10％，液态金属1％～30％，胺类固化剂2～6％，余量为环氧树脂，备用，将称取的功能性石墨烯材料与液态金属，以3g/min的速率加入到环氧树脂中，边加入边以400r/min的转速进行搅拌，待材料加入完毕后，将混合物加入到超声波震荡器中，超声分散16min，分散均匀得混合液，将胺类固化剂加入到混合液中，保持转速不变，搅拌混合32min，得滤波介质；
S3、印刷基材制备：先在底层封装PET薄膜上，涂上一层滤波介质，加热固化，即得印刷基材；
S4、扼流圈基层的制备：利用步骤S3制备的印刷基材和步骤S1制备的石墨烯导电油墨，并采用印刷技术在印刷基材表面直接印刷扼流圈样式，即得扼流圈基层；
S5、组装：在扼流圈基层的两面再覆盖一层步骤S2制备的滤波介质，并在滤波介质外包覆PET薄膜，加热固化，待固化完全再进行密封包封，即得印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈。
7.根据权利要求6所述的一种印刷石墨烯液态金属滤波平面扼流圈的制备方法，其特征在于，所述印刷技术为喷墨印刷。
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