CN110951318A - 抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法及聚合物固体薄膜和聚合物基油墨 - Google Patents

抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法及聚合物固体薄膜和聚合物基油墨 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法及聚合物固体薄膜和聚合物基油墨，包括：聚合物加入溶剂配置聚合物溶液；加入二维纳米材料，并使两者混合均匀；对溶液进行超声，使二维纳米材料与聚合物溶液有效复合；将所配置的聚合物溶液进行打印，得到厚度均匀的聚合物薄膜。并相比于喷墨打印，本发明可以实现大尺寸聚合物溶液的均匀成膜。同时本发明的工艺简单，不改变原有聚合物薄膜的自身性质，可以被广泛应用于印刷电子中，具有很好的应用前景。

Description

抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法及聚合物固体薄膜和聚 合物基油墨
技术领域
本发明涉及印刷电子领域，具体涉及一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法及聚合物固体薄膜和聚合物基油墨。
背景技术
作为印刷电子的重要组成部分，微型储能器件的打印目前正逐渐受到国内外众多研究机构、企业的广泛关注与研究。基于电化学的储能器件主要由电极以及电解质构成，在微型储能器件中，受限于器件尺寸，其电解质大多采用以聚合物为主体的电解质，以同时起到分隔正负极和提供离子传导通道的作用。因此，稳定可控的聚合物电解质打印对于实现微型储能打印器件的高效应用至关重要。
然而，在实际打印过程中，发现普遍存在于聚合物基油墨中的咖啡环效应在聚合物溶液的蒸发过程中依然存在。这种咖啡环效应显然不利于微型储能器件的可控制造，甚至会使微型储能器件出现严重的自放电甚至短路现象。尽管针对抑制聚合物基油墨的咖啡环效应开展了大量的工作。但对于聚合物溶液体系而言，由于聚合物溶液的非牛顿流体特性，咖啡环效应形成过程更加复杂；此外，为适配微型储能器件尺寸，所打印的聚合物的尺寸大多在毫米或厘米尺度，远大于一般喷墨打印液滴的微米尺度，进一步增大了咖啡环效应的抑制难度；因此，难以基于现有方法实现咖啡环效应的调控。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的第一个目的是提供一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法。通过在聚合物溶液体系中引入二维纳米材料，实现聚合物分子链段与二维纳米材料的复合，进而起到抑制咖啡环效应的效果，并可以得到基于打印的厘米大小的均匀聚合物薄膜。
本发明的第二个目的是提供一种聚合物固体薄膜，该聚合物固体薄膜厚度均一，无明显的咖啡环效应，应用广泛。
本发明的第三个目的是提供一种聚合物基油墨，通过在聚合物溶液体系中引入二维纳米材料，实现聚合物分子链段与二维纳米材料的复合，该油墨能够抑制咖啡环效应的效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，包括以下步骤：
将聚合物加入溶剂配置聚合物溶液；
加入二维纳米材料，并使两者混合均匀；
对溶液进行超声，使二维纳米材料与聚合物溶液有效配置得到混合溶液；
将所配置的混合溶液进行打印，得到厚度均匀的聚合物薄膜。
所述的聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸中的一种或多种。
所述的溶剂为水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
所述的纳米二维材料为氧化石墨烯，石墨烯，氮化硼或二硫化钼。
所述的纳米二维材料长宽尺寸为500nm–5μm，厚度尺寸为1–10nm。
所述的聚合物溶液的质量浓度为5～25％；纳米二维材料的质量浓度为0.05～0.5％。
所述的聚合物薄膜的尺寸为0.5cm×0.5cm～3cm×3cm，厚度为5～20μm均匀薄膜。
一种由所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法制备的聚合物薄膜。
一种抑制咖啡环效应的聚合物基油墨，按照质量分数计，由以下质量百分数的组分构成：
5～25％聚合物；
0.05～0.5％二维纳米材料，
余量的溶剂。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明主要是针对聚合物溶液的咖啡环效应进行抑制，通过在聚合物溶液体系中引入二维纳米材料，实现聚合物分子链段与二维纳米材料的复合，进而起到抑制咖啡环效应的效果，并可以得到基于打印的厘米大小的均匀聚合物薄膜。并相比于喷墨打印，可以实现大尺寸聚合物溶液的均匀成膜。同时本发明的工艺简单，不改变原有聚合物薄膜的自身性质，可以被广泛应用于印刷电子中，具有很好的应用前景。
附图说明
图1加入与未加入二维材料的薄膜厚度对比曲线。
图2本发明的膜厚与纯环氧乙烷的膜厚对比图；
图3本发明的膜厚与纯聚偏氟乙烯的膜厚对比图。
图4本发明的膜厚与纯聚乙烯吡咯烷酮的膜厚对比图。
具体实施方式
本发明一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，具体步骤如下：
1.配置所需的聚合物溶液；其中聚合物基油墨，由以下质量百分数的组分构成：
5～25％聚合物；
0.05～0.5％二维纳米材料，
余量的溶剂。
2.加入适量的二维纳米材料，并使两者混合均匀；
3.对溶液进行超声，使二维纳米材料与聚合物溶液有效复合；
4.将所配置的聚合物溶液进行打印，得到厚度均匀的聚合物薄膜。所述的聚合物包括但不限于常用于功能器件的聚合物，如聚乙烯醇，聚环氧乙烷，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸等，其中的溶剂包括但不限于常用溶剂，如水，乙醇，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮等。
所述的纳米二维材料，包括且不限于氧化石墨烯，石墨烯，氮化硼，二硫化钼等二维材料。
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。可应用本方法打印的聚合物溶液，如聚乙烯醇，聚环氧乙烷，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸等均可。
实施例1：
(1)配置质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液；
(2)加入质量分数为0.2％的氧化石墨烯分散液，搅拌使其均匀分散；
(3)利用超声，实现氧化石墨烯与聚乙烯醇水溶液的复合，得到均匀稳定分散的聚乙烯醇-氧化石墨烯复合溶液；
(4)使用墨水直写技术，打印尺寸为3cm×3cm，厚度为10μm的薄膜，其膜厚与纯聚乙烯醇的膜厚对比如图1所示。
通过图1可以看出，采用本申请的聚合物基油墨进行打印得到的聚乙烯醇-氧化石墨烯薄膜厚度均一，无明显的咖啡环效应。
实施例2
(1)配置质量分数为5％聚环氧乙烷的水和乙醇混合溶液；
(2)加入质量分数为0.05％的氮化硼分散液，搅拌使其均匀分散；
(3)利用超声，实现氮化硼纳米片与聚环氧乙烷溶液的复合，得到均匀稳定分散的聚环氧乙烷-氮化硼复合溶液；
(4)使用墨水直写技术，打印尺寸为1cm×1cm，厚度为5μm的均匀薄膜。
其膜厚与纯环氧乙烷的膜厚对比如图2所示。
通过图2可以看出，采用本申请的聚合物基油墨进行打印得到的聚环氧乙烷-氮化硼薄膜厚度均一，无明显的咖啡环效应。
实施例3
(1)配置质量分数为15％聚偏氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液；
(2)加入质量分数为0.5％的石墨烯分散液，搅拌使其均匀分散；
(3)利用超声，实现石墨烯纳米片与聚偏氟乙烯溶液的复合，得到均匀稳定分散的聚偏氟乙烯-石墨烯复合溶液；
(4)使用墨水直写技术，打印尺寸为2cm×2cm，厚度为20μm的均匀薄膜。
其膜厚与纯聚偏氟乙烯的膜厚对比如图3所示。
通过图3可以看出，采用本申请的聚合物基油墨进行打印得到的聚偏氟乙烯-石墨烯薄膜厚度均一，无明显的咖啡环效应。
实施例4
(1)配置质量分数为25％聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；
(2)加入质量分数为0.1％的二硫化钼分散液，搅拌使其均匀分散；
(3)利用超声，实现二硫化钼纳米片与聚乙烯吡咯烷酮溶液的复合，得到均匀稳定分散的聚乙烯吡咯烷酮-二硫化钼复合溶液；
(4)使用墨水直写技术，打印尺寸为1.5cm×1.5cm，厚度为15μm的均匀薄膜。
其膜厚与纯聚乙烯吡咯烷酮的膜厚对比如图4所示。
通过图4可以看出，采用本申请的聚合物基油墨进行打印得到的聚乙烯吡咯烷酮-二硫化钼薄膜厚度均一，无明显的咖啡环效应。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。
本发明的实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (9)

1.一种抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚合物加入溶剂配置聚合物溶液；
加入二维纳米材料，并使两者混合均匀；
对溶液进行超声，使二维纳米材料与聚合物溶液有效配置得到混合溶液；
将所配置的混合溶液进行打印，得到厚度均匀的聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的溶剂为水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的纳米二维材料为氧化石墨烯，石墨烯，氮化硼或二硫化钼。
5.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的纳米二维材料长宽尺寸为500nm–5μm，厚度尺寸为1–10nm。
6.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的聚合物溶液的质量浓度为5～25％；纳米二维材料的质量浓度为0.05～0.5％。
7.根据权利要求1所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法，其特征在于，所述的聚合物薄膜的尺寸为0.5cm×0.5cm～3cm×3cm，厚度为5～20μm均匀薄膜。
8.一种由权利要求1至7任一项所述的抑制聚合物基油墨咖啡环效应的方法制备的聚合物薄膜。
9.一种抑制咖啡环效应的聚合物基油墨，其特征在于，按照质量分数计，由以下质量百分数的组分构成：
5～25％聚合物；
0.05～0.5％二维纳米材料，
余量的溶剂。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102729562A (zh) * 2012-06-04 2012-10-17 电子科技大学 基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料及制备方法
CN107331529A (zh) * 2017-05-31 2017-11-07 中国人民解放军国防科学技术大学 氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法、微型石墨烯超级电容器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102729562A (zh) * 2012-06-04 2012-10-17 电子科技大学 基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料及制备方法
CN107331529A (zh) * 2017-05-31 2017-11-07 中国人民解放军国防科学技术大学 氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法、微型石墨烯超级电容器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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郭睿倩主编: "《光源原理与设计》", 31 December 2017, 复旦大学出版社 *

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