CN114678226A - 一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法 - Google Patents
一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，首先采用石墨烯为导电活性材料，以炭黑为导电剂，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照质量比90:3:5:2进行物理研磨，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料；然后将设计完成的叉指图案通过丝网印刷的方式制备在柔性PET基底上，80℃烘干20 min，制备得到石墨烯叉指电极。采用该方法制备得到的石墨烯叉指电极，具有较高的比电容和倍率性能，导电炭黑和两种粘结剂的加入不仅可以改善石墨烯对于离子传输的各向异性问题，实现协同导电，而且可以防止石墨烯薄片的不可逆团聚，增加稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件的制备技术领域，具体为一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法。
背景技术
导电浆料是制造电子元器件的基础，主要应用于集成电路、电池、电容器和印刷等方面，具有不可撼动的地位，未来导电浆料主要是往环境友好、性能高、成本低的方向发展，而碳系材料具有稳定、导电性高的特点，是制备浆料良好的导电相。与此同时，随着科学技术的发展，环境污染和能源紧缺的现象越来越突出，化石燃料的燃烧是其中一个主要原因。为了实现可持续发展，人们越来越重视对新能源的开发和利用，功率密度高、循环寿命长、绿色环保和安全稳定的超级电容器受到广泛地关注。
水性碳基导电浆料作为导电剂在超级电容器中已经有了很好的应用，同时具有高电导率的水性碳浆是符合绿色友好的发展方针的，这可以大大避免使用有害的有机溶剂。因此，以水性碳基导电浆料为基础，研究其在超级电容器电极中的电化学行为，以期为增强超级电容器的电化学性能提供新思路。
作为一种新型碳材料，石墨稀具有理想的二维晶体结构，优异的电学、热学、力学等性能，自成功制备以来，倍受各研究领域科学家的高度关注。由于石墨稀具有大的比表面积、髙导电性、髙电子迁移率以及良好的生物相容性等特性，石墨稀在电化学储能领域中也有着广泛的应用前景。
随着石墨烯制备方法的逐渐成熟，高质量、高产率的石墨烯的生产以及石墨烯的工业应用也具备了更加良好的基础。将石墨烯导电浆料制备与印刷技术相结合可以为柔性电子器件的扩大生产提供更好的解决方案。相对于磁控溅射、光刻工艺等方法制备的电极，丝网印刷技术可以有效的在原料消耗较少的情况下，实现大规模制造且降低过程的复杂性，具有制备简单、速度快、成本低、厚度可控等优势。基于以上优势，以石墨烯作为导电相制备水性浆料，并通过丝网印刷的工艺制备电极应用于超级电容器的相关研究引起了广泛的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版；
S2、采用不导电的PET作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中烘干备用；
S3、以石墨烯为导电活性材料，炭黑为导电剂，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照合适的质量比进行物理研磨，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料；
S4、将步骤S3得到的石墨烯导电水性浆料通过丝网印刷的方法，制备在步骤S1预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极。
优选的，所述步骤S1中，丝网印刷网版目数为100目-200目。
优选的，所述步骤S2中，丙酮、乙醇和去离子水的清洗时间为20 min。
优选的，所述步骤S2中，PET基底放入真空干燥箱中烘干条件为60℃，20 min。
优选的，所述步骤S3中，物理研磨时间为20-40 min。
优选的，所述步骤S3中，合适的质量比为90:3:5:2。
优选的，所述步骤S4中，烘干条件为80℃，10-20 min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将具备优异的电学和机械性能的石墨烯作为导电相应用于石墨烯导电水性浆料的制备，并且通过导电剂和双粘结剂的合适配比，通过丝网印刷的方式制备柔性叉指电极应用于超级电容器。本发明的制备工艺简单易行，原料易得，所用试剂绿色环保，符合集成性电子元器件的宗旨，有利于大规模的工业生产，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1使用CorelDRAW软件设计出的叉指图案；
图2为本发明实施例1通过丝网印刷工艺制备的石墨烯叉指电极实物照片；
图3为本发明实施例1制备的石墨烯叉指电极在1 M的稀H2SO4电解质下的循环伏安（CV）图；
图4为本发明实施例1制备的石墨烯叉指电极在1 M的稀H2SO4电解质下的恒电流充放电（GCD）图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，一种石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
S1、通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版,网版图如图1所示；
S2、采用不导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中烘干备用；
S3、以石墨烯为导电活性材料，炭黑为导电剂，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照合适的质量比进行物理研磨，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料；
S4、将步骤S3得到的石墨烯导电水性浆料通过丝网印刷的方法，制备在步骤S1预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极，实物图如图2所示。
所述步骤S1中，丝网印刷网版目数为150目。
所述步骤S2中，丙酮、乙醇和去离子水的清洗时间为20 min。
所述步骤S2中，PET基底放入真空干燥箱中烘干条件为60℃，20 min。
所述步骤S3中，物理研磨时间为20-40 min。
所述步骤S3中，合适的质量比为90:3:5:2。
所述步骤S4中，烘干条件为80℃，10-20 min。
实施例二：
在本实施例中，通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版。采用不导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗20 min，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理20 min，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中60℃烘干20 min备用。以石墨烯为导电活性材料，炭黑为导电剂，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照80:10:8:2的质量比进行物理研磨20-40 min，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料，通过丝网印刷的方法，制备在预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极。
实施例三：
在本实施例中，通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版。采用不导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗20 min，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理20 min，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中60℃烘干20 min备用。以石墨烯为导电活性材料，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照90:8:2的质量比进行物理研磨20-40 min，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料，通过丝网印刷的方法，制备在预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极。
实施例四：
在本实施例中，通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版。采用不导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗20 min，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理20 min，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中60℃烘干20 min备用。以石墨烯为导电活性材料，CMC粉末为粘结剂，按照9:1的质量比进行物理研磨20-40 min，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料，通过丝网印刷的方法，制备在预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极。
综上所述，本发明将具备优异的电学和机械性能的石墨烯作为导电相应用于石墨烯导电水性浆料的制备，并且通过导电剂和双粘结剂的合适配比，通过丝网印刷的方式制备柔性叉指电极应用于超级电容器。本发明的制备工艺简单易行，原料易得，所用试剂绿色环保，符合集成性电子元器件的宗旨，有利于大规模的工业生产，具有很好的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、通过CorelDRAW软件设计出所需叉指图案，制作丝网印刷网版；
S2、采用不导电的PET作为柔性基底。首先对PET进行预处理：将剪裁合适的PET基底放入含有 50 mL丙酮的烧杯中超声清洗，再依次放入乙醇、去离子水中分别超声处理，之后把处理好的 PET基底放入真空干燥箱中烘干备用；
S3、以石墨烯为导电活性材料，炭黑为导电剂，CMC粉末和PTFE乳液为粘结剂，按照合适的质量比进行物理研磨，得到分散均匀的石墨烯导电水性浆料；
S4、将步骤S3得到的石墨烯导电水性浆料通过丝网印刷的方法，制备在步骤S1预处理完成的柔性PET基底上，烘干，得到石墨烯叉指电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，丝网印刷网版目数为100目-200目。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，丙酮、乙醇和去离子水的清洗时间为20 min。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，PET基底放入真空干燥箱中烘干条件为60℃，20 min。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，物理研磨时间为20-40 min。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，合适的质量比为90:3:5:2。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯导电水性浆料的丝网印刷电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，烘干条件为80℃，10-20 min。
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