表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用。該導(dǎo)電漿料包括如下組分（wt%）：表面吸附分散劑的石墨烯1～10%、導(dǎo)電填料20～50％、溶劑40～70％、有機(jī)粘結(jié)劑5～15％、輔助填料0～10％、功能添加劑0～3％；其制備方法包括：將石墨烯粉體與分散劑混合，形成表面吸附分散劑的石墨烯粉體，之后與溶劑及有機(jī)粘結(jié)劑在加熱狀態(tài)下混合成均勻狀態(tài)的有機(jī)載體，再將導(dǎo)電填料等均勻分散于所述有機(jī)載體中，獲得所述導(dǎo)電漿料。本發(fā)明導(dǎo)電漿料較之傳統(tǒng)導(dǎo)電漿料具有導(dǎo)電性提高、壽命增加、重量降低、附著立高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其制備方法簡(jiǎn)單、成本低，在太陽(yáng)能電池、LED、RFID、抗靜電、打印電路、電磁屏蔽等方向中有重要的應(yīng)用前景。
【專利說明】表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電漿料，特別涉及一種表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米技術(shù)和微電子領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，導(dǎo)電漿料作為一種具有特定功能的基礎(chǔ)電子材料，在印刷電路板、太陽(yáng)能電池、LED、RFID射頻天線、觸摸屏線路、柔性印刷電路FPC等電子線路領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。石墨稀(Graphene)是單層石墨片構(gòu)成的二維碳納米結(jié)構(gòu)材料，石墨稀具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能。特別地，石墨烯的迀移率可達(dá)2X 104cm2/VXs為硅的100倍，在室溫下石墨烯的電阻率可達(dá)108S/m，可耐受為108A/cm2的電流，是銅耐受能力的100倍。將石墨烯添加到導(dǎo)電漿料中不僅可以提高電導(dǎo)率，還可以保證同樣導(dǎo)電性能的條件下降低Ag、Cu等貴金屬的用量，降低成本。進(jìn)一步地，由于石墨烯本身的惰性、密度低等優(yōu)點(diǎn)，石墨烯的添入可以提高導(dǎo)電漿料的使用壽命及降低漿料的密度。然而石墨烯在加工過程中容易不可逆堆垛、分散性差等缺點(diǎn)限制了石墨烯在導(dǎo)電漿料優(yōu)異性能的發(fā)揮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于提供一種表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料及其制備方法，其能充分發(fā)揮石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而且在后續(xù)加工過程中不發(fā)生堆垛，較之傳統(tǒng)導(dǎo)電漿料具有導(dǎo)電性提高、壽命增加、重量降低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其制備方法簡(jiǎn)單、成本低。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于提供所述石墨烯導(dǎo)電漿料的應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0006]一種表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的如下組分:表面吸附分散劑的石墨烯I?10%、導(dǎo)電填料20?50%、溶劑40?70%、有機(jī)粘結(jié)劑5?15%、輔助填料O?10%、功能添加劑O?3%。
[0007]優(yōu)選的，所述石墨稀的尺寸小于20um，厚度為1-30層，電導(dǎo)率不低于105S/m。
[0008]進(jìn)一步的，所述分散劑可優(yōu)選自但不限于導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。其中，點(diǎn)狀或塊狀分散劑的尺寸為10nm-5 μπι，線狀分散劑長(zhǎng)度為I μπι-20 μπι，寬度或直徑為lnm-50nm。
[0009]優(yōu)選的，所述分散劑與石墨烯的質(zhì)量比例為1:20-10:1。
[0010]進(jìn)一步的，所述填料可優(yōu)選自但不限于銀粉、鎳粉、銅粉、鋁粉或鋁合金、導(dǎo)電磷鐵合金粉、導(dǎo)電鈦白粉、導(dǎo)電石墨、碳納米管、導(dǎo)電碳纖維、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。
[0011]進(jìn)一步的，所述有機(jī)粘結(jié)劑可優(yōu)選自但不限于酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂、氯醋樹脂、聚酯樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、醛酮、聚酮樹脂、硝基纖維素樹脂、乙基纖維素、松香、琥珀、蟲膠中的任一種或兩種以上的組合。
[0012]進(jìn)一步的，所述溶劑可優(yōu)選自但不限于乙酸丁酯、異丙醇、DBE、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纖劑醋酸酯、無水乙醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、DMF、NMP、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯中的任一種或兩種以上的組合。
[0013]進(jìn)一步的，所述功能添加劑可以包括偶聯(lián)劑、防沉降劑、流平劑、界面活性劑、消泡劑中的任一種或兩種以上的組合。
[0014]進(jìn)一步的，所述偶聯(lián)劑可優(yōu)選自但不限于道康寧A-1020。
[0015]進(jìn)一步的，所述流平劑可優(yōu)選自但不限于BYK-161。
[0016]進(jìn)一步的，所述界面活性劑可優(yōu)選自但不限于聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、十六烷基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚偏氟乙稀、聚四氟乙稀、Triton-100、吐溫、Tego Dispers610s中的任一種或兩種以上的組入口 ο
[0017]進(jìn)一步的，所述消泡劑可優(yōu)選自但不限于Tego Foamex N、乙醇中的任一種或兩種以上的組合。
[0018]進(jìn)一步的，所述輔助填料可優(yōu)選自但不限于玻璃粉、211031203、5102、51102、1102中的任一種或兩種以上的組合。
[0019]進(jìn)一步的，該表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的粘度為50?30000mPas。
[0020]所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法包括:
[0021]將石墨烯粉體與分散劑混合，形成表面吸附分散劑的石墨烯粉體，其中采用的混合方式包括溶劑混合、機(jī)械混合或氣流混合；
[0022]將所述表面吸附分散劑的石墨烯粉體與溶劑及有機(jī)粘結(jié)劑在50-100°C，優(yōu)選在60°C的條件下混合成均勻狀態(tài)的有機(jī)載體，再將導(dǎo)電填料、輔助填料、功能添加劑均勻分散于所述有機(jī)載體中，獲得所述導(dǎo)電漿料。
[0023]作為優(yōu)化，在將導(dǎo)電填料、輔助填料、功能添加劑等通過高速分散混勻后加入至有機(jī)載體中，經(jīng)過真空攪拌機(jī)攪拌及三輥機(jī)或砂磨機(jī)研磨后，最終獲得所述導(dǎo)電漿料。
[0024]所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料于制備電子器件或光電器件中的應(yīng)用，所述電子器件或光電器件可包括但不限于太陽(yáng)能電池、LED、RFID、抗靜電器件、印刷電路、打印電路或電磁屏蔽器件。
[0025]一種裝置，包含所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)勢(shì):
[0027](1)通過將分散劑與石墨烯預(yù)先混合，獲得的表面吸附分散劑的石墨烯粉體，在后期的加工過程中石墨烯不容易發(fā)生不可逆堆垛，石墨烯粉體容易分散，從而充分發(fā)揮石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0028](2)通過表面吸附分散劑的石墨烯粉體獲得的導(dǎo)電漿料具有導(dǎo)電性能好、壽命長(zhǎng)、成本低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0029]圖1為本發(fā)明一典型實(shí)施方案之中一種表面吸附分散劑的石墨烯粉體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為實(shí)施例1中通過溶劑混合形成的表面吸附炭黑的石墨烯粉體的SEM圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明通過將小粒徑的分散劑通過溶劑混合、氣流混合、機(jī)械混合等方式先與石墨烯復(fù)合形成一種表面吸附分散劑的石墨烯粉體(請(qǐng)參閱圖1)，由于石墨烯表面吸附了分散劑，在后續(xù)的加工過程中，石墨烯片層之間因分散劑阻隔不會(huì)發(fā)生堆垛，保證了石墨烯均勻地分散到有機(jī)體中，充分發(fā)揮石墨烯優(yōu)異地導(dǎo)電性能。
[0032]以下結(jié)合附圖及若干實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]取10g石墨烯粉體(平均尺寸小于20um，厚度為1_30層，電導(dǎo)率不低于15S/m)與10g炭黑在乙醇中超聲lh，混合均勻后烘干得到表面吸附炭黑的石墨烯粉體(如圖2)。將此粉體與300g乙基纖維素，3000g松油醇，100g 1nm銀粉通過真空攪拌機(jī)攪拌3h至楽.料均勾，通過三棍機(jī)研磨5h，得到石墨稀最大尺寸為2 μ m的導(dǎo)電楽料。該楽料粘度為500-3000mPas,成膜后方塊電阻為10 Ω/sq，可以作為導(dǎo)電油墨應(yīng)用于打印電路。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]取Ig石墨烯粉體(同實(shí)施例1)與Ig炭黑在乙醇中超聲lh，混合均勻后烘干得到表面吸附炭黑的石墨稀粉體，將此粉體與3g乙基纖維素、30g松油醇、30g 1nm銀粉、2g玻璃粉、0.5gTi02、流平劑BYK-161 0.lg、通過真空攪拌機(jī)攪拌3h至漿料均勻，通過三輥機(jī)研磨5h獲得導(dǎo)電漿料，該漿料可以通過絲網(wǎng)印刷制成用于太陽(yáng)能電池正面電極，粘附力強(qiáng)。該漿料粘度為1000-3000mPas，成膜后方塊電阻為0.5 Ω /sq。
[0037]對(duì)照例1:該對(duì)照例與實(shí)施例1基本相同，但以石墨烯粉體替換表面吸附炭黑的石墨烯粉體形成了導(dǎo)電漿料。成膜后方塊電阻為δΟΩ/sq，表面電阻明顯差于實(shí)施例1。而且表面粗糙度度也高于實(shí)施例1中的漿料。
[0038]對(duì)照例2:該對(duì)照例與實(shí)施例1基本相同，但以炭黑替換表面吸附炭黑的石墨烯粉體形成了導(dǎo)電漿料。成膜后方塊電阻為δΩ/sq，表面電阻明顯差于實(shí)施例1。而且表面粗糙度度也高于實(shí)施例1中的漿料。
[0039]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的如下組分:表面吸附分散劑的石墨烯I?10%、導(dǎo)電填料20?50%、溶劑40?70%、有機(jī)粘結(jié)劑5?15%、輔助填料O?10%、功能添加劑O?3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述石墨烯的尺寸小于20 um，厚度為1-30層，電導(dǎo)率不低于15 S/m，而所述分散劑包括導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一種或兩種以上的組合，其中點(diǎn)狀或塊狀分散劑的尺寸為10 nm-5 μ m，線狀分散劑長(zhǎng)度為I μπι-20 μ m，寬度或直徑為I nm-50 nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述填料包括銀粉、鎳粉、銅粉、鋁粉或鋁合金、導(dǎo)電磷鐵合金粉、導(dǎo)電鈦白粉、導(dǎo)電石墨、碳納米管、導(dǎo)電碳纖維、乙炔黑、科琴黑、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述有機(jī)粘結(jié)劑包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂、氯醋樹脂、聚酯樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、醛酮、聚酮樹脂、硝基纖維素樹脂、乙基纖維素、松香、琥珀、蟲膠中的任一種或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述溶劑包括乙酸丁酯、異丙醇、DBE、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纖劑醋酸酯、無水乙醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、DMF、NMP、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯中的任一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述功能添加劑包括偶聯(lián)劑、防沉降劑、流平劑、界面活性劑、消泡劑中的任一種或兩種以上的組合； 其中，所述偶聯(lián)劑包括道康寧A-1020 ； 所述流平劑包括BYK-161 ； 所述界面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、十六烷基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、Triton-100、吐溫、Tego Dispers610s中的任一種或兩種以上的組合； 所述消泡劑包括Tego Foamex N、乙醇中的任一種或兩種以上的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述輔助填料包括玻璃粉、ZnO、A1203、S12, SnO2, T12中的任一種或兩種以上的組合。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于包括: 將石墨烯粉體與分散劑混合，形成表面吸附分散劑的石墨烯粉體，其中采用的混合方式包括溶劑混合、機(jī)械混合或氣流混合； 將所述表面吸附分散劑的石墨烯粉體與溶劑及有機(jī)粘結(jié)劑在50-100°C的條件下混合成均勻狀態(tài)的有機(jī)載體，再將導(dǎo)電填料、輔助填料、功能添加劑均勻分散于所述有機(jī)載體中，獲得所述導(dǎo)電漿料。
9.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料于制備電子器件或光電器件中的應(yīng)用，所述電子器件或光電器件包括太陽(yáng)能電池、LED、RFID、抗靜電器件、印刷電路、打印電路或電磁屏蔽器件。
10.一種裝置，其特征在于包含由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述表面吸附分散劑的石墨烯導(dǎo)電漿料形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01B1/24GK104464883SQ201410828734
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】劉立偉, 李偉偉, 李奇, 陳明亮, 郭玉芬, 邱勝?gòu)?qiáng), 劉朝軍 申請(qǐng)人:蘇州格瑞豐納米科技有限公司