[发明专利]高分散碳纳米管复合导电墨水

说明书

技术领域

本发明涉及一种加入有碳纳米管的导电墨水，特别是涉及一种高分散碳纳米管复合导电墨水。

背景技术

在液晶面板、OLED面板、触摸屏、电子纸、太阳能电池等显示器件和光伏器件中，透明电极都是不可缺少的部分。氧化铟锡(ITO)在玻璃基底上形成ITO薄膜显示出优异的透光性和导电性，因此目前其在商业化透明电极的应用领域里占有主导地位。但随着科技的发展及透明电极应用领域的多元化，透明电极必须具备低方阻，可见光范围内良好的透过率、柔性、可实现大面积精细涂布成膜的简单操作工艺等要求。而ITO透明导电薄膜的不可弯折，自然资源匮乏，成本高等问题的限制其在未来柔性电子产业中的广泛应用。由此开发新型柔性透明电极材料来替代ITO电极是电子显示领域和光伏产业等应用领域急需解决的关键技术问题。目前柔性透明导电薄膜发展趋势正朝着高品质、高效率、低成本、环保的方向发展。新型的柔性电极材料中碳纳米管材料因为其高电子迁移率，低电阻率被科研和产业界认定为可代替ITO的透明电极。

碳纳米管是一种具有典型的层状中空结构特征的碳材料,构成碳纳米管的管身由六边形石墨碳环结构单元组成,是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级）的一维量子材料。它的管壁构成主要为数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，因此共轭效应显著。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，具有很好的电学性能。然而，由于单壁碳纳米管之间很强的范德华作用力(～500eV/μm)和大的长径比(>1000)，通常容易形成大的管束，难以分散，极大地制约了其优异性能的发挥和实际应用的开发。通常碳纳米管的分散需借助各种表面活性剂来实现其在溶剂中的分散。这样在形成的碳纳米导电薄膜会由于表面活性剂的不导电性导致其电学性能的降低。

发明内容

针对上述领域中的缺陷，本发明提供一种高分散碳纳米管复合导电墨水，无需外加分散辅助剂，此墨水采用无表面活性剂的碳纳米管分散液及导电高分子为原材料，通过溶液的共混工艺技术（超声波分散、机械搅拌、细胞粉碎等工艺方法复合），实现了碳纳米管与导电高分子溶液的均匀分散，制备的墨水稳定性和再分散性良好。

一种高分散碳纳米管复合导电墨水，由下列成分及其重量百分含量组成：

所述改性碳纳米管采用下述方法制得：（1）将碳纳米管分散在低沸点醇类或水溶液中，通过超声波分散或细胞粉碎机分散，分散液放入紫外光机中照射30-60分钟，离心；（2）将紫外光机清洗后的碳纳米管用氧化性强酸溶液进行氧化反应，离心；（3）将强酸清洗过的碳纳米管通过采用低沸点醇溶剂或水超声散，离心清洗后，得到高分散性的改性碳纳米管。

所述步骤（1）或/和步骤（2）重复1-2次。

所述低沸点醇为乙醇或甲醇。

所述氧化性强酸溶液为三氟乙酸、硝酸、浓硫酸、或添加有过氧化物的硝酸或浓硫酸。

所述过氧化物为过氧化铵或双氧水。

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管，双壁碳纳米管，多壁碳纳米管。

所述的导电高分子为聚苯胺、聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的一种或几种。

所述导电高分子助溶剂为聚苯乙烯磺酸盐、樟脑磺酸或萘磺酸。

所述溶剂为水，乙醇，甲醇中的一种或几种。

该复合导电墨水的一种制备方法说明

1.碳纳米管分散液的制备方法：

首先将碳纳米管粉体分散在低沸点醇类或水溶液中，通过超声波分散或细胞粉碎机分散，分散液放入紫外光机中照射一定时间，可得离心得碳纳米管粉体。其次将紫外光机清洗后的碳纳米管用强酸控制反应条件，进行清洗。最后将强酸清洗过的碳纳米管通过多次离心分离后，重复超声波清洗后，得到均匀的单壁碳纳米管分散液。此工艺方法中的工艺步骤可以多次重复和调整。尤其是强酸清洗工艺中，采用不同的强酸对非晶态碳的作用也各不相同，所得碳纳米管的可溶性和碳纳米管的洁净度也有很大的差异。碳米管的回收率在80%左右。

2.本发明中采用的强酸有三氟乙酸（TFA），硝酸，浓硫酸，双氧水等在碳纳米管表面不会残留无机盐的易分解的酸。相应的溶剂有低沸点醇类如甲醇，乙醇；水；N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等

3.将无表面活性剂的碳纳米管高分散溶液与导电高分子溶液共混，通过机械搅拌结合超声分散技术，或机械搅拌结合细胞破碎的工艺方法使得共混溶液形成稳定均匀的碳纳米管高分子分散体系,最后浓缩到合适的浓度。