[发明专利]一种石墨烯浆料和导电油墨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯浆料和导电油墨及其制备方法。石墨烯浆料的原料包括石墨烯、二价酸酯和乙醇；每1.5g石墨烯对应的二价酸酯用量为20～100mL和乙醇用量为50～250mL；石墨烯是通过以下制备方法获得的：获取包含有硫酸和硫酸盐的电解液；于电解液中，以石墨为正极，施加工作电压对石墨进行剥离，获得悬浊液；除去悬浊液中的液体部分，并对所得固体部分进行洗涤、超声处理，然后先置于‑100℃～‑60℃条件下2h～8h，再置于‑56℃～‑44℃条件下35h～55h。该石墨烯浆料以特定工艺制备的石墨烯为原料配合二价酸酯作为主体溶剂制备，用该石墨烯浆料制备的油墨稳定性、印刷适性和印刷线路导电性的均满足应用要求。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，特别涉及一种石墨烯浆料和导电油墨及其制备方法。

背景技术

随着电子行业的快速发展，导电油墨在柔性印刷电路、薄膜开关、无线射频识别等领域中的应用越来越广泛。石墨烯导电油墨与传统金属系导电油墨及银纳米材料导电油墨相比，稳定性更高、成本更低；与碳系导电油墨相比，电阻率更低即导电性较好。石墨烯作为导电油墨的导电填料，不仅导电性能优良而且具备优良的抗腐蚀性和抗氧化性，是最有普及应用潜力的印刷电子材料之一，具有广阔的应用前景。

目前，制备石墨烯导电油墨主要包括两种技术途径，一种是基于液相剥离法的石墨烯油墨，另一种是基于氧化还原法的石墨烯油墨。

液相剥离法是以石墨粉在N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂中分散以降低片层间的范德华力，再通过超声波等外力作用使石墨在溶剂中层层剥离，通过添加表面活性剂或聚合物辅助分散，并通过溶剂交换等制备得到石墨烯导电油墨。

氧化还原法是在强酸与强氧化剂体系中使石墨氧化，减弱片层间的范德华作用力，促使氧化石墨在溶剂中剥离形成氧化石墨烯，之后通过还原过程去除含氧基团，使其转化为还原氧化石墨烯。还原后的氧化石墨烯分散性降低，需通过表面活性剂或聚合物辅助分散，制备石墨烯导电油墨。氧化石墨烯的分散液也直接作为油墨，但需要在印刷后进行还原处理，将印刷线路转化为导电线路。

液相剥离法制备的石墨烯产率较低，制备过程中留下了大量未剥离的石墨，需要通过重复的分离提纯过程；此外使用超声等外力会使石墨烯片层发生破碎，一般得到较小尺寸的石墨烯，影响石墨烯的导电性能；剥离所使用的NMP、DMF等溶剂毒性及腐蚀性较强，容易对环境和人体健康造成危害。

氧化石墨烯的分散液直接作为油墨的方法相对易于制备，分散稳定且浓度范围广，但后续的还原或后处理过程条件较为苛刻，常用的如水合肼熏蒸、氢碘酸熏蒸、高温热处理等条件，对于印刷基底的耐受性要求较高，限制了其应用范围。预先还原的方法制备的导电油墨，分散性较差，油墨中石墨烯浓度较低，需要重复多次印刷或高温热处理实现较好的导电性。预先还原与印刷后还原共同存在的问题是还原过程不能完全地修复氧化石墨烯的结构缺陷，在电学性能方面有待提高。

整体上讲，上述传统方法所得石墨烯制备的油墨的性能有待进行改进，以满足应用中对油墨稳定性、印刷适性和印刷线路导电性的要求。

发明内容

基于此，本发明的主要目的是提供一种石墨烯浆料。该石墨烯浆料以特定工艺制备的石墨烯为原料并配合采用二价酸酯作为主体溶剂制备而成，用该石墨烯浆料制备的油墨稳定性、印刷适性和印刷线路导电性的均满足应用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯浆料，其特征在于，所述石墨烯浆料的制备原料包括石墨烯、二价酸酯和乙醇；每1.5g所述石墨烯对应的二价酸酯用量为20mL～100mL和乙醇用量为50mL～250mL；

其中，所述石墨烯是通过以下制备方法获得的：

(1)获取包含有硫酸和硫酸盐的电解液；

(2)于所述电解液中，以石墨为正极，施加工作电压对所述石墨进行剥离，获得悬浊液；