[发明专利]一种聚苯胺功能化石墨烯导电油墨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺功能化石墨烯导电油墨及其制备方法，其中聚苯胺功能化石墨烯材料采用磺化聚苯胺和氧化石墨烯分散液超声后原位还原制得，该制备方法利用聚苯胺与石墨烯之间的π‑π相互作用及聚苯胺上的磺酸基团，得到在水中能稳定分散的石墨烯复合材料，解决了石墨烯片层结构易于团聚的问题。本发明的导电油墨采用聚苯胺功能化石墨烯与导电炭黑作为导电填料，水性树脂作粘结剂，水和低碳醇的混合物作溶剂，构成“点‑面”接触的导电网络，提高导电油墨的导电性能，且该导电油墨绿色环保，对环境友好。进一步，该导电油墨成膜后可得到导电性高、成膜均匀、抗弯曲能力强的导电薄膜，电导率高达6.61S/cm，有望应用于柔性电子线路印刷领域。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料应用领域，特别是涉及一种聚苯胺功能化石墨烯导电油墨及其制备方法，该聚苯胺功能化石墨烯导电油墨适用于印刷及电子技术领域。

背景技术

导电油墨是一种由导电填料、溶剂、粘结剂和各种助剂组成的功能性油墨，在无线射频识别、印刷线路板、电子屏显示器、太阳能电池和薄膜开关等领域中有着广泛的应用。导电填料是导电油墨的关键组分，其决定了油墨的导电性能。目前广泛使用的导电油墨常以金属颗粒如纳米金、银、铜等为导电填料，通过金属颗粒间的点-点接触形成导电网络从而实现导电性。在纳米金、纳米银导电油墨的制备过程中，常需要加入保护剂来限制金属颗粒的生长以控制其粒度大小，由于这些保护剂的加入会导致油墨的接触电阻增大、导电性降低，因此需对其进行高温烧结处理来去除保护剂，改善金属颗粒间的接触，提高其导电性能。但是，由于柔性印刷载体通常是各种有机薄膜，这种材料的耐热性较差，高温下发生玻璃相转变而造成损伤，因此金、银导电油墨的高温烧结步骤极大地限制了它们在柔性印刷中的应用。进一步，金、银是贵金属，以其作为导电填料使得导电油墨的成本较高，也不利于大规模应用。金属铜的成本较低，也被用作导电油墨中的导电相，但与金、银导电油墨相比，纳米铜颗粒的导电性较差，且稳定性不好，在空气中易被氧化而导致导电性进一步恶化。因此，研究发展导电性和稳定性好、成本低的导电油墨是一项重要的任务。

石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，它具有碳原子sp²杂化成键形成的蜂窝状结构，每个碳原子都与邻近的三个碳原子形成σ键，并贡献一个未成键的π电子，这些π电子可以在石墨烯晶面自由移动，使石墨烯具有优异的导电性能，载流子迁移率高达2.0×10⁵cm²·V^-1·s^-1。此外，石墨烯还具有优异的透光率，对可见光透过率可达97.7％。由于石墨烯的这些优异性能，以石墨烯为导电填料的导电油墨受到了越来越多的关注，石墨烯导电油墨有望应用于无线射频识别、太阳能电池、柔性电子线路、传感器等多个领域。

但是，由于石墨烯片层间强烈的π-π相互作用，常发生不可逆的团聚现象，影响石墨烯优异物理化学性能的发挥，因此有效阻止石墨烯团聚、制备分散性能好、导电性高的石墨烯材料仍是目前研究的热点和难点。

目前，为了获得稳定分散的石墨烯，常将其分散在表面能与其接近的N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂中，然而这些都是有毒、高沸点的有机溶剂，制备的导电油墨在常温下固化时间长，限制了这种方法在导电油墨领域的广泛应用。除此之外，在水加入十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等表面活性剂，通过空间位阻或静电排斥力来防止石墨烯团聚，也是获得稳定分散石墨烯的方法。但是，表面活性剂大多是绝缘材料，导电油墨中大量表面活性剂的存在会引起油墨的导电性差的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种聚苯胺功能化石墨烯的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将磺化聚苯胺溶解于氧化石墨烯分散液中，反应制得聚苯胺/氧化石墨烯分散液；

步骤S2：将聚苯胺/氧化石墨烯分散液经还原剂原位还原，制得聚苯胺功能化石墨烯。