[发明专利]可用于喷墨打印的二维无机材料水基油墨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于喷墨打印的二维无机材料水基油墨的制备方法。该方法主要包括二维无机材料的制备、清漆的制备和二维无机材料的分散三个步骤。首先，将层状材料进行剥离得到二维无机材料悬浊液，离心去除未剥离层状材料和较大纳米片获得上层清液，之后进行冷冻干燥，得到絮状固体二维无机材料。其次，将适量粘结剂和表面活性剂加入到溶剂中制得清漆。最后，将适量二维无机材料均匀分散到清漆中，获得二维无机材料油墨。该方法简单、环保、成本较低、油墨稳定性好并且不易堵塞喷嘴，能够广泛应用于喷墨打印工艺。

技术领域：

本发明属于纳米材料墨水领域，涉及一种用于喷墨打印的二维无机材料水基油墨及其制备方法。

背景技术：

二维材料具有优异的机械强度、柔韧性和光学透明度以及超高的比表面积，在电子、光电、能源、传感和催化等领域具有巨大的应用潜力。喷墨打印技术是一种无接触式、快速灵活、高精度的成型技术。通过计算机精准控制，将墨滴从喷嘴处依次喷出，在基底上按照设定图案进行高精度打印。将二维材料油墨与喷墨打印相结合，可以方便快捷地制备二维材料器件，这种新兴的增材制造方式对二维材料的应用开发具有重大意义。此外，由于喷墨打印技术的突出优势，该技术在实现轻量化、可折叠和柔性设备方面具有巨大的应用前景。

目前许多二维材料已经被应用于制备喷墨打印器件，包括石墨烯、六方氮化硼以及过渡金属硫化物等，这类材料往往分散于高沸点的有机溶剂中，例如N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺等。虽然其它二维材料在此类有机溶剂中分散性较好，但是有机溶剂往往有毒且不易去除，还容易造成喷嘴堵塞。对二维氧化物材料体系而言，氧化物纳米片往往是水溶性的，在有机溶剂中可能会产生絮凝现象，导致喷嘴堵塞。

水作为一种具有高表面张力和低粘度的溶剂，不适用于喷墨打印，为了改变这些参数往往需要特定的添加剂来满足喷墨打印要求。所以开发一种无毒环保、稳定性和分散性良好且不易堵塞喷嘴的水基二维材料油墨是本技术领域中的难题。

发明内容：

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种可用于喷墨打印的二维无机材料水基油墨的制备方法，此方法所制备的二维无机材料墨水无毒且稳定性良好。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于喷墨打印的二维无机材料水基油墨的制备方法，其特征在于：

a.二维无机材料的制备：将层状氧化物陶瓷粉体进行离子交换和液相剥离处理得到二维无机材料的悬浊液；

b.清漆的制备：将溶剂、粘度剂和表面活性剂按一定比例加入到超纯水中混合均匀；

c.二维无机材料的分散：将所得二维无机材料悬浊液进行高速离心，去除较大纳米片并取上层清液进行冷冻干燥得到絮状粉体，并加入到制备好的清漆中，通过磁力搅拌得到均匀分散的二维无机材料油墨。

按上述方案，所述步骤a中的二维无机材料为

Ti_0.91O₂、Ti_0.87O₂；

Ti_1-xFe_xO₂，其中x＝0.0-0.4；

Ti_1-yCo_yO₂，其中y＝0.0-0.2；

Ti_1-x-yFe_xCo_yO₂，其中x＝0.0-0.4，y＝0.0-0.2；

Ti_(5.2-2x)/6Mn_x/2O₂，其中x＝0.0-0.4；