[发明专利]一种可用作导电墨水的石墨烯分散液及其制备方法以及一种导电墨水

说明书

本发明提供了一种可用作导电墨水的石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：A)将分散剂与松油醇混合搅拌，得到含分散剂的松油醇分散介质；B)向所述含分散剂的松油醇分散介质加入石墨烯粉末，混合均匀，得到石墨烯浓缩液；C)将所述石墨烯浓缩液加入到有机溶剂中，混合均匀，得到混合液；所述混合液的粘度为5～20cP，表面张力为27～30mN/m；D)将所述混合液与助剂混合，得到可用作导电墨水的石墨烯分散液。本发明选用松油醇作为石墨烯浓缩液的初始分散介质，利用石墨烯在松油醇中较好的分散性能以及松油醇作为醇类有机溶剂能与有机溶剂互溶的性质，同时，通过控制石墨烯分散顺序，从而提高石墨烯最终在水性溶剂中的分散稳定性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种可用作导电墨水的石墨烯分散液及其制备方法以及一种导电墨水。

背景技术

印刷电子技术是印刷学和电子学结合的技术，通过采用印刷的工艺制备各类电子元器件。传统的电子元器件主要采用光刻、腐蚀等制造技术制备硅基微电子。这种工艺虽然具有高精度和高密度的优点，但工艺复杂，制作成本高。区别于传统电子制造工艺，印刷工艺具有工艺简单、绿色环保、成本低廉、适应性强等优势，属于增材制造技术。

导电油墨是制备印刷电子的原料，其性质决定了制备的产品的性能高低。导电油墨主要由导电填料、溶剂、助剂等组成。其中导电填料是使油墨具有导电性能的关键组分。目前，导电填料根据材料构成可分为三类：有机导电高分子、金属纳米粒子和无机碳系材料。其中，碳系材料主要有传统的石墨和炭黑，以及新兴的碳纳米管和石墨烯材料。

石墨烯是一种新型的二维碳材料，其本质为单层石墨，碳原子之间以sp2杂化相连，理论厚度仅为0.34nm。石墨烯具有优异的机械性能、电学性能、导热性能、透光性等，本征强度高达130GPa。载流子迁移率高达15000cm²·V^-1·s^-1，热导率为5000W·m^-1·K^-1，比表面积的理论值为2630m²/g。另外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应、铁磁性和激子带隙等现象，引起了科研人员的广泛关注和研究，并取得了大量可喜的成果。

目前，直接制备石墨烯液相分散液的方法主要有液相剥离法和氧化还原法两种。液相剥离法通过大功率超声等手段从石墨中剥离出石墨烯片，但这种方式的效率低。氧化还原法是利用改进的Hummer’s法利用石墨氧化成氧化石墨，在石墨片边缘长出氧化官能团增大石墨片层之间的距离，并利用大功率长时间超声等手段得到氧化石墨烯，再利用水合肼等还原剂进行还原，这种方式下石墨烯中或多或少还是残存有氧化官能团，影响石墨烯性能。

当前，石墨烯已进入了量产阶段，通过向液相分散液中添加石墨烯可直接制备高浓度本征石墨烯。然而，石墨烯在液相中的分散一直是阻碍石墨烯应用的一大难点。由于本征石墨烯中不存在官能团，因此基本不溶于任何溶剂，且由于大的比表面积和纳米尺寸，在液相中易团聚而不能稳定存在。含官能团的氧化石墨烯虽具有较好的分散性，但也影响了石墨烯的导电性能等。目前，石墨烯在液相中的分散主要采用的是添加分散剂的方法，其中，用的较多的有十二烷基硫酸钠(SDS)、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。另外，石墨烯在松油醇等油性有机溶剂中分散性能较好，而在去离子水、乙醇等水性溶剂中则不易稳定分散。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可用作导电墨水的石墨烯分散液及其制备方法以及导电墨水，本发明提供的制备方法可以提高石墨烯在水性溶剂中的分散稳定性。

本发明提供了一种可用作导电墨水的石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：

A)将分散剂与松油醇混合搅拌，得到含分散剂的松油醇分散介质；

B)向所述含分散剂的松油醇分散介质加入石墨烯粉末，混合均匀，得到石墨烯浓缩液；