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一文认识石墨烯导电油墨制备技术及应用
2018月05月16日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:297
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石墨烯具有超高的电荷迁移率,目前在导电油墨领域受到极大关注。石墨烯导电油墨以其优异的导电性能、耐腐蚀性以及耐候性等性能,已成功应用于能源、电子器件、功能传感器等方面,如柔性电子屏、光伏电池、印刷微型电路以及射频识别等。下面小编简要介绍石墨烯导电油墨制备技术及应用。


一、石墨烯导电油墨制备方法

目前,石墨烯导电油墨制备方法主要有氧化还原法、机械剥离法、液相剥离法。

石墨烯导电油墨


1、氧化还原法

氧化还原法是以石墨微片为原料制备氧化石墨烯纳米片,而氧化石墨烯的还原则采用N2H4试剂,还原过程中使用氨水调节pH10辅助还原,然后以十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂、水与二甘醇作为油墨溶剂制备得到石墨烯导电油墨。


微波还原边缘氧化的石墨烯,是氧化还原法应用较为成熟的一种方法,该工艺是通过 NMP 试剂分散氧化石墨烯,接着采用球磨技术制备得到亚微米级别(约400nm)的氧化石墨烯,然后使其与多壁碳纳米管复合,制备得到石墨烯/碳纳米管复合导电油墨。

亚微米级还原氧化石墨烯分散液制备示意图


2、机械剥离法

机械剥离法制备石墨烯导电油墨首先是通过层层剥离获得单层的石墨烯,加入乙基纤维素作为油墨稳定剂,利用乙二醇调节黏度,最终制备得到石墨烯导电油墨,且其石墨烯片层绝大多数在14层的范围内。


微流法作为机械剥离法的一种,该工艺是以石墨为原料剥离石墨烯,并以此制备石墨烯导电油墨,其产率可达到 100%。首先将脱氧胆酸钠、水以及石墨微片混合均匀,加入微流设备中并施以 207MPa 压力,迫使石墨微片通过主工作的微型通道,从而达到剪切剥离石墨微片的目的。在循环多次之后得到约 4%的少层石墨烯以及纳米级别微石墨,然后采用羟甲基纤维素钠盐作为油墨分散助剂,制备得到石墨烯导电油墨。


微流法制备工艺简单、高效、环境友好,有望替代当代导电银浆为主导的RFID领域。

微流法制备石墨烯导电油墨示意图


3、液相剥离法

液相剥离法是将过量的石墨粉分散于乙醇/EC溶剂中,并对其进行高频超声处理剥离得到低层数的石墨烯,接下来通过离心沉积多余的石墨以及EC从而获得上层石墨烯分散液,使用NaCl对石墨烯分散液进行盐凝絮获得石墨烯/EC粉体,然后将石墨烯/EC粉体分散于环己酮/松油醇(两者比例为 8515)混合溶剂中,制备得到石墨烯导电油墨。


液相剥离法优点是工艺流程简单、易实现产业化,是制备石墨烯导电油墨较为理想的方法。

液相剥离石墨制备石墨烯导电油墨示意图


二、石墨烯导电油墨的应用

作为具备良好导电性能的石墨烯导电油墨,凭借着现代印刷电子技术为支撑,其应用已广泛涉及电子器件、能源器件以及各类特种功能传感器等领域。


1、能源器件领域

石墨烯因其优异的导电性能以及高达2630m2/g的比表面积,是能源领域一直被看好的材料,通过喷墨打印所制备的材料目前在超级电容器、太阳能电池以及锂电池中的得到应用。如将石墨烯导电油墨打印材料作为电极添加剂以增强其导电性以及比表面积,可增加电流密度。

石墨烯导电油墨打印材料作为电极添加剂应用于超级电容器


2、电子器件领域

目前,石墨烯导电油墨已成功应用于电子标签、微型导电线路、薄膜晶体管等电子器件领域。研究者使用石墨烯导电油墨打印薄膜晶体管,该薄膜晶体管电荷迁移率高达 2375px2/V·s)。

石墨烯导电油墨应用于薄膜晶体管


3、功能传感器领域

石墨烯导电油墨在传感器领域的应用主要为化学物质传感器,以检测环境中对人体有害的化学物质。 

   

参考文献:

1、石小梅,徐长妍,姬安,石墨烯导电油墨的研究进展。

2、李旭,赵卫峰,陈国华,石墨烯的制备与表征研究、

3、陈金凤,石墨烯的连续机械剥离制备及其复合材料的性能研究


                                                                                                        李波涛

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