一文認(rèn)識石墨烯導(dǎo)電油墨制備技術(shù)及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間 | 2018-05-16 15:00 分類 | 粉體應(yīng)用技術(shù) 點(diǎn)擊量 | 5806

石墨石墨烯

導(dǎo)讀：石墨烯具有超高的電荷遷移率，目前在導(dǎo)電油墨領(lǐng)域受到極大關(guān)注。石墨烯導(dǎo)電油墨以其優(yōu)異的導(dǎo)電性能、耐腐蝕性以及耐候性等性能，已成功應(yīng)用于能源、電子器件、功能傳感器等方面，如柔性電子屏、...

石墨烯具有超高的電荷遷移率，目前在導(dǎo)電油墨領(lǐng)域受到極大關(guān)注。石墨烯導(dǎo)電油墨以其優(yōu)異的導(dǎo)電性能、耐腐蝕性以及耐候性等性能，已成功應(yīng)用于能源、電子器件、功能傳感器等方面，如柔性電子屏、光伏電池、印刷微型電路以及射頻識別等。下面小編簡要介紹石墨烯導(dǎo)電油墨制備技術(shù)及應(yīng)用。

一、石墨烯導(dǎo)電油墨制備方法

目前，石墨烯導(dǎo)電油墨制備方法主要有氧化還原法、機(jī)械剝離法、液相剝離法。

石墨烯導(dǎo)電油墨

1、氧化還原法

氧化還原法是以石墨微片為原料制備氧化石墨烯納米片，而氧化石墨烯的還原則采用N₂H₄試劑，還原過程中使用氨水調(diào)節(jié)pH至10輔助還原，然后以十二烷基硫酸鈉（SDS）作為表面活性劑、水與二甘醇作為油墨溶劑制備得到石墨烯導(dǎo)電油墨。

微波還原邊緣氧化的石墨烯，是氧化還原法應(yīng)用較為成熟的一種方法，該工藝是通過 NMP 試劑分散氧化石墨烯，接著采用球磨技術(shù)制備得到亞微米級別（約400nm）的氧化石墨烯，然后使其與多壁碳納米管復(fù)合，制備得到石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電油墨。

亞微米級還原氧化石墨烯分散液制備示意圖

2、機(jī)械剝離法

機(jī)械剝離法制備石墨烯導(dǎo)電油墨首先是通過層層剝離獲得單層的石墨烯，加入乙基纖維素作為油墨穩(wěn)定劑，利用乙二醇調(diào)節(jié)黏度，最終制備得到石墨烯導(dǎo)電油墨，且其石墨烯片層絕大多數(shù)在1～4層的范圍內(nèi)。

“微流法”作為機(jī)械剝離法的一種，該工藝是以石墨為原料剝離石墨烯，并以此制備石墨烯導(dǎo)電油墨，其產(chǎn)率可達(dá)到 100%。首先將脫氧膽酸鈉、水以及石墨微片混合均勻，加入微流設(shè)備中并施以 207MPa 壓力，迫使石墨微片通過主工作的微型通道，從而達(dá)到剪切剝離石墨微片的目的。在循環(huán)多次之后得到約 4%的少層石墨烯以及納米級別微石墨，然后采用羥甲基纖維素鈉鹽作為油墨分散助劑，制備得到石墨烯導(dǎo)電油墨。

“微流法”制備工藝簡單、高效、環(huán)境友好，有望替代當(dāng)代導(dǎo)電銀漿為主導(dǎo)的RFID領(lǐng)域。

微流法制備石墨烯導(dǎo)電油墨示意圖

3、液相剝離法

液相剝離法是將過量的石墨粉分散于乙醇/EC溶劑中，并對其進(jìn)行高頻超聲處理剝離得到低層數(shù)的石墨烯，接下來通過離心沉積多余的石墨以及EC從而獲得上層石墨烯分散液，使用NaCl對石墨烯分散液進(jìn)行鹽凝絮獲得石墨烯/EC粉體，然后將石墨烯/EC粉體分散于環(huán)己酮/松油醇（兩者比例為 85∶15）混合溶劑中，制備得到石墨烯導(dǎo)電油墨。

液相剝離法優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡單、易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是制備石墨烯導(dǎo)電油墨較為理想的方法。

液相剝離石墨制備石墨烯導(dǎo)電油墨示意圖

二、石墨烯導(dǎo)電油墨的應(yīng)用

作為具備良好導(dǎo)電性能的石墨烯導(dǎo)電油墨，憑借著現(xiàn)代印刷電子技術(shù)為支撐，其應(yīng)用已廣泛涉及電子器件、能源器件以及各類特種功能傳感器等領(lǐng)域。

1、能源器件領(lǐng)域

石墨烯因其優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及高達(dá)2630m²/g的比表面積，是能源領(lǐng)域一直被看好的材料，通過噴墨打印所制備的材料目前在超級電容器、太陽能電池以及鋰電池中的得到應(yīng)用。如將石墨烯導(dǎo)電油墨打印材料作為電極添加劑以增強(qiáng)其導(dǎo)電性以及比表面積，可增加電流密度。