石墨烯导电墨水的制备及其纸基电路的导电性能
2021-05-06张宏伟方志强刘映尧
中国造纸 2021年3期
张宏伟 谢 鸿 方志强 刘映尧
(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640)
随着科技的不断发展,人们对柔性电子器件的需求越发强烈[1]。相比于传统硅基材料,柔性电子器件可以通过印刷的方法制备,其中,导电墨水是决定器件导电性能的关键环节[2]。导电墨水中的导电填料一般为金属材料[3]、高分子导电材料[4]和碳材料[5],而碳材料因其耐腐蚀性强、导电性能好和无需过高温烧结等优势,具有极高的应用价值。石墨烯作为片状纳米碳材料,独特的二维原子结构使其导电性能高于其他碳材料[6-8],使其在导电墨水领域有着巨大研究价值。用作导电墨水的石墨烯主要来源于机械剥离和氧化还原制备[9],氧化还原法制备的还原石墨烯相比于机械剥离法更容易达到单层水平,且易大规模生产。
目前石墨烯导电墨水的印刷基材大多为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET) 等石油基材料[10-11],Secor 等人[12]使用乙醇和乙基纤维素通过液相剥离石墨得到石墨烯并制备成石墨烯油墨,以PI 为基底打印出电阻率为4 mΩ/cm的导电薄膜。但石油基材料存在不可再生和难降解等问题,不符合可持续发展趋势;而纤维素材料有着来源广、可降解等优点,且其制备的纸基材料具有优异的印刷适应性和柔性[13-14];因此,开发纤维素纸基材料对推动柔性电子器件的绿色发展有着重要意义。
本研究通过氧化还原法制备了石墨烯,并将其作为导电墨水的导电组分,使用十二烷基磺酸钠(SDS)调节墨水的物理性质,通过钢笔划线法在普通A4 纸张上得到石墨烯纸基电路。……
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