CN106554660A - 一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，本发明将碳纳米管经过改性处理后可以在成品墨水中均匀的分散，有效的降低了团聚，同时碳纳米管具有良好的导电性能，可以很好的提高喷墨墨水的电导率，提高成品薄膜的导电性能，本发明的喷墨墨水稳定性好，采用环烷酸皂的醇溶液为黏度调节剂可以有效的改善墨水的黏度和流动性，提高喷墨后在薄膜上的稳定性。

Description

一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法
技术领域
本发明主要涉及喷墨打印领域，尤其涉及一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法。
背景技术
目前制作薄膜的方法包括溅射、蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、涂覆和喷墨打印等方法，其中溅射和蒸镀成本高，丝印厚度和精度不好可控制，旋涂不适于大规模生产，涂覆和喷墨打印可适用于低成本、连续、大面积的规模化工业生产中。与涂覆相比，喷墨打印的厚度和位置控制精确，具有微米级分辨率，可实现全数字图形输出，可通过计算机对加工过程灵活高精度控制；
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质，碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当碳纳米管的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，碳纳米管可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
碳纳米管57-60、环烷酸皂1-2、叔丁基对二苯酚0.4-1、N-甲基吡咯烷酮36-40、二烷基二硫代磷酸锌1-2、碳酸锆铵3-5、油酸酰胺1-2、松香醇3-4、硫化亚锡0.1-0.3、水和硼酸锌2-3、蓖麻酸钙0.5-1、聚氨基甲酸酯2-3、烯基琥珀酸酐0.8-1、四羟甲基硫酸磷1-2、十六烷基三甲基氯化铵0.8-1、氟硼酸钠1-2、月桂醇硫酸钠0.5-1、无水乙醇适量；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a、将上述碳纳米管加入到质量比为3-4:1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸浓度为95-97%，所述的硝酸浓度为96-98%，送入反应釜中，在100-120℃下超声3-5小时，过滤，将沉淀水洗3-4次，在100-110℃下真空干燥1-2小时，得酸化碳纳米管；
b、将上述碳酸锆铵、水和硼酸锌混合，加入到混合料重量20-30倍的、浓度为10-20%的盐酸溶液中，升高温度为65-70℃，加入上述月桂醇硫酸钠，保温搅拌10-20分钟，加入上述酸化碳纳米管，继续保温搅拌30-40分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，常温干燥，得复合酸化碳纳米管；
c、将上述二烷基二硫代磷酸锌、叔丁基对二苯酚混合，加入到上述N-甲基吡咯烷酮中，升高温度为76-80℃，保温搅拌10-20分钟，加入上述蓖麻酸钙，搅拌至常温，得烷酮分散液；
d、将上述环烷酸皂加入到其重量4-6倍的无水乙醇中，在80-90℃下保温搅拌4-7分钟，加入上述松香醇，搅拌至常温，得黏度调节剂；
e、将上述氟硼酸钠、复合酸化碳纳米管、十六烷基三甲基氯化铵混合，加入到混合料重量1-2倍的70-75%的乙醇溶液中，升高温度为50-60℃，加入上述叔丁基对二苯酚，保温搅拌3-5分钟，加入上述油酸酰胺，超声搅拌2-3分钟，过滤，将沉淀水洗3-4次，在50-60℃的烘箱中干燥1-2小时，出料，冷却，得改性碳纳米管；
f、将上述改性碳纳米管、四羟甲基硫酸磷混合，加入到混合料重量1-1.7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70-76℃，加入上述聚氨基甲酸酯，保温搅拌10-20分钟，加入上述烷酮分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入黏度调节剂及其剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述喷墨墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成碳纳米管导电薄膜。
一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，所述的热处理温度为200-270℃，时间为20-40分钟。
本发明的优点是：
本发明将碳纳米管经过改性处理后可以在成品墨水中均匀的分散，有效的降低了团聚，同时碳纳米管具有良好的导电性能，可以很好的提高喷墨墨水的电导率，提高成品薄膜的导电性能，本发明的喷墨墨水稳定性好，采用环烷酸皂的醇溶液为黏度调节剂可以有效的改善墨水的黏度和流动性，提高喷墨后在薄膜上的稳定性。
具体实施方式
一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
碳纳米管60、环烷酸皂1、叔丁基对二苯酚0.4、N-甲基吡咯烷酮40、二烷基二硫代磷酸锌2、碳酸锆铵5、油酸酰胺2、松香醇3、硫化亚锡0.3、水和硼酸锌2、蓖麻酸钙0.5、聚氨基甲酸酯3、烯基琥珀酸酐0.8、四羟甲基硫酸磷1、十六烷基三甲基氯化铵0.8、氟硼酸钠1、月桂醇硫酸钠0.5、无水乙醇适量；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a、将上述碳纳米管加入到质量比为4:1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸浓度为97%，所述的硝酸浓度为98%，送入反应釜中，在120℃下超声3小时，过滤，将沉淀水洗4次，在110℃下真空干燥2小时，得酸化碳纳米管；
b、将上述碳酸锆铵、水和硼酸锌混合，加入到混合料重量20倍的、浓度为20%的盐酸溶液中，升高温度为65-70℃，加入上述月桂醇硫酸钠，保温搅拌10分钟，加入上述酸化碳纳米管，继续保温搅拌40分钟，过滤，将沉淀水洗2次，常温干燥，得复合酸化碳纳米管；
c、将上述二烷基二硫代磷酸锌、叔丁基对二苯酚混合，加入到上述N-甲基吡咯烷酮中，升高温度为80℃，保温搅拌10分钟，加入上述蓖麻酸钙，搅拌至常温，得烷酮分散液；
d、将上述环烷酸皂加入到其重量4倍的无水乙醇中，在90℃下保温搅拌4分钟，加入上述松香醇，搅拌至常温，得黏度调节剂；
e、将上述氟硼酸钠、复合酸化碳纳米管、十六烷基三甲基氯化铵混合，加入到混合料重量1-2倍的75%的乙醇溶液中，升高温度为50℃，加入上述叔丁基对二苯酚，保温搅拌3分钟，加入上述油酸酰胺，超声搅拌3分钟，过滤，将沉淀水洗3次，在60℃的烘箱中干燥1-2小时，出料，冷却，得改性碳纳米管；
f、将上述改性碳纳米管、四羟甲基硫酸磷混合，加入到混合料重量1.7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为76℃，加入上述聚氨基甲酸酯，保温搅拌10分钟，加入上述烷酮分散液，混合研磨30分钟，送入球磨罐中，加入黏度调节剂及其剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1200转/分球磨24小时，即得所述喷墨墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成碳纳米管导电薄膜。
一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，所述的热处理温度为270℃，时间为40分钟。

Claims (2)

1.一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
碳纳米管57-60、环烷酸皂1-2、叔丁基对二苯酚0.4-1、N-甲基吡咯烷酮36-40、二烷基二硫代磷酸锌1-2、碳酸锆铵3-5、油酸酰胺1-2、松香醇3-4、硫化亚锡0.1-0.3、水和硼酸锌2-3、蓖麻酸钙0.5-1、聚氨基甲酸酯2-3、烯基琥珀酸酐0.8-1、四羟甲基硫酸磷1-2、十六烷基三甲基氯化铵0.8-1、氟硼酸铵1-2、月桂醇硫酸钠0.5-1、无水乙醇适量；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a、将上述碳纳米管加入到质量比为3-4:1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸浓度为95-97%，所述的硝酸浓度为96-98%，送入反应釜中，在100-120℃下超声3-5小时，过滤，将沉淀水洗3-4次，在100-110℃下真空干燥1-2小时，得酸化碳纳米管；
b、将上述碳酸锆铵、水和硼酸锌混合，加入到混合料重量20-30倍的、浓度为10-20%的盐酸溶液中，升高温度为65-70℃，加入上述月桂醇硫酸钠，保温搅拌10-20分钟，加入上述酸化碳纳米管，继续保温搅拌30-40分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，常温干燥，得复合酸化碳纳米管；
c、将上述二烷基二硫代磷酸锌、叔丁基对二苯酚混合，加入到上述N-甲基吡咯烷酮中，升高温度为76-80℃，保温搅拌10-20分钟，加入上述蓖麻酸钙，搅拌至常温，得烷酮分散液；
d、将上述环烷酸皂加入到其重量4-6倍的无水乙醇中，在80-90℃下保温搅拌4-7分钟，加入上述松香醇，搅拌至常温，得黏度调节剂；
e、将上述四羟甲基硫酸磷、复合酸化碳纳米管、十六烷基三甲基氯化铵混合，加入到混合料重量1-2倍的70-75%的乙醇溶液中，升高温度为50-60℃，加入上述叔丁基对二苯酚，保温搅拌3-5分钟，加入上述油酸酰胺，超声搅拌2-3分钟，过滤，将沉淀水洗3-4次，在50-60℃的烘箱中干燥1-2小时，出料，冷却，得改性碳纳米管；
f、将上述改性碳纳米管、氟硼酸铵混合，加入到混合料重量1-1.7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70-76℃，加入上述聚氨基甲酸酯，保温搅拌10-20分钟，加入上述烷酮分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入黏度调节剂及其剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述喷墨墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成碳纳米管导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种喷墨打印制备碳纳米管导电薄膜的方法，其特征在于：所述的热处理温度为200-270℃，时间为20-40分钟。
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