CN108231241A - 一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
石墨烯具有良好的化学稳定性、优异的导电性和机械柔性。但是由于石墨烯分散在导电浆料中之后,石墨烯片层与片层之间难以形成“桥连”式的接触,即难以形成完美的导电通路,且在片层连接处,存在较大的接触电阻,使得其形成的导电涂层的表面电阻难以进一步降低。本发明采用液相超声剥离法制备的石墨烯与纳米铜粉共同作为导电填料,采用低温玻璃粉为粘结剂,与其他有机溶剂和添加剂混合制备出具有高温粘结性能的石墨烯/铜复合导电浆料。并将其涂覆在陶瓷片表面,通过高温烧结一段时间后,在陶瓷片表面得到一层具有一定结合力和优异导电性能的石墨烯/铜复合导电涂层。
Description
技术领域
本发明涉及导电涂层,尤其涉及一种中温石墨烯/铜复合导电浆料以及陶瓷基体表面石墨烯/铜复合导电涂层的制备方法。
背景技术
导电浆料(electricallyconductivepaste)是集材料、冶金、化工、电子技术于一体的电子功能材料,是混合集成电路、敏感元件、表面贴装技术、电阻网络、显示器,以及各种电子分立器件等的基础材料。随着信息产业的高速发展,使得器件向微型化、精密化和柔性化等方向发展,国内外很多科研机构对导电浆料的开发和应用产生了浓厚兴趣。
导电浆料通常包括功能相、有机载体、粘结相3种组分。即导电相(金、铜、铜、铜和锡-铋合金等)、有机载体(有机树脂和溶剂)和/或永久粘接剂(硅酸盐玻璃等)。根据导电浆料组成的性质,导电浆料大体分为有机型导电浆料、无机型导电浆料和复合型导电浆料。其中,复合型导电浆料以导电金属粒子为导电相,高分子聚合物为粘结相,具有优异的导电性及机械性能,加工过程相对简单,重复性及导电稳定性较强,且储存稳定期较长,具有较高的实用性,有着广泛的应用前景,目前市面上导电浆料大多数为此类。
碳系导电填料(包括炭黑、石墨、碳纤维及其混合物)常用于导电油墨。近十几年来碳系导电油墨的研究主要集中在通过导电填料的形貌、配比等因素对导电油墨性能的影响规律。马晓旭等以炭黑、石墨和铜粉为导电填料,肖爽等以不同形貌和配比的碳粉为导电填料,得出了导电相的种类、形貌对碳浆粘度、电阻等性能的影响。新型的碳系导电填料包括碳纳米管(CNTs)和石墨烯,因具有大Π键而具备优异的导电性,但在应用中存在稳定分离和分散问题。孙静等在砂磨条件下利用阳/非离子表面活性剂复配分散碳纳米管,与云母或二氧化钛复合,明显提高CNTs的分散性,较传统碳纳米管表面吸附带电荷离子或有机物等方法分散性更好。
作为一种新型碳材料,石墨烯本身具有高导电性与高导热性,理论上其电子迁移率可达到2×105cm2/V·s,约为硅中电子迁移率的140倍,砷化镓的20倍,温度稳定性高,理论上,其电导率可达108S/m,比铜、铜更低,是室温下导电最好的材料,以石墨烯做为导电浆料中的导电相(导电填料),可以降低导电浆料的成本。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种中温石墨烯/铜复合导电浆料以及陶瓷基体表面石墨烯/铜复合导电涂层的制备方法,得到一种具有良好结合力和优异导电性能的石墨烯/铜复合导电涂层。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在50-100℃条件下,通过磁力搅拌分别将0.5-9wt.%的消泡剂和0.5-9wt.%的增稠剂溶于松油醇中;
(2)在50-100℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加0.5-4wt.%的分散剂、0.5-6wt.%流平剂、0.5-4wt.%增塑剂,搅拌时间为10-30h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)采用稀盐酸对纳米铜粉颗粒进行酸洗,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取有机载体相置于真空搅拌釜中,在100-800r/min的搅拌条件下,分批次加入混合均匀、且经过上述步骤(3)处理后的纳米铜粉和低熔点玻璃粉,得到纳米铜混合浆料;添加纳米铜粉、有机载体相和玻璃粉的比例为30-80∶20-75∶2-15;
(5)在120-800r/min的搅拌条件下,称取干燥、活化的石墨烯粉末置于上述步骤(4)所得到的纳米铜混合浆料中,得到石墨烯/铜浆料前驱体;其中石墨烯粉末与纳米铜粉的比例为:1∶15-2∶10;
(6)将上述步骤(5)中得到的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为120-160℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热1-2h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以500-1500r/min的转速持续搅拌24-72h,得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将上述步骤(7)中得到的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片的表面,涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将上述步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为300-500℃且有惰性气体保护的管式气氛炉中,烧结0.5-4h,得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
优选的,在步骤(1)中,所述消泡剂为磷酸三丁酯,添加量为1-5wt.%;所述增稠剂为乙基纤维素,添加量为1-5wt.%。
优选的,在步骤(2)中,所述分散剂为硅烷偶联剂,添加量为1-2wt.%;所述流平剂为二甲基硅油或乙二醇二丁醚,添加量为1-3wt.%;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯,添加量为1-2wt.%;步骤(2)中的搅拌时间为12-24h。
优选的,所述步骤(3)中的稀盐酸为采用36wt.%的浓盐酸稀释而成的质量分数为6-15wt.%稀盐酸;所述酸洗之后还包括蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干处理。
优选的,所述步骤(4)中的纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例为35-70∶25-55∶5-10;所述步骤(5)中的搅拌速度为200-500r/min、石墨烯与纳米铜粉的比例为:1∶9-3∶7。
优选的,所述步骤(8)中采用滴涂的方式将制备好的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片表面。
优选的,所述步骤(9)是将步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为350-450℃且有氮气保护的管式气氛炉中,烧结0.5-2h。
本发明还提供一种导电涂层,该导电涂层采用上述的方法制备得到。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
石墨烯具有良好的化学稳定性、优异的导电性和机械柔性。但是由于石墨烯分散在导电浆料中之后,石墨烯片层与片层之间难以形成“桥连”式的接触,即难以形成完美的导电通路,且在片层连接处,存在较大的接触电阻,使得其形成的导电涂层的表面电阻难以进一步降低。本发明专利采用液相超声剥离法制备的石墨烯与纳米铜粉共同作为导电填料,采用低温玻璃粉为粘结剂,与其他有机溶剂和添加剂混合制备出具有高温粘结性能的石墨烯/铜复合导电浆料。并将其涂覆在陶瓷片表面,通过高温烧结一段时间后,在陶瓷片表面得到一层具有一定结合力和优异导电性能的石墨烯/铜复合导电涂层。
本发明专利中石墨烯/铜复合导电涂层能够在惰性气体气氛保护条件下350~450℃的温度范围进行烧结,烧结温度较常规导电浆料的烧结温度低,更为节能环保。
本发明使用高导电性的石墨烯和纳米铜粉为导电主体,其中石墨烯能够与纳米铜粉混合,更好的形成导电通路(即:纳米铜填充至石墨烯片层的连接处),且能够大大地降低纳米铜的用量,相比常规的铜导电浆料,其成本更为廉价。
本发明专利采用低熔点玻璃粉作为粘结相,使得石墨烯/铜等导电组分能够更好的结合在陶瓷基体表面,解决了石墨烯/铜等导电相在基体表面的粘结问题。
附图说明
图1a为石墨烯的SEM图谱;
图1b为石墨烯粉体拉曼图谱;
图1c为本发明所用的空白陶瓷片基体;
图1d为本发明实施例5中制备得到的石墨烯/铜导电涂层的陶瓷基体。
具体实施方式
下面通过具体实施实例并结合附图对本发明进一步阐述,但并不限于本发明。即这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。另外,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在50℃条件下,通过磁力搅拌分别将0.5wt.%的磷酸三丁酯和0.5wt.%的乙基纤维素溶于松油醇中;
(2)在50℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加0.5wt.%的硅烷偶联剂、0.5wt.%二甲基硅油、0.5wt.%邻苯二甲酸二丁酯,搅拌时间为10h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)由于纳米铜粉颗粒表面可能存在CuO、Cu2O等氧化物,影响其导电性,需采用36wt.%的浓盐酸稀释成质量分数为6~15wt.%稀盐酸进行酸洗去除其表面氧化物,再经过蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干等处理过程,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取有机载体相置于真空搅拌釜中,在100r/min的搅拌条件下,分批次加入混合均匀、且经过上述步骤(3)处理后的纳米铜粉和低熔点玻璃粉,得到纳米铜混合浆料;添加纳米铜粉、有机载体相和玻璃粉的比例为30∶20∶2;
(5)在120r/min的搅拌条件下,称取干燥、活化的石墨烯粉末置于上述步骤(4)所得到的纳米铜混合浆料中,得到石墨烯/铜浆料前驱体;其中石墨烯粉末与纳米铜粉的比例为:1∶15;
(6)将上述步骤(5)中得到的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为120℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热1h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以500r/min的转速持续搅拌24h,得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将上述步骤(7)中得到的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片的表面,涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将上述步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为300℃且有惰性气体保护的管式气氛炉中,烧结0.5h,得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
实施例2
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在100℃条件下,通过磁力搅拌分别将9wt.%的磷酸三丁酯和9wt.%的乙基纤维素溶于松油醇中;
(2)在100℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加4wt.%的硅烷偶联剂、6wt.%乙二醇二丁醚、4wt.%邻苯二甲酸二丁酯,搅拌时间为0h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)由于纳米铜粉颗粒表面可能存在CuO、Cu2O等氧化物,影响其导电性,需采用36wt.%的浓盐酸稀释成质量分数为6~15wt.%稀盐酸进行酸洗去除其表面氧化物,再经过蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干等处理过程,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取有机载体相置于真空搅拌釜中,在800r/min的搅拌条件下,分批次加入混合均匀、且经过上述步骤(3)处理后的纳米铜粉和低熔点玻璃粉,得到纳米铜混合浆料;添加纳米铜粉、有机载体相和玻璃粉的比例为80∶75∶15;
(5)在800r/min的搅拌条件下,称取干燥、活化的石墨烯粉末置于上述步骤(4)所得到的纳米铜混合浆料中,得到石墨烯/铜浆料前驱体;其中石墨烯粉末与纳米铜粉的比例为:2∶10;
(6)将上述步骤(5)中得到的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为160℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热2h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以1500r/min的转速持续搅拌72h,得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将上述步骤(7)中得到的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片的表面,涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将上述步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为500℃且有氮气体保护的管式气氛炉中,烧结4h,得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
实施例3
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在60℃条件下,通过磁力搅拌分别将1wt.%的磷酸三丁酯和1wt.%的乙基纤维素溶于松油醇中;
(2)在60℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加1wt.%硅烷偶联剂、1wt.%二甲基硅油、1wt.%邻苯二甲酸二丁酯,搅拌时间为12h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)由于纳米铜粉颗粒表面可能存在CuO、Cu2O等氧化物,影响其导电性,需采用36wt.%的浓盐酸稀释而成质量分数为6-15wt.%的稀盐酸进行酸洗去除其表面氧化物,再经过蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干等处理过程,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取一定质量的有机载体相置于真空搅拌釜中,在200r/min低速搅拌的条件下,然后分批次加入混合均匀、且预处理的纳米铜粉(由阿拉丁试剂有限公司提供)和低熔点玻璃粉,添加纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例为35∶25∶5;
(5)在200r/min低速搅拌的条件下,称取一定质量的干燥、活化好的石墨烯粉末置于上述纳米铜混合浆料中,其中石墨烯与纳米铜粉的比例为:1∶9;
(6)将上述初步混合均匀的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为120℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热1h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以500r/min的转速持续搅拌24h,即可得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将制备好的石墨烯/铜复合导电浆料以滴涂方式均匀涂覆陶瓷片表面,控制涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为350℃且氮气保护的管式气氛炉中,烧结0.5h,即可得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片;
实施例4
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在80℃条件下,通过磁力搅拌分别将5wt.%的磷酸三丁酯和5wt.%的乙基纤维素溶于松油醇中;
(2)在80℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加2wt.%硅烷偶联剂、3wt.%乙二醇二丁醚、2wt.%邻苯二甲酸二丁酯,搅拌时间为24h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)由于纳米铜粉颗粒表面可能存在CuO、Cu2O等氧化物,影响其导电性,需采用36wt.%的浓盐酸稀释而成质量分数为6-15wt.%的稀盐酸进行酸洗去除其表面氧化物,再经过蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干等处理过程,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取一定质量的有机载体相置于真空搅拌釜中,在500r/min低速搅拌的条件下,然后分批次加入混合均匀、且预处理的纳米铜粉(由阿拉丁试剂有限公司提供)和低熔点玻璃粉,添加纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例为70∶55∶10;
(5)在500r/min低速搅拌的条件下,称取一定质量的干燥、活化好的石墨烯粉末置于上述纳米铜混合浆料中,其中石墨烯与纳米铜粉的比例为:3∶7;
(6)将上述初步混合均匀的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为60℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热2h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以1500r/min的转速持续搅拌272h,即可得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将制备好的石墨烯/铜复合导电浆料以滴涂方式均匀涂覆陶瓷片表面,控制涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为450℃且氮气保护的管式气氛炉中,烧结2h,即可得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
实施例5
一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在80℃条件下,通过磁力搅拌分别将2wt.%的磷酸三丁酯和5wt.%的乙基纤维素溶于松油醇中;
(2)在80℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加2wt.%硅烷偶联剂、3wt.%二甲基硅油、1wt.%邻苯二甲酸二丁酯,搅拌时间为12h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)由于纳米铜粉颗粒表面可能存在CuO、Cu2O等氧化物,影响其导电性,需采用36wt.%的浓盐酸稀释而成质量分数为10wt.%的稀盐酸进行酸洗去除其表面氧化物,再经过蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干等处理过程,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取一定质量的有机载体相置于真空搅拌釜中,在500r/min低速搅拌的条件下,然后分批次加入混合均匀、且预处理的纳米铜粉(由阿拉丁试剂有限公司提供)和低熔点玻璃粉,添加纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例为55∶35∶10;
(5)在500r/min低速搅拌的条件下,称取一定质量的干燥、活化好的石墨烯粉末置于上述纳米铜混合浆料中,其中石墨烯与纳米铜粉的比例为:2∶8;
(6)将上述初步混合均匀的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为150℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热1h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以1000r/min的转速持续搅拌48h,即可得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将制备好的石墨烯/铜复合导电浆料以滴涂方式均匀涂覆陶瓷片表面,控制涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为450℃且氮气保护的管式气氛炉中,烧结0.5h,即可得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
对比例1
将实施例5步骤(9)的烧结温度调至250℃,其余参数不变。
对比例2
将实施例5步骤(9)的烧结温度调至550℃,其余参数不变。
对比例3
将实施例5步骤(4)的添加纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例调整为20∶15∶1,其余参数不变。
对比例4
将实施例5步骤(4)的添加纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例调整为90∶80∶20,其余参数不变。
测试方法:
(1)采用DIGITAL MULTIMETER VC480C+型数显电阻测试仪测试烧结之后的表面电阻率,每个实施例测试3个样品。
(2)根据ASTMD 3359-2002涂层表面划线的方法测试烧结之后样品的表面涂层结合力,每个实施例测试3个样品。
测试结果如表1-2所示:
表1:实施例1-5样品测试结果
表2:对比例1-4样品测试结果
本发明实施例5制得的石墨烯/铜复合导电涂层照片如图1d所示,从图1d中可以看出石墨烯和纳米铜粒子很好的涂覆在陶瓷片基体表面,使得整个表面呈暗红色,且表面平整性较好。实施例5制得的石墨烯/铜复合导电涂层的导电性能和粘结性如表1所示。从表1中可以看出该石墨烯/铜复合导电涂层的表面电阻率为1.036-1.179欧姆,即导电性较好。采用ASTMD3359-2002表面结合力测试方法,发现在划线的交叉点处有小片的油漆脱落,但脱落总面积小于5%,即涂层附着力可以达4B级。
根据对比例1-4的测试数据可知,烧结温度的过高或者过低以及纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例的过高或者过低均会对最终产品的导电性以及附着力产生不利影响,本发明的烧结温度以及纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例达到了适当的平衡。
本发明专利中石墨烯/铜复合导电涂层能够在惰性气体气氛保护条件下350-450℃的温度范围进行烧结,烧结温度较常规导电浆料的烧结温度低,更为节能环保。
本发明使用高导电性的石墨烯和纳米铜粉为导电主体,其中石墨烯的能够与纳米铜粉混合,更好的形成导电通路(即:纳米铜填充至石墨烯片层的连接处),且能够大大地降低纳米铜的用量,相比常规的铜导电浆料,其成本更为廉价。
本发明专利采用低熔点玻璃粉作为粘结相,使得石墨烯/铜等导电组分能够更好的结合在陶瓷基体表面,解决了石墨烯/铜等导电相在基体表面的粘结问题。
Claims (8)
1.一种中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征,包括以下步骤:
(1)在50-100℃条件下,通过磁力搅拌分别将0.5-9wt.%的消泡剂和0.5-9wt.%的增稠剂溶于松油醇中;
(2)在50-100℃条件下,通过磁力搅拌,按照比例依次添加0.5-4wt.%的分散剂、0.5-6wt.%的流平剂、0.5-4wt.%的增塑剂,搅拌时间为10-30h,得到该导电浆料的有机载体相;
(3)采用稀盐酸对纳米铜粉颗粒进行酸洗,得到呈鲜红色的纳米铜粉;
(4)称取有机载体相置于真空搅拌釜中,在100-800r/min的搅拌条件下,分批次加入混合均匀、且经过上述步骤(3)处理后的纳米铜粉和低熔点玻璃粉,得到纳米铜混合浆料;添加纳米铜粉、有机载体相和玻璃粉的比例为30-80:20-75:2-15;
(5)在120-800r/min的搅拌条件下,称取干燥、活化的石墨烯粉末置于上述步骤(4)所得到的纳米铜混合浆料中,得到石墨烯/铜浆料前驱体;其中石墨烯粉末与纳米铜粉的比例为1:15-2:10;
(6)将上述步骤(5)中得到的石墨烯/铜浆料前驱体置于温度为120-160℃,真空度为-0.1Mpa的恒温真空烘箱中,加热1-2h,对前躯体进行熟化处理;
(7)将上述熟化之后的前驱体置于真空度为-0.1Mpa的真空搅拌机中以500-1500r/min的转速持续搅拌24-72h,得到稳定分散的石墨烯/铜复合导电浆料;
(8)将上述步骤(7)中得到的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片的表面,涂覆面积为2.5×2.5cm2;
(9)将上述步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为300-500℃且有惰性气体保护的管式气氛炉中,烧结0.5-4h,得到覆盖了石墨烯/铜复合导电涂层的陶瓷片。
2.根据权利要求1所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述消泡剂为磷酸三丁酯,添加量为1-5wt.%;所述增稠剂为乙基纤维素,添加量为1-5wt.%。
3.根据权利要求2所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述分散剂为硅烷偶联剂,添加量为1-2wt.%;所述流平剂为二甲基硅油或乙二醇二丁醚,添加量为1-3wt.%;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯,添加量为1-2wt.%;步骤(2)中的搅拌时间为12-24h。
4.根据权利要求1所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的稀盐酸为采用36wt.%的浓盐酸稀释而成的质量分数为6-15wt.%稀盐酸;所述酸洗之后还包括蒸馏水水洗、无水乙醇分散、烘干处理。
5.根据权利要求1所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中的纳米铜粉、有机载体和玻璃粉的比例为35-70:25-55:5-10;所述步骤(5)中的搅拌速度为200-500r/min、石墨烯与纳米铜粉的比例为1:9-3:7。
6.根据权利要求1所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,所述步骤(8)中采用滴涂的方式将制备好的石墨烯/铜复合导电浆料均匀涂覆到陶瓷片表面。
7.根据权利要求1所述的中温石墨烯/铜复合导电浆料的制备方法,其特征在于,所述步骤(9)是将步骤(8)中涂覆好石墨烯/铜复合导电浆料的陶瓷片置于温度为350-450℃且有氮气保护的管式气氛炉中,烧结0.5-2h。
8.一种导电涂层,所述导电涂层采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的导电浆料制备得到。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109608676A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-12 | 湖南国盛石墨科技有限公司 | 柔性pc石墨烯涂覆电磁屏蔽膜材料及其制备方法 |
CN111393910A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-10 | 南昌航空大学 | 一种复合型纳米铜导电油墨及其制备方法和一种导电器件 |
CN111995978A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司 | 一种低温快干型聚合物基导电胶及其制备方法 |
CN114038606A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-11 | 巨晶(广东)光电科技有限公司 | 一种透明显示屏的液态金属石墨烯复合导电浆料 |
CN114664477A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-24 | 南昌航空大学 | 一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102664259A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-09-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种锂离子电池正极材料制备方法 |
CN104021842A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 西安工程大学 | 一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料及其制备方法 |
CN104711443A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-17 | 上海和伍新材料科技有限公司 | 一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法 |
CN107591219A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-16 | 江苏时瑞电子科技有限公司 | 一种含石墨烯的导电浆料及其制备方法 |
-
2018
- 2018-01-19 CN CN201810054925.2A patent/CN108231241A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102664259A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-09-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种锂离子电池正极材料制备方法 |
CN104021842A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 西安工程大学 | 一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料及其制备方法 |
CN104711443A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-17 | 上海和伍新材料科技有限公司 | 一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法 |
CN107591219A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-16 | 江苏时瑞电子科技有限公司 | 一种含石墨烯的导电浆料及其制备方法 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109608676A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-12 | 湖南国盛石墨科技有限公司 | 柔性pc石墨烯涂覆电磁屏蔽膜材料及其制备方法 |
CN109608676B (zh) * | 2018-12-03 | 2022-03-22 | 湖南国盛石墨科技有限公司 | 柔性pc石墨烯涂覆电磁屏蔽膜材料及其制备方法 |
CN111393910A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-10 | 南昌航空大学 | 一种复合型纳米铜导电油墨及其制备方法和一种导电器件 |
CN111995978A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司 | 一种低温快干型聚合物基导电胶及其制备方法 |
CN111995978B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-03-15 | 株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司 | 一种低温快干型聚合物基导电胶及其制备方法 |
CN114038606A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-11 | 巨晶(广东)光电科技有限公司 | 一种透明显示屏的液态金属石墨烯复合导电浆料 |
CN114664477A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-24 | 南昌航空大学 | 一种铜基导电油墨及其制备方法、一种铜基柔性复合材料及其应用 |
CN114664477B (zh) * | 2022-04-02 | 2023-09-22 | 南昌航空大学 | 一种铜基柔性复合材料的制备方法 |
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