石墨烯的导电性能应用，石墨烯导电油墨的制备和应用实验报告

21世纪，随着纳米技术的迅猛发展和印刷电子技术的快速产业化，纳米级导电油墨受到国内外的关注，并已广泛应用于射频识别系统、智能包装等领域，其应用领域正在不断扩大。印刷电路板等领域取得进展。随着其数量的增加，导电油墨的研究和开发带来了重要的现实意义和巨大的经济价值。石墨烯导电油墨不仅比纳米金属导电油墨具有成本优势，比传统碳基导电油墨具有更优越的导电性能，而且还兼容喷墨打印方式，具有以下优点：

21世纪，随着纳米技术的迅猛发展和印刷电子技术的快速产业化，纳米级导电油墨受到国内外的关注，并已广泛应用于射频识别系统、智能包装等领域，其应用领域正在不断扩大。印刷电路板等领域取得进展。它变得越来越普遍。

可见，导电油墨的研究开发具有重要的现实意义和巨大的经济价值。目前，有大量文献研究纳米金属导电油墨及其在导电电极、光电器件、射频识别、生物传感器等柔性电子领域的应用。碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料在导电油墨中的应用备受关注。尽管碳纳米管比石墨烯更早被发现，因此在印刷电子应用方面更加成熟，但研究人员最近将注意力转向了石墨烯。石墨烯导电油墨不仅与纳米金属导电油墨相比具有较高的成本优势，与传统碳基导电油墨相比具有优越的导电性能，而且还兼容喷墨打印方法，这样做是有优势的。

石墨烯导电油墨生产工艺研究

导电油墨是由导电填料、粘合剂、溶剂和添加剂组成的导电复合材料。导电填料是直接影响油墨导电性能的核心成分。换句话说，石墨烯导电墨水中的填料就是石墨烯。

由于石墨烯的疏水性，石墨烯纳米片很容易因强大的范德华力而发生团聚，但使用有效的溶剂可以阻止石墨烯团聚并获得稳定的石墨烯分散体。理想的溶剂主要包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基甲酰胺(DMF)。

Torrisi等人利用NMP作为溶剂，其表面能非常接近石墨烯，制备了可稳定分散的石墨烯墨水。为了克服NMP和DMF的毒性缺点，扩大石墨烯导电油墨的应用范围，Li等人将用于制备高浓度石墨烯分散体的溶剂交换方法应用到石墨烯油墨的制备过程中。该方法是将石墨片剥离，分散在DMF中，然后加入萜品醇代替，DMF的沸点比萜品醇低，所以DMF蒸发后，只剩下环保的萜品醇，加入乙基纤维素（见下文），进行欧共体）。乙醇作为稳定剂，用于调节导电油墨的粘度和表面张力，以满足喷墨打印的要求。制备的石墨烯墨水浓度高、稳定性好，其流体性能满足喷墨打印的技术要求。

以EC为粘合剂，首先通过石墨在乙醇溶液中的液相剥离制备石墨烯，并将2.4%质量分数的石墨烯/EC添加到环己酮和萜品醇（cyclohexanone and terpineol）的混合溶剂中。导电墨水由松油醇（质量比85:15）制成，多余的EC和溶剂可以通过石墨烯/EC在室温下的团聚去除。

高认为，Secor的方法流程长、复杂，并且通过盐团聚和在溶剂中再分散获得石墨烯/EC粉末限制了其应用，因此采用超声增强超临界CO2技术制备PG并将其用作导电相，分别。以环己酮和EC作为溶剂和稳定剂制备了高浓度和高稳定性的导电油墨。

由液相膨胀石墨制造的PG无结构缺陷，具有优良的导电性。如果脱模溶剂与石墨烯的表面能差异较大，则需要添加稳定剂、表面活性剂等，但这些添加剂可以通过印刷后处理（高温退火等）去除，因此不影响导电性，影响很小。墨水。石墨烯理想的剥离溶剂，如DMF和NMP，粘度较低（2 cP），这会影响喷墨打印的效果，而有毒溶剂限制了相应油墨的应用。因此，研究可以分散石墨烯。需要环保溶剂。

虽然石墨烯的疏水性使其难以溶解在大多数溶剂中，但GO在其结构末端含有羟基和环氧基团，这使其能够稳定地分散在水中并用作制备导电油墨的前驱体。回报。印刷后，它变得导电。 Dua等人在含有1%聚乙二醇的GO水分散体中用抗坏血酸还原GO，借助非离子表面活性剂TX-100将其分散在异丙醇溶剂中，并进行喷雾，制备了喷雾溶液。

Lee等人利用N2H4还原GO纳米片，通过滴加氨水调节pH至10，并添加十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂以及水和二甘醇作为溶剂（体积比9:1），成功用于高度生产纳米片。制备了稳定的石墨烯墨水并将其喷墨印刷到聚酰亚胺薄膜上以研究其电导率。 400下的烧结可以有效去除油墨中多余的SDS，并且烧结后墨膜的电导率增加至121.95S/m。

RGO的制备工艺非常成熟，这种导电相的导电油墨也有很多应用，但该工艺在石墨的氧化和石墨烯的大共轭中引入了含氧官能团，破坏了石墨烯的结构和性能。导致缺陷。电导率降低，需要随后的还原过程来恢复电导率。在还原过程中，RGO片材强烈的-堆积导致不可逆聚集，并且由于还原剂的选择和用量的不同，GO还原不完全导致RGO存在一定的缺陷。因此，研究人员仍然需要关注如何最大化RGO的导电性并解决石墨烯聚集问题。

综上所述，对石墨烯导电油墨制备工艺的研究主要集中在油墨导电相的制备上，大多数报道都没有明确说明粘合剂、溶剂等。这可能是由于专利和贸易等问题造成的。是一个秘密。求婚也不方便。因此，研究人员需要对粘合剂、溶剂和添加剂的选择和比例进行实验，以制备不同的石墨烯导电油墨。

石墨烯导电油墨机理研究

导电油墨是一种填充复合材料，其导电机理比较复杂，一般涉及导电通路的形成以及通路形成后如何导电。

1）导电路径的形成重点关注导电填料与油墨体系导电性能之间的关系。当导电填料的浓度增加到某一临界值时，会出现体系电阻率迅速从绝缘体变为导体的逾渗现象，这个临界值称为逾渗阈值。 Miyasaka等人提出的复合材料热力学理论可以很好地解释渗流现象，该理论认为聚合物基体与导电填料之间的界面效应对体系的导电性能影响最大。它还受到导电填料或基体的特性和类型、填料在基体中的尺寸、结构和分散情况、与基体的界面效应、复合材料的加工工艺以及温度和压力的影响。形成导电路径。

2）导电路径形成后的导电涉及载流子运动过程，我们主要研究导电填料之间的界面问题，可以用渗流理论、隧道理论和场发射理论来解释。渗流理论，也称为导电通道理论，认为电子通过互连导电填料形成的链的运动会引起导电现象。渗流理论可以用来解释电阻率与导电填料浓度的关系，可以从宏观角度解释复合材料的导电现象，但无法解释导电性能。

在油墨干燥固化之前，导电填料处于分散状态，填料之间的接触不稳定，油墨不具有导电性。当油墨干燥或固化时，由于溶剂的挥发和连接料的固化，其体积收缩，在填料之间形成无限的网络结构并表现出导电性。虽然渗流理论可以解释导电填料在临界浓度下电阻率的突然变化，但它无法解释油墨在固化过程中如何从不导电变为导电。它也无法解释类型和厚度等因素的影响。基体对油墨导电性能的影响。

隧道理论认为，彼此非常接近的粒子上的电子在电场作用下通过热振荡跳入填充物间隙，使材料导电。该理论以量子力学为基础，研究电阻率与电阻率之间的关系。隧道效应通常仅发生在间隙内。非常小的（小于10纳米）颗粒之间没有电流传导，间隙太大的导电颗粒之间也没有电流传导。所以隧道理论看起来像这样：仅适用于分析复合材料在导电填料一定浓度范围内的导电行为，与“导电填料的浓度与复合体系的温度有关”一致。隧道理论是从微观角度研究复合材料导电行为的有力基础，但该理论依赖于导电颗粒几何尺寸的变化以及颗粒尺寸对材料导电性能的影响。无法分析间隙宽度和间隙宽度相对比的影响。

场发射理论是隧道理论的特例；当油墨中导电填料的浓度较低且导电颗粒之间的距离较大时，发射电流被认为是由颗粒之间的强电场产生的。这使得电子能够跨越间隙势垒并将电流传导至相邻的导电颗粒。该理论受导电填料浓度和温度影响较小，应用范围广泛，能够合理解释复合材料导电性能的非欧姆性质。

据研究认为，导电油墨的导电性能主要是这三种导电机制相互配合和竞争的结果，而当导电填料浓度较低、外加电压较低时，填料之间的电导率存在差距。变得更大，导电填料之间的间隙变得更大，并且变得难以提高导电填料的导电率。因此，当导电填料浓度较低且施加电压较高时，隧道效应机制是主要机制，而当导电填料浓度较高时，场致发射机制是主要机制。渗透机制起着重要作用，因为填料之间的间隙很小并且形成了链状导电路径。

一般来说，实际填充的导电油墨的导电率由以下因素决定：导电填料相互接触形成导电路径、导电填料相互间断接触、导电填料不直接接触形成导电路径。小间隔接触分为三种类型：由于隧道效应产生电流路径；导电填料彼此之间根本不接触，且填料之间的绝缘层较厚，因此无法形成导电路径。

到目前为止，还没有报道提到石墨烯导电墨水的导电机理，阐明导电机理并提出更普遍的导电理论是未来重要的研究课题。