环氧树脂加炭黑，环氧树脂碳化产物

文字| 约沙尔

编辑| 隐剑游侠

—— 【前言】—— 近年来，随着电子工业的快速发展，印刷电子技术以其高速、高效、柔性等特点在电子元件工艺研究中受到关注。它主要由导电填料、高分子树脂粘合剂、溶剂和其他助剂/添加剂组成。其加工工艺简单，具有非常高的导电率，应用范围广泛，是印刷电子技术的关键材料之一，研究人员正在利用导电油墨来制造更薄、更轻的柔性基板。我们创造了一种灵活且耐磨的墨水便携式电子产品。柔性显示器、RFID标签、传感器、印刷电路板等可以满足消费者对电子设备相对于传统硅基电子产品“更轻、更小、更智能”的强烈需求。

—— [导电油墨的分类] —— 导电油墨根据溶剂的种类可分为水性、油性、溶剂型。水基导电油墨通常使用去离子水作为溶剂。具有无毒、无VOC排放、绿色环保等优点。油基导电油墨使用非挥发性油类作为溶剂，被多孔材料吸收并很快干燥，但不适用于无孔或半多孔材料。

在溶剂型油墨中，常采用挥发性有机溶液作为溶剂，赋予油墨合适的粘度和固化速度，提高油墨的印刷质量。

根据固化条件的不同，导电油墨可分为高温烧结型、UV光固化型、低温固化型导电油墨。高温烧结导电油墨对固化温度要求非常高，仅适用于耐高温钢基材。 UV光固化导电油墨主要是由光敏剂引起，使高分子树脂交联形成主体结构。它对光波频率敏感，要求严格，准备时间长。

低温固化导电油墨是聚合物树脂和固化剂在溶剂蒸发时发生交联反应，形成三维网状结构的用途最广泛的导电油墨，可用于许多制造领域。导电油墨还可以根据其构成成分中所含的导电填料的类型来分类。示例包括碳基、金属基和聚合物基导电油墨。金属基导电油墨的热稳定性较差，在加工过程中容易氧化。因此，它对油墨的导电性能影响很大。

聚合物基导电油墨采用本质导电的聚合物作为导电相，但制备工艺复杂、难以获得、成本较高，限制了油墨的使用范围。碳基导电油墨是高分子量聚合物与碳基填料的组合，具有导电率高、来源广泛、抗氧化性能好、导电率高、制备工艺简单、低温固化等优点，具有具有快速固化的特点。速度。

碳基导电油墨不仅克服了金属基油墨和聚合物基导电油墨密度高、制造成本高、耐腐蚀性差等缺点，而且具有良好的机械性能、加工性能，还保持热稳定性。从加工角度来看，碳基导电油墨用途广泛，并且具有所有油墨中最佳的整体性能。

——【碳基导电油墨——碳填料】——目前最常用的碳填料有碳纤维、炭黑、石墨以及碳基纳米颗粒，即纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯片。不挂断。其特殊的几何特征提供了与聚合物表面相互作用的可能性，显着改善了聚合物的机械加工和电子传输性能。碳基填料比金属导电颗粒不易氧化，且具有密度低、成本低、热稳定性高、耐化学性和生物相容性好等优异性能。

碳基填料可用于生产具有优异物理和化学性能的轻质纳米复合材料，并广泛应用于感光元件、EMI电磁屏蔽、印刷电路板以及其他电子工业、国防和军事领域中使用。炭黑是一种零维无定形材料，其中碳原子排列成六角形平面结构，这种特殊的骨架结构有利于电子的水平传输、运动和跃迁，从而产生高导电性。

通常，炭黑主要由直径为10-50 nm的球形颗粒组成，具有涡轮层和无序层，在碳基导电填料中，其来源多、价格低、品种繁多。使用最广泛。它因其易于加工、通用性高等优点而被使用。用炭黑作为导电填料填充聚合物树脂，不仅提高了聚合物树脂的机械强度、耐磨性和抗氧化性，而且显着提高了复合材料的电化学性能。

通过在环氧树脂中添加炭黑颗粒，可以实现10-1至10-3·m的各种电阻率，使其适用于塑料、橡胶、油漆、传感器、抗静电薄膜和导电材料等广泛的应用。电极，你可以用它。电子工业。近年来，随着柔性电子材料的不断研究，炭黑在可穿戴纺织品中越来越受欢迎。

—— [·石墨的基本结构·] —— 石墨属于六方晶系，呈层状或鳞片状，是碳元素的重要同素异形体，石墨层中的碳原子通过共价型键连接。形成六方系统的环彼此之间的距离通常为0.3354 nm，相邻的碳层通过弱范德华力保持在一起。由于石墨具有包含sp2杂化碳原子和-共轭电子的结构，因此具有与金属导体相似的导电性，而且其化学性质比较稳定，具有优异的导电性能。

当用作导电填料时，它不仅赋予粘合剂高导电性，而且还对其热稳定性和尺寸稳定性产生积极影响。而且，根据多年碳基复合导电油墨体系的研究报告，在石墨/炭黑二元杂化填料体系中，由于石墨和炭黑优异的协同效应，其导电性能优于其导电性能。出色的。导电填料的填充系统得到了显着改进。

石墨烯于2004 年首次被发现，当时两位科学家安德烈(Andre) 和康斯坦丁(Constantine) 对石墨片进行了剥离实验。石墨烯是一种新型二维材料。由于其特殊的结构组成，也被称为二维“单层石墨片”。此外，由于其高比表面积和载流子的快速传输和迁移，石墨烯被认为是制备导电聚合物复合材料的理想填料，可用于导电喷涂、喷墨印刷、凹版印刷和丝网印刷.广泛应用于性纳米墨水领域具有非常重要和广泛的应用潜力。

石墨烯基复合材料在多方面表现出优异的导电性和加工性能，广泛应用于电磁屏蔽干扰材料、薄膜晶体管、存储器件等。碳纳米管通常由以六角形图案排列的碳原子组成，所形成的碳管的结构根据碳纳米管制造过程中使用的加工技术而不同。

碳纳米管因其具有大长径比、高导电率、大比表面积、制造过程中微孔尺寸可控等优点，被认为是高性能聚合物复合材料的理想填料之一。近年来，碳纳米管聚合物复合材料在传感器器件上的应用取得进展，以碳纳米管为基础的环氧树脂聚合物复合材料应用于航空航天、燃料电池、涡轮叶片、电磁屏蔽零件、雷达吸波材料等。有重要用途。在其他领域也是如此。

—— [·粘合剂的作用·] —— 粘合剂是导电油墨组合物中的主要成膜物质，通过赋予油墨一定的粘度，使导电填料稳定地存在于体系内，可以形成牢固的膜。由于在印刷后将其粘合到基材上，因此由于粘合作用，可以制造更多的电子元件。

在导电油墨的固化过程中，溶剂在加热过程中逐渐蒸发，因此高分子树脂粘合剂的体积不断收缩，导电颗粒之间的间隙逐渐减小，从而构建了良好的导电网络。电导率。

但由于粘结剂树脂通常是绝缘体，如果体系中树脂的固化程度没有达到一定程度，导电颗粒之间的距离就会增大，无法形成牢固的连接，导致粘结不充分。马苏。构建良好的导电路径，实现高导电性能。粘结剂通常包括热固性树脂和热塑性树脂，根据粘结剂的不同，性能也有所不同，因此在制备导电油墨时，需要考虑基材的类型、固化条件、导电填料等。

此外，还必须考虑粘结剂树脂的分子结构、极性、分子量、玻璃化转变温度等各种因素对油墨性能的影响，因此选择不同的粘结剂并使用不同的粘结剂。相同的导电填料。由于树脂的内聚力不同，固化成膜后各膜层的导电率不同，在适当的条件下交联固化后，热固性树脂即使在温度升高的情况下仍会继续软化。溶解在溶剂中，对于热塑性树脂来说，分子之间的相对力很小。

分子链段相对活动，因此温度升高时变软，温度下降时恢复原状，赋予其优异的柔韧性和加工性能。

溶剂对导电油墨有非常重要的影响。一方面可以溶解聚合物基体树脂，使导电颗粒均匀分散，另一方面可以调节导电油墨的粘度，形成良好的成膜。成型、加工性能和流平性能。

溶剂的种类很多，但目前主要用于制备导电油墨的溶剂有醇类、酮类、酯类、芳香醇醚类等。油墨组分的混合比例以及更合适溶剂的选择极其重要，因为它们与油墨的印刷适性、对基材的附着力、交联固化以及印刷涂膜的成膜质量密切相关。因此，选择导电油墨的溶剂需要考虑组分溶解性、润湿性、分散性等多种因素。

在适当的温度下，导电油墨内的基体树脂交联固化，溶剂不断蒸发，与导电填料完全接触，形成导电网络，同时复合体系的体积逐渐缩小。这产生了高导电性聚合物复合材料。

但如果溶剂蒸发速度太快，导电填料之间没有足够的时间沉淀接触，就会被沉淀的聚合物覆盖和包裹，影响导电网络的形成。

同时，如果溶剂蒸发速度过快，会影响对基材和树脂的渗透，树脂与基材之间的附着力会明显降低。

此外，在制造加工过程中，需要考虑溶剂的饱和蒸气压、毒性、溶解度等诸多因素，而这些因素对于加热固化过程、储存稳定性、可操作性等极为重要。导电油墨耐久性的含义和影响。

具有特定功能的添加剂可以有效增强组分之间的界面相互作用，提高油墨的整体性能。例如，抗氧化剂可以帮助降低填料在制造和储存过程中的氧化速率。润湿分散剂可以提高填料颗粒在油墨中的分散性和储存稳定性，触变剂的添加可以提高油墨的抗沉降性能，提高印刷效果和质量。

消泡剂可以消除或抑制油墨中气泡的形成，流平剂可以提高印刷涂层的表面流平性。 Rane等人在研究中发现，表面活性剂的添加提高了油墨固化成膜后的流平性能，使生产出来的薄膜表面更加平整光滑，展示了在实际制造中如何选择合适的添加剂。和制造尤为重要。

?——【·结论·】——?

将碳基复合环氧树脂柔性导电材料与LED灯连接，制作出导电柔性电致发光器件，并进行了耐水性、耐溶剂性、耐弯曲性等一系列测试。碳基复合环氧树脂导电油墨对PET基材具有良好的附着力所制备的碳基复合环氧树脂柔性导电材料具有优异的导电性能，即使在120LED灯照射下弯曲也能使用

—— [·参考·]——

[1] NezakatiT, seifalianA, TanA et al. 导电聚合物：在生物医学应用中的机遇与挑战[J], Chemical Reviews, 2018, 118(14):6766-843. [2] KimJ, KimW, JangG, et al. 一维可拉伸嵌段共聚物纱线基能量采集器钛酸钡/聚二甲基硅氧烷复合碳导电油墨[J]. 先进能源材料， 2020, 10(6) :1903217 [3] Thin,锂离子电池中性能增强的导电、不剥离、两亲、抗氧化和大面积集流体涂层[J], 胶体与界面科学， 2021, 598:155- 65. [4] Abbasi H, Antunes M, Velasco J.I. 电磁干扰屏蔽用碳基聚合物纳米复合材料的最新进展[J]. 材料科学进展， 2019, 103:319-73. [5] 王伟， 王丹， 王刚，等， 自支撑硫弹性导电涂层实现锂硫电池正极长寿命[J]. 先进能源材料， 2020, 10(25):1904026.