导电银碳浆的制备及性能研究

摘要

印刷电子技术作为一种新兴技术，近年来发展迅速，是微电子领域的一项重要革新。其广泛应用在传感器、纸电池、薄膜开关、太阳能电池、RFID智能标签等领域。印刷电子的核心是将具有各种电学性能的墨水通过印刷的方式转印到承印基材上，使其具有相应的电学性能，实现电子元器件的制作。
　　目前市场上多是以石墨，炭黑作为导电填料的导电碳浆和以银、铜等金属作为导电填料的金属类导电浆料，对金属系与碳系混合作为导电填料的研究较少。本课题选取多壁碳纳米管和自制纳米银为导电填料，通过添加合适的连接料和助剂，成功制备了一种导电银碳浆料。碳纳米管自发现以来，以其优异的导电性能、机械性能等备受关注，但由于其表面没有极性基团，极性溶剂难以对其有效分散;而且层与层之间太过紧密，分子间的范德华力太大，溶剂分子很难克服碳纳米管分子内和分子间的范德华力，进入到层与层之间，因此就很难浸润，使其在水及部分有机溶剂中难以分散。为了使碳纳米管在去离子水中能够良好分散，本课题综合采用了多种分散方法。首先利用混酸（浓硫酸和浓硝酸的体积比为3∶1）氧化原始的多壁碳纳米管(primordial-MWCNTs，P-MWCNTs)，使其表面带上羧基等亲水性基团，进而制备羧基化的碳纳米管(MWCNTs-COOH)。然后综合对比了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，十二烷基硫酸钠(SDS)三种表面活性剂对碳纳米管的分散效果。采用硼氢化钠作还原剂制备了纳米银胶体，综合对比了不同实验方法制备的导电银碳浆料的性能。
　　本课题通过实验得出以下几个方面结论:三种表面活性剂中，PVP对多壁碳纳米管的分散效果最好，选取了PVP作为制备导电银碳浆料的分散剂。得到制备最佳导电银碳浆料的实验方法:先采用硼氢化钠作为还原剂通过液相还原法制备纳米银溶胶，然后用去离子水、乙醇、丙酮依次洗涤银纳米颗粒并离心提纯，洗去一些未反应完全的还原剂等杂质，最后向洗涤过的湿泥状的纳米银中加入MWCNTs-COOH悬浮液，添加羧甲基纤维素钠和其他助剂等成分，超声分散，制备导电银碳浆料。该方法下制备的导电银碳浆性能较好，在25℃条件下黏度为8.0cP，附着力等级为5B，以载玻片为承印基材，涂布导电薄膜，在烘箱温度180℃下高温烧结之后测得导电薄膜的电阻率为1.23mΩ·cm。并将制各的性能最好的导电银碳浆料灌装到胶水笔中，自制导电水笔，在间隙型相纸上绘制导电线路，连接发光二极管和电池后，发光二极管通电发亮。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 印刷电子的概况

1．1．1 印刷电子的研究现状一

1．1．2 印刷电子的应用

1．2 导电油墨

1．2．1 导电油墨的发展及概况

1．2．2 导电油墨的组成

1．3．1 碳纳米管的结构

1．3．2 碳纳米管的基本性质

1．3．3 碳纳米管的分散方法

1．3．4 碳纳米管的应用

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究意义

2 材料与方法

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法

2．2．1 MWCNTs-COOH的制备

2．2．2 碳纳米管的分散、

2．2．3 纳米银胶体的韦0备

2．2．4 导电银碳浆料的制备实验

2．2．5 导电线路的绘制

2．3 表征方法

2．3．1 红外光谱对羧基化前后碳纳米管结构的表征

2．3．2 紫外-可见分光光度计对碳纳米管悬浮液的表征

2．3．3 扫描电子显微镜对碳纳米管悬浮液的表征

2．3．4 马尔文粒度仪对纳米银粒径分析

2．3．5 扫描电子显微镜对纳米银胶体的表征

2．3．6 导电银碳浆料的黏度测试

2．3．7 导电银碳浆料的附着性测试

2．3．1 0导电银碳浆料的稳定性测试

2．3．1 1导电水笔绘制线路导电性的测试

3 结果与讨论

3．1．2 小结

3．2 碳纳米管的分散实验

3．2．1 不同表面活性剂对P-MWCNTs分散效果的研究

3．2．2 表面活性剂PVP对P-MWCNTs分散效果的研究

3．2．3 表面活性剂PVP对MWCNTs-COOH分散效果的研究

3．2．4 P-MWCNTs／MWCNTs-COOH悬浮液的SEM测试结果

3．2．5 小结

3．3 纳米银胶体的制备

3．3．1 硼氢化钠还原法

3．3．2 小结

3．4 导电银碳浆料的制备

3．4．1 硼氢化钠作为还原剂制备导电银碳浆料

3．4．2 小结

3．5 导电线路的绘制

3．5．1 小结

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表论文的情况

8 致谢