石墨烯導電油墨發(fā)展前景如何？
隨著21 世紀納米技術的迅速發(fā)展，納米級別的導電油墨憑借印刷電子技術的高速產業(yè)化在國內外備受關注，對導電油墨的研發(fā)具有重要的實際意義和巨大的經(jīng)濟價值。與納米金屬導電油墨相比，石墨烯導電油墨的成本優(yōu)勢突出，而且較傳統(tǒng)碳系導電油墨而言，其不僅在導電性能方面更勝一籌，還具有能與噴墨打印方式兼容的優(yōu)勢。
石墨導電油墨
隨著21 世紀納米技術的迅速發(fā)展，納米級別的導電油墨憑借印刷電子技術的高速產業(yè)化在國內外備受關注，其在無線射頻識別系統(tǒng)、智能包裝、印制電路板等領域中的應用日愈增多。由此可見，對導電油墨的研發(fā)具有重要的實際意義和巨大的經(jīng)濟價值。目前已有大量文獻涉及到納米金屬導電油墨的研究，及其在導電電極、光電子器件、射頻識別、生物傳感器等柔性電子領域的應用。
以碳納米管和石墨烯為代表的碳基納米材料在導電油墨中的應用越來越受關注。由于發(fā)現(xiàn)時間早于石墨烯，碳納米管在印制電子中的應用更加成熟，但是最近研究人員已經(jīng)將目光投向了石墨烯。因為與納米金屬導電油墨相比，石墨烯導電油墨的成本優(yōu)勢突出，而且較傳統(tǒng)碳系導電油墨而言，其不僅在導電性能方面更勝一籌，還具有能與噴墨打印方式兼容的優(yōu)勢。1 石墨烯導電油墨制備研究進展
導電油墨是一種由導電填料、連結料、溶劑和助劑組成的導電性復合材料。導電填料是核心組分，直接影響油墨的導電性，即石墨烯導電油墨的填料就是
石墨烯。
石墨烯的疏水性會使石墨烯納米片極易通過強烈的范德華力產生團聚，使用有效的溶劑可以阻止石墨烯的團聚，從而使之成為穩(wěn)定的石墨烯分散液。理想的溶劑主要有N-甲基吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）。
Torrisi 等人采用表面能與石墨烯十分接近的NMP作為溶劑，制備了能夠穩(wěn)定分散的石墨烯油墨。為了克服NMP 和DMF 有毒的缺陷，擴大石墨烯導電油墨的應用范圍，Li 等人將用于制備高濃度石墨烯分散液的溶劑交換法應用到石墨烯油墨的制備工藝中。該法首先在DMF 中剝離分散石墨片，然后加入松油醇進行置換，因DMF 的沸點低于松油醇，DMF 蒸發(fā)后只留下環(huán)境友好的松油醇；再加入乙基纖維素（以下簡稱EC）作為穩(wěn)定劑，并采用乙醇調整導電油墨的黏度和表面張力以適應噴墨打印的要求。制備出的石墨烯油墨濃度高、穩(wěn)定性好，且其流體特征符合噴墨打印技術要求。
Secor 等人使用EC 作為連結劑，先在乙醇溶液中液相剝離石墨制備石墨烯，并將質量分數(shù)為2.4%的石墨烯/EC加入環(huán)己酮和松油醇的混合溶劑（環(huán)己酮和松油醇質量比為85∶15）中制成導電油墨，室溫下石墨烯/ EC 的絮凝即可去除多余的EC 和溶劑。
Gao認為Secor 的方法冗長且復雜，通過鹽絮凝和在溶劑中再分散來獲得石墨烯/ EC粉末會限制其應用，因此采用超聲強化超臨界CO2技術制備出PG，并以此作為導電相，分別以環(huán)己酮和EC 作為溶劑和穩(wěn)定劑制備了高濃度和高穩(wěn)定的導電油墨。
采用液相剝離石墨制得的PG 沒有結構缺陷，導電性能優(yōu)異。如果剝離溶劑與石墨烯的表面能差異較大，則需添加穩(wěn)定劑、表面活性劑等，這些助劑可以在印刷后處理（如高溫退火）中去除，對油墨的導電性影響較小。石墨烯理想的剝離溶劑如DMF 和NMP 的黏度較低（<2 cP），這會影響噴墨打印的效果，而且溶劑有毒會使得相應的油墨的應用場合受到限制，因此研究既能良好分散石墨烯又對環(huán)境友好的溶劑很有必要。
石墨烯的疏水特性使其在大多數(shù)溶劑中溶解度較低，而GO 因其結構邊緣含有羥基和環(huán)氧基團能在水中穩(wěn)定分散，可以作為配制導電油墨的前軀體，經(jīng)印刷后的還原處理即可獲得導電性。
Dua 等人利用抗壞血酸在含質量分數(shù)為1%聚乙二醇的GO 水分散液中還原GO，在非離子表面活性劑TX-100 的輔助下分散在異丙醇溶劑中，制備了可用于噴墨打印的石墨烯油墨。
Lee 等人用N2H4還原GO 納米片，滴加氨水調節(jié)pH 值至10，以十二烷基硫酸鈉（SDS）作為表面活性劑，水和二甘醇（體積比9∶1）作為溶劑成功地制備了高度穩(wěn)定的石墨烯油墨，并噴墨打印在聚酰亞胺薄膜上研究導電性。400 ℃燒結可有效去除油墨里過量的SDS，燒結后油墨膜的電導率可提高到121.95 S/m。
Lim 等人發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇與氧化石墨混合能增強石墨片的剝離，提供穩(wěn)定的噴墨打印，將DMF 和水以體積比9∶1 混合作為溶劑制備出分散良好的RGO/聚乙烯醇油墨。
Giardi 團隊以GO 作為填料，以丙烯酸樹脂作為連結料基體制備了紫外光固化的導電油墨，研究發(fā)現(xiàn)在紫外輻射過程中，油墨中的GO 可以在聚合物基體固化時被還原成石墨烯，且打印的圖案具有導電性。該種油墨可應用于柔性和有機電子產品中。
雖然RGO 的制備工藝已十分成熟，此導電相的導電油墨也已有很多應用，但是這種工藝對石墨的氧化引入了含氧官能團，打破了石墨烯的大π共軛結構，產生缺陷，致使導電性下降，需要后續(xù)的還原過程恢復導電性，而還原過程中RGO 片強烈的π-π堆疊會引起不可逆的團聚；
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