石墨烯導(dǎo)電油墨的制備及其應(yīng)用.pdf

1、作為新型碳族二維材料的石墨烯，具有優(yōu)越的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等性質(zhì)，這些性能決定了石墨烯在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。伴隨著柔性電子工業(yè)和3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，基于石墨烯導(dǎo)電油墨的3D打印技術(shù)將會在印刷電子工業(yè)中發(fā)揮巨大的作用。本文以石墨烯為研究對象，將導(dǎo)電油墨和3D打印技術(shù)結(jié)合進(jìn)行了如下研究工作:
　　(1)采用改進(jìn)的Hummer法制備了氧化石墨烯(GO)。在加入適量聚乙烯基吡咯烷酮(poly(N-vinyl-2-pyrrol

2、idone)，PVP)為分散劑的條件下，以硼氫化鈉為還原劑，對混合水溶液中的GO和硝酸銀進(jìn)行同步還原，反應(yīng)3小時得到初步還原的石墨烯。掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscopy，SEM)、透射電子顯微鏡(Transmission electronmicroscopy，TEM)、原子力顯微鏡(atomic force microscopy，AFM)、X-射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman spectra

3、)、紫外可見吸收光譜(UV-visible absorption spectra)和熱重分析(Thermal gravimetrie analysis，TGA)表明:納米銀成功地負(fù)載到石墨烯表面，得到載銀石墨烯(Ag-RGO)，Ag的含量達(dá)到了17.39％。納米銀的存在和部分未去除的表面含氧基團(tuán)使Ag-RGO具有很好的水相分散性。
　　(2)以Ag-RGO為導(dǎo)電填料，羧甲基纖維素鈉為粘結(jié)劑，水為溶劑，制備出一種無毒、環(huán)保的石墨烯導(dǎo)

4、電油墨。用改裝過的3D打印機(jī)將這種油墨在普通玻璃和PI基底上打印出設(shè)計(jì)的圖案，其導(dǎo)電性可通過在N2流通的管式爐中進(jìn)行熱燒結(jié)處理來提高。導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.5wt％的4號油墨導(dǎo)電性最佳，優(yōu)化后的熱燒結(jié)溫度、時間和升溫速率分別為350℃，2個小時和5℃/min。在此條件下，所打印導(dǎo)電圖案的電導(dǎo)率達(dá)到5.21×103S·m-1。
　　(3)研究了基于所制備油墨在普通玻璃和聚酰亞胺(Polyimide，PI)上打印的電極對過氧化氫(H

5、2O2)和葡萄糖的傳感性能。電化學(xué)和SEM、Raman分析顯示所打印的電極在0.2MPBS(pH=7.4)和0.1MNaOH電解液中，其表面結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。過氧化氫被催化分解產(chǎn)生的O2的還原電流與H2O2濃度成線性關(guān)系。同時，納米Ag的氧化-還原電流對低濃度的過氧化氫敏感，并與其濃度成線性。PI上打印的電極及沉積銅顆粒后的電極也顯示了對葡萄糖的傳感潛力。
　　本文的研究工作結(jié)合石墨烯導(dǎo)電油墨和3D打印技術(shù)，導(dǎo)電油墨的制備簡單、環(huán)保，