本發(fā)明涉及有機(jī)光電子技術(shù)材料領(lǐng)域,一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法。
背景技術(shù)：
：導(dǎo)電碳漿是以非金屬導(dǎo)體材料的碳系微粒通過有機(jī)或無機(jī)分散劑均勻地分布于溶劑中而制成的導(dǎo)電油墨。導(dǎo)電碳漿是一種中間產(chǎn)品，在通過刮刀涂抹后經(jīng)過一段時(shí)間在一定溫度下固化后，得到導(dǎo)電膜層。導(dǎo)電碳漿的性能穩(wěn)定，耐腐蝕和氧化，且油墨的附著力強(qiáng)，不易剝離，可與金屬、玻璃布板及VC、PET和PC片材結(jié)合良好。目前市面上導(dǎo)電漿料很多是金屬漿料(導(dǎo)電銀漿等)，但這種金屬漿料價(jià)格高昂，性價(jià)比低，且易被氧化導(dǎo)致穩(wěn)定性不佳。相比之下，導(dǎo)電碳漿的價(jià)格低廉，資源豐富，符合當(dāng)下環(huán)?？茖W(xué)的理念；同時(shí)碳系微粒在物理和化學(xué)方面都很穩(wěn)定，還能夠能夠吸附或阻隔水氧，對電極乃至器件的穩(wěn)定性方面都有提升作用。導(dǎo)電碳漿可以廣泛用于太陽能光伏發(fā)電，通信電子，航空航天等電子產(chǎn)品制造，具有極高的商業(yè)價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，制備出的碳電極步驟繁雜、制備溫度高(高于300攝氏度)、所用時(shí)間長、制備成本高和導(dǎo)電及機(jī)械性能不佳等問題。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿的制備1.1)將碳材料與摻雜有絡(luò)合酸的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液混合，得到基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿；所述絡(luò)合酸的濃度為0.001～0.1mol/L；所述碳材料與摻雜有絡(luò)合酸的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)分散液的重量體積比(mg︰mL)的范圍為(70～120)︰(1～1.5)；1.2)將步驟1.1)中得到的基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿進(jìn)行攪拌，得到樣品導(dǎo)電碳漿；2)導(dǎo)電碳漿的成膜用刮刀法將步驟1.2)中得到的導(dǎo)電碳漿均勻刮附在預(yù)處理后的玻璃基片上，得到均勻覆蓋導(dǎo)電碳漿的玻璃基片；3)碳電極熱處理將步驟2)中得到的均勻覆蓋導(dǎo)電碳漿的玻璃基片，進(jìn)行恒溫加熱處理后，自然冷卻至室溫，得到碳電極；所述恒溫加熱的溫度范圍為40～130℃，加熱時(shí)間為1～15min。進(jìn)一步，所述步驟1.1)中的碳材料為市售的炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種；所述碳材料的粒徑分別為：炭黑20～40nm、石墨5～15μm、碳納米管8～15nm；所述步驟1.1)中的絡(luò)合酸選自氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O)、氯金酸(HAuCl4·4H2O)或氯鈀酸(H2PdCl4)中的一種或幾種。進(jìn)一步，所述步驟1.2)中的攪拌過程中：攪拌速率范圍為700～1250rpm；攪拌時(shí)間范圍為5h～24h。進(jìn)一步，所述步驟2)中玻璃基片的預(yù)處理過程為清洗除殘?zhí)幚磉^程，包括以下步驟：將清洗干凈的玻璃基片用高純氮?dú)獯蹈珊?，置于臭氧處理儀中，處理15～60min后取出。進(jìn)一步，所述步驟1.2)還包括以下流程：1.2)將步驟1.1)中得到的基于摻雜PEDOT:PSS分散液的導(dǎo)電碳漿進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后加入極性溶劑，再次攪拌后，得到樣品導(dǎo)電碳漿；所述PEDOT:PSS分散液中加入的極性溶劑的體積百分含量為0～15％。進(jìn)一步，所述極性溶劑為乙二醇(EG)、二甲基亞砜(DMSO)或異丙醇(IPA)中的一種或幾種。進(jìn)一步，所述碳電極的材料除剛性的玻璃基片外，還包括柔性的塑料透明基片；所述塑料透明基片為聚對苯二甲酸乙二醇酯基片、聚萘二甲酸乙二醇酯基片或聚酰亞胺基片。進(jìn)一步，所述油墨打印制備工藝除所述步驟2)中的刮刀法外，還包括夾縫式擠壓型涂布、噴墨打印和卷對卷印刷工藝；所述夾縫式擠壓型涂布、噴墨打印或卷對卷印刷工藝，在室溫～200℃的條件下直接制取，無需進(jìn)行透明電極熱處理步驟。值得說明的是，本發(fā)明中使用了導(dǎo)電高分子PEDOT:PSS作為分散劑，既實(shí)現(xiàn)了碳漿料的穩(wěn)定制備，又提高了其導(dǎo)電性，并且使低溫制備碳電極成為可能。本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全新的基于PEDOT:PSS的油墨配方，可通過油墨打印制備工藝，如刮刀制備工藝，勻膠旋涂法(spincoating)、夾縫式擠壓型涂布(slotdiecoating)、噴墨打印(inkjetprinting)或卷對卷印刷工藝(roll-to-rollprinting)等，在室溫或低于200℃的低溫，在不同基片上直接制備具有優(yōu)良光電性能和機(jī)械柔性的碳電極薄膜，而不需要進(jìn)一步的后處理，從而減少了生產(chǎn)步驟和復(fù)雜性，降低了生產(chǎn)成本并減少了能量損耗，為大規(guī)模制備碳電極及可穿戴式光電器件提供了可靠方法。更重要的是，利用本發(fā)明制備出的碳電極性能得到了極大的提升。附圖說明圖1為一種摻雜PEDOT:PSS碳電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施案例1中制備的碳電極展示圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。實(shí)施例1：一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)玻璃基底的清洗將7.5×2.5cm的玻璃基片進(jìn)行編號，再用清水沖洗玻片兩面，并涂上少量洗滌劑在玻片兩面。然后再用清水沖洗至表面無洗滌劑，并使用去離子水再?zèng)_洗玻片兩面。最后，使用IPA(異丙醇)沖洗玻片，完成后將玻片置于60度的恒溫干燥箱中備用。2)導(dǎo)電碳漿的制備2.1)使用電子天平秤取一定量的氯鉑酸放入試劑瓶中。2.2)使用電子天平秤取一定量的導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨粉放入上述試劑瓶中，其中導(dǎo)電炭黑∶導(dǎo)電石墨粉＝2∶1。2.3)使用移液器取得相應(yīng)量的PEDOT:PSS溶液放入試劑瓶中，配制出含有0.04mol/L氯鉑酸、50mg/mL導(dǎo)電炭黑和25mg/ml石墨的PEDOT:PSS溶液。2.4)再使用移液器取得一定量的DMSO和IPA放入試劑瓶中，其中DMSO∶PEDOT:PSS＝0.08；IPA∶PEDOT:PSS＝0.03。2.5)在配好的導(dǎo)電碳漿試劑瓶中放入磁力攪拌子，并將試劑瓶放在磁力攪拌器上，設(shè)定轉(zhuǎn)速為500～1000rpm，定時(shí)13-15h進(jìn)行攪拌。所述實(shí)施例中PEDOT:PSS購自德國Heraeus公司，產(chǎn)品型號PH1000。氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O)及其他溶劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。3)導(dǎo)電碳漿的刮膜3.1)將步驟1)中處理好的玻片取出置于桌面上，使用膠帶粘住玻片兩邊將其固定于桌面，并用刀片輕刮膠帶表面使膠帶于玻片間充分粘合無氣泡。然后使用藥品匙將步驟2)制備好的導(dǎo)電碳漿取出，并置于玻片表面沒有膠帶的地方。最后使用刀片反復(fù)的刮涂使導(dǎo)電碳漿在玻片上形成均勻的薄膜，并對制備好的樣品進(jìn)行熱處理。3.2)將步驟3.1)制備好的樣品冷卻至室溫并重復(fù)步驟3.1)的操作在其表面刮第二層薄膜，不同的是這次使用的兩層膠帶。4)碳電極熱處理將步驟3中制備好的樣品置于恒溫加熱臺上烤3min，所述恒溫加熱臺溫度范圍為80℃；樣品烘烤結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到碳電極樣品1。所述碳電極樣品1的方塊電阻為10.7Ω·□-1，薄膜厚度為20μm，導(dǎo)電率為4673S·m-1。如果刮三層薄膜，方塊電阻可達(dá)5Ω·□-1，薄膜厚度為39μm，導(dǎo)電率為5000S·m-1實(shí)施例2：一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)玻璃基底的清洗將7.5×2.5cm的玻璃基片進(jìn)行編號，再用清水沖洗玻片兩面，并涂上少量洗滌劑在玻片兩面。然后再用清水沖洗至表面無洗滌劑，并使用去離子水再?zèng)_洗玻片兩面。最后，使用IPA(異丙醇)沖洗玻片，完成后將玻片置于60度的恒溫干燥箱中備用。2)導(dǎo)電碳漿的制備2.1)使用電子天平秤取一定量的氯鉑酸放入試劑瓶中。2.2)使用電子天平秤取一定量的碳納米管、導(dǎo)電石墨粉和導(dǎo)電炭黑放入上述試劑瓶中，其中炭黑:石墨:碳納米管＝2:1:1。2.3)使用移液器取得相應(yīng)量的PEDOT:PSS溶液放入試劑瓶中，配制出含有0.04mol/L氯鉑酸和44mg/mL導(dǎo)電炭黑的PEDOT:PSS溶液。2.4)再使用移液器取得一定量的DMSO和IPA放入試劑瓶中，其中DMSO∶PEDOT:PSS＝0.08；IPA∶PEDOT:PSS＝0.03。2.5)在配好的導(dǎo)電碳漿試劑瓶中放入磁力攪拌子，并將試劑瓶放在磁力攪拌器上，設(shè)定轉(zhuǎn)速為500～1000rpm，定時(shí)13-15h進(jìn)行攪拌。所述實(shí)施例中PEDOT:PSS購自德國Heraeus公司，產(chǎn)品型號PH1000。氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O)及其他溶劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。3)導(dǎo)電碳漿的刮膜3.1)將步驟1)中處理好的玻片取出置于桌面上，使用膠帶粘住玻片兩邊將其固定于桌面，并用刀片輕刮膠帶表面使膠帶于玻片間充分粘合無氣泡。然后使用藥品匙將步驟2)制備好的導(dǎo)電碳漿取出，并置于玻片表面沒有膠帶的地方。最后使用刀片反復(fù)的刮涂使導(dǎo)電碳漿在玻片上形成均勻的薄膜，并對制備好的樣品進(jìn)行熱處理。3.2)將步驟3.1)制備好的樣品冷卻至室溫并重復(fù)步驟3.1)的操作在其表面刮第二層薄膜，不同的是這次使用的兩層膠帶。4)碳電極熱處理將步驟3中制備好的樣品置于恒溫加熱臺上烤5min，所述恒溫加熱臺溫度范圍為60℃；樣品烘烤結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到碳電極樣品2。所述碳電極樣品2的方塊電阻為9.9Ω·□-1，薄膜厚度為20μm，導(dǎo)電率為5050S·m-1。實(shí)施例3：一種基于油墨打印工藝的碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)玻璃基底的清洗將7.5×2.5cm的玻璃基片進(jìn)行編號，再用清水沖洗玻片兩面，并涂上少量洗滌劑在玻片兩面。然后再用清水沖洗至表面無洗滌劑，并使用去離子水再?zèng)_洗玻片兩面。最后，使用IPA(異丙醇)沖洗玻片，完成后將玻片置于60度的恒溫干燥箱中備用。2)導(dǎo)電碳漿的制備2.1)使用電子天平秤取一定量的氯鉑酸放入試劑瓶中。2.2)使用電子天平秤取一定量的導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨粉放入上述試劑瓶中，其中導(dǎo)電炭黑∶導(dǎo)電石墨粉＝2∶1。2.3)使用移液器取得相應(yīng)量的PEDOT:PSS溶液放入試劑瓶中，配制出含有0.04mol/L氯鉑酸和50mg/mL導(dǎo)電炭黑的PEDOT:PSS溶液。2.4)使用移液器取得一定量的DMSO和IPA放入試劑瓶中，其中DMSO∶PEDOT:PSS＝0.08；IPA∶PEDOT:PSS＝0.03。2.5)使用移液器取得一定量的石墨烯分散液放入試劑瓶中，其中石墨烯分散液:PEDOT:PSS＝0.035。2.6)在配好的導(dǎo)電碳漿試劑瓶中放入磁力攪拌子，并將試劑瓶放在磁力攪拌器上，設(shè)定轉(zhuǎn)速為500～1000rpm，定時(shí)13-15h進(jìn)行攪拌。所述實(shí)施例中PEDOT:PSS購自德國Heraeus公司，產(chǎn)品型號PH1000。氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O)及其他溶劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。3)導(dǎo)電碳漿的刮膜3.1)將步驟1)中處理好的玻片取出置于桌面上，使用膠帶粘住玻片兩邊將其固定于桌面，并用刀片輕刮膠帶表面使膠帶于玻片間充分粘合無氣泡。然后使用藥品匙將步驟2)制備好的導(dǎo)電碳漿取出，并置于玻片表面沒有膠帶的地方。最后使用刀片反復(fù)的刮涂使導(dǎo)電碳漿在玻片上形成均勻的薄膜，并對制備好的樣品進(jìn)行熱處理。3.2)將步驟3.1)制備好的樣品冷卻至室溫并重復(fù)步驟3.1)的操作在其表面刮第二層薄膜，不同的是這次使用的兩層膠帶。4)碳電極熱處理將步驟3)中制備好的樣品置于恒溫加熱臺上烤4min，所述恒溫加熱臺溫度范圍為70℃；樣品烘烤結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到碳電極樣品3。所述碳電極樣品3的方塊電阻為18.1Ω·□-1，薄膜厚度為20μm，導(dǎo)電率為2762S·m-1。實(shí)驗(yàn)例1：將實(shí)施例1、2、3中的三種配方所制得的導(dǎo)電碳漿分別刮附于柔性塑料透明基片(PET)上，并進(jìn)行機(jī)械性能測試：將PET向碳電極在內(nèi)側(cè)的方向彎折10、100、500次并測量其方塊電阻(Ω·□-1)。測量所得的數(shù)據(jù)如表1所示。表10次10次100次500次實(shí)施例110.7Ω·□-110.7Ω·□-111.6Ω·□-127.8Ω·□-1實(shí)施例29.9Ω·□-110.9Ω·□-111.5Ω·□-19.7Ω·□-1實(shí)施例318.1Ω·□-118.3Ω·□-118.6Ω·□-118.1Ω·□-1實(shí)驗(yàn)例2：將實(shí)施例1、2、3中的三種配方所制得的導(dǎo)電碳漿分別刮附于柔性塑料透明基片(PET)上，并進(jìn)行機(jī)械性能測試：將PET向碳電極在外側(cè)的方向彎折10、100、500次并測量其方塊電阻(Ω·□-1)。測量所得的數(shù)據(jù)如表2所示。表20次10次100次500次案例112.3Ω·□-113.2Ω·□-115.0Ω·□-117.6Ω·□-1案例211.3Ω·□-111.4Ω·□-111.3Ω·□-113.1Ω·□-1案例317.9Ω·□-119.2Ω·□-119.2Ω·□-119.5Ω·□-1當(dāng)前第1頁1 2 3