石墨烯导电油墨的制备和性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

采用化学氧化还原法制备石墨烯，将所得石墨烯作为导电油墨的导电相，加入连结料、溶剂和助剂，制备电学性能优良，印刷适应性好，环境友好型导电油墨，并探讨石墨烯导电油墨的导电机理。

石墨烯油墨有望应用于无线射频识别系统（RFID）天线印刷，以降低RFID的成本，推动RFID电子标签的发展。

2. 国内外研究现状分析

Jin-Woo Han等利用普通钢笔将碳纳米管墨水直接在纤维素纸上书写，结果显示该油墨的均匀性和稳定性良好，在纸张上的粘附性良好，能够抵抗弯曲、折叠、压皱和其他机械力。W.L. Yan等以中国水墨为溶剂和分散剂，所得的多层碳纳米管/水墨/聚乙烯醇复合材料具有高柔性和高电导率，电导率可达8.17 S/cm，该方法同样适用于其他碳系材料，如碳纳米纤维，石墨烯纳米层。

_Xu等生产一种由银纳米粒子和石墨烯-银复合材料纳米层组成的导电油墨，并将该导电油墨注入商业滚珠笔中，在爱普生照明纸上绘制线路，结果证明，绘制出来的线路不仅具有柔性，而且可以导电。Lee等通过添加正十二烷基硫酸钠（SDS），用氨调节pH至10，可以成功制得含有石墨烯纳米片的高度稳定的油墨。可以通过喷墨将导电物质直接附着在柔性聚酰二胺薄膜上，通过热处理改善GNS薄膜性能，烧结的薄膜电导率达到121.95S/m。Tao等以醋酸银作为银载体，乙醇胺作为添加剂，不同的醛基材料作为还原，发现甲酸或二甲基甲酰胺作为还原剂时，银导电油墨的电阻率低至6-9μΩcm。Kukjoo Kim等通过活性喷墨打印成功将氧化石墨烯还原成石墨烯，所得石墨烯薄膜有良好的导电性和透射率，活性喷墨打印石墨烯有潜力应用于透明电极中，代替显示和光伏器件中的氧化铟锡。Xu等成功制备出石墨烯/聚苯胺油墨，通过喷墨打印得到石墨烯/聚苯胺电极，最终制备出高电化学性能和循环周期长的电容器。

3. 研究的基本内容与计划

氧化石墨烯水分散体系是通过简单的化学还原反应制备的，抗坏血酸作为还原剂，不添加其他任何分散剂。将抗坏血酸按一定比例添加到GO溶液中混合，添加氨水使混合溶液的pH在9-10之间，然后水浴加热，恒温90 ℃ 下，搅拌2h，最终制得还原氧化石墨烯悬浮液。这种悬浮液可以长期稳定存放，保存6个月未发现团聚现象。然后将制得的还原氧化石墨烯作为导电油墨的导电相，加入连结料，溶剂和助剂制备电学性能优异、印刷适应性好、环境友好型导电油墨，并探讨出其导电机理；最后实现石墨烯油墨在柔性基材上的喷墨打印及在射频识别技术和电极上的应用。通过本项目的开展，将探索出石墨烯导电油墨的新途径和新理论，为导电油墨提供技术依据和理论参考。

实验安排： 2014.10.1-2014.12.1 阅读文献，整理资料；2014.12.2-2014.12.10 确定试验方案；2014.12.2-2015-3.8 实验； 2015.3.9-2015.3.15 中期检查；2015.3.11-2015.6.2 撰写论文。设备：磁力搅拌机、真空干燥箱、紫外光度计、超声机等。

4. 研究创新点

a.理论可行性：本研究涉及的基础理论主要在于绿色还原剂对氧化石墨烯的还原机理，如抗坏血酸可以提供大量的羟基和羧基，可能和残氧基团结合形成h₂o，羧酸能够提供足够的负电荷，静电排斥能使石墨烯分散液稳定，已有相关文献证明了抗坏血酸良好的还原性。关于石墨烯导电油墨，石墨烯优良的电学性能使其成为目前电子领域最有希望的候选材料，能够成为导电油墨的导电填料，避免了传统导电填料的弊端。因此，项目在理论角度上确实可行。

b.技术可行性：本研究所涉及的重要技术环节是氧化石墨烯的还原，还原氧化石墨烯的分散，以及石墨烯在油墨中的分散，对于氧化石墨烯的还原，还原氧化石墨烯的分散，目前已经有许多相关的文献可供参考，并已完成前期工作，能够得到氧化石墨烯，及良好电导率的还原氧化石墨烯，对该技术已有较为深刻的认识，积累了许多相关的经验。因此，在技术方面本研究的开展实施已有相应的保障。

条件可行性：实验所需仪器，如万用电表、粘度计、扫描电子显微镜（sem）、傅里叶红外变化光谱仪（ftir）、u-4100紫外可见近红外分光光度计、四探针测试仪，学院提供仪器设备基本能够满足实验的进行