用于印刷电子技术的纳米铜墨水及其复合材料的制备

摘要

印刷电子技术是指运用适合于不同功能性油墨的印刷技术将所需的油墨印制加成在各类基材上的工艺，是近几年新发展起来的一类绿色制造技术。运用该技术的主要优点是可以生产制造成本较低的柔性、大面积的电子器件和电子产品。在光学工程领域可以用于印刷纳米图像和印制微纳米光电器件等。然而，目前市场所需求的各种功能性油墨的研发制备制约着印刷电子技术的发展。在国外，已经有厂家将金属导线运用纳米金属油墨通过印刷电子技术实现了，尤其体现在PCB制板上。现在纳米金属导电油墨做的最成熟的是纳米银导电墨水，已经实现了产业化。然而，纳米银的价格较高，与金属银相比，纳米铜价格上的优势显而易见，但是其在空气中易被氧化的劣势目前还是其批量生产的难题。本课题通过液相化学还原法制备了纳米铜胶体，并对其进行处理，制成纳米铜墨水。最后尝试将其与羧基化碳纳米管进行复合，提高其导电性和抗氧化性。若将其在项目声表面波RFID标签的批量生产中应用，可以大幅度降低生产成本，并且对印刷电子导电油墨的推广具有重要意义。
　　本文用去离子水配了一定浓度氯化铜溶液，经用分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和络合剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分散络合后滴加氨水调节溶液pH值，使溶液成为铜氨溶液。然后，向制备的碱性溶液中滴加在碱性环境中具有强还原性的水合肼，然后将铜离子进行还原，制备出纳米铜胶体。在实验中，为了制备出均匀性好且粒径尺寸较小的纳米铜胶体，首先，通过改变单一反应因素，其他反应条件不变，确定最佳的实验条件。例如，溶液反应的pH值、反应时间、反应搅拌速度和反应温度等相关条件，进一步确定分散剂和络合剂在反应过程中的合适用量等。其次，通过对比反应制备的额纳米铜的粒径，确定纳米铜制备的最佳实验方案，并制备了50-100nm粒径的纳米铜粉。然后，在实验的基础上，将纳米铜与羧基化碳纳米管进行复合。最后，通过应用四探针、XRD、SEM等测试手段，验证了本文制备的纳米铜可以满足绝大多数印刷电子技术的应用领域。并且通过用四探针和TEM手段验证了纳米铜与羧基化碳纳米管可以进行复合，其复合物电导率比纳米铜粉末高2倍，也可以作为印刷电子技术功能性油墨。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出及任务

1．2 印刷电子的发展现状

1．3 本文的研究内容及创新工作

第二章 纳米铜制备及其复合材料的应用领域

2．1 制备纳米铜的方法

2．1．1 液相法

2．1．2 气相法

2．1．3 固相法

2．2 纳米铜特性

2．2．1 纳米铜的基本特性

2．2．2 纳米铜的化学性质

2．2．3 纳米铜的物理性质

2．3 纳米铜复合材料的应用领域

2．3．1 电子材料领域

2．3．2 生物医用材料领域

2．3．3 润滑材料领域

2．3．4 其他领域

2．4 本章小结

第三章 碳纳米管

3．1 碳纳米管的结构

3．2 碳纳米管的性质

3．2．1 力学性能

3．2．2 热学性能

3．2．3 电学性能

3．3 碳纳米管的制备方法

3．3．1 电弧放电法

3．3．2 激光蒸汽法

3．3．3 催化裂解法(CVD法)

3．4 碳纳米管的改性

3．4．1 物理改性法

3．4．2 化学改性法

3．4．3 其他改性法

3．5 本章小结

第四章 纳米铜墨水的制备及其与酸化碳纳米管的复合

4．1 实验部分

4．1．1 化学试剂与实验仪器

4．1．2 实验仪器

4．1．3 反应条件

4．2 纳米铜墨水的制备与测试

4．2．1 纳米铜胶体的制备

4．2．2 纳米铜墨水的制备

4．2．3 纳米铜胶体合成的影响因素研究

4．2．4 纳米铜粉末的测试分析

4．3 纳米铜与酸化碳纳米管的复合与测试

4．3．1 复合方法

4．3．2 纳米铜与羧基化碳纳米管法和材料合成条件选定

4．3．3 对复合材料进行测试分析

4．4 本章小结

第五章 全文总结及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢