石墨烯-银纳米粒子复合墨水的制备及直写打印研究

高性能导电墨水的研究与开发是实现印刷电子器件不断发展的关键。石墨烯的二维结构使其本身具有良好的柔性和导电性,但由于片层间范德华力的相互作用使其容易发生团聚和堆积,通过复合的方式引入金属纳米粒子,既可以防止发生团聚又可以降低石墨烯片层间的接触电阻,使复合材料的导电性增强。鉴于此,本工作采用原位化学还原的方法制备石墨烯(rGO)和银纳米粒子(AgNPs)组成的复合墨水,以实现AgNPs在rGO纳米片层上的均匀分布。通过直写打印技术将墨水打印在基底上,得到的印刷图案具有优异的导电性,典型的电阻率为1.48×10^(-6)Ω·m。经过数百次弯曲循环后,印刷图案的电阻值仅略有增加,表明图案具有极佳的稳定性和机械柔韧性。这对于印刷电子器件的发展具有重要意义。

石墨烯/水泥复合材料的制备及电学、压敏性能研究

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并经过1 000℃高温还原制备了还原氧化石墨烯(RGO)。采用红外光谱、拉曼光谱、透射电子显微镜等分析测试方法对GO与RGO的结构进行了表征。进一步将RGO引入水泥中,制备了石墨烯水泥复合材料,并研究了该类复合材料的电学性能和压力敏感性能。结果表明:石墨烯可以作为导电桥梁填充到水泥基体的空隙之中,因而可以显著提高复合材料的电学性能,并且石墨烯水泥复合材料具有典型的压力敏感性能,有望用于材料结构监测。

碳管纤维/水泥基复合材料的制备及电学性能研究

目的研究碳纳米管纤维(CNTF)对水泥基体电学性能、压力敏感性能的影响,以实现碳纳米管纤维/水泥复合材料的定向导电性能和机敏性能.方法以CNTF为增强组分,通过对CNTF进行表面处理以提高CNTF与基体间界面结合,从而制备成碳纳米管/水泥复合材料.采用Keithley2400数字源表测量不同掺量下复合材料的电阻及相同载荷下的电阻变化,并对其导电性、压敏性以及抗压性能进行测试研究.结果少量的CNTF可以显著提高水泥基复合材料的电导率,且随着碳纳米管纤维掺量的增加,导电率随之增加;将碳纳米管纤维掺入水泥净浆中形成的试件具有优良的压敏性能,且当掺量增大并且均匀分布时压敏性能表现更稳定;掺入碳纳米管纤维后,复合材料的力学性能并无明显下降.结论碳纳米管纤维可以显著提高水泥基复合材料的导电性能和压力敏感性能,而力学强度变化不大.

氧化石墨烯墨水的制备及直写图案化

采用改进的Hummers法制备宽度分布范围为30-70μm的大尺寸氧化石墨烯及其墨水,并通过直写打印实验,研究了最佳打印条件和氧化石墨烯墨水直写图案化。结果表明,当氧化石墨烯浓度为15 mg/mL、打印压力为70 kPa、线速度为3 mm/s时,打印线条流畅,形貌精细可控;还原剂为15%氢碘酸、还原时间为3 h时,打印线条的还原程度最高,且电性能最佳,电导率可达4.40×10^4S/m,远超过现有打印技术的石墨烯图案电导率;实现了氧化石墨烯墨水在亲水聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、玻璃、硅片等多种柔性和非柔性基底上的图案化直写打印,且经还原处理的氧化石墨烯图案可作为连接导线实现发光二极管的集成,对于石墨烯基印刷电子器件的发展具有重要意义。