Page 64 - 《精细化工》2020年第4期

·698· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

置，去除上部清液，重复清洗 3~5 次，再利用 pH 400，熔点 64~66 ℃，沸点>250 ℃）组成，为了防
试纸测得溶液呈中性，表明清洗干净。 止导电浆料在制备和印刷过程中产生气泡，影响其
（3）分散处理。将无水乙醇加入到水洗后的铜 导电性能，还需加入消泡剂（GP-330）。按一定质
粉中（体积约为铜粉的 2 倍），进行适度的搅拌后静 量比称取去离子水、CMC、PEG 和消泡剂进行混
置 2~3 min，使其与空气隔绝并超声波振荡（20 ℃） 合，将配制好的混合物置于恒温水浴加热锅中加热
使其分散均匀，防止发生团聚。 到 60~80 ℃，保温 2 h，并用玻璃棒搅拌使其混合
（4）烘干。将经无水乙醇处理后的铜粉移入真 均匀，冷却得到无色黏稠“果冻状”载体，备用。
空干燥箱（真空度<133 Pa）中于 60 ℃下保温 2 h， 实验中固定消泡剂用量，改变去离子水、CMC、
烘干铜粉。处理前后的铜粉形貌见图 1。 PEG 的质量比来制取不同的水基载体，最后根据实
验结果来确定最佳水基载体的配比，配方见表 1。

表 1 水基载体配比
Table 1 Ratio of water-based carriers
w(去离子 w(消泡
材料 w(CMC)/% w(PEG)/%
水)/% 剂)/%
水基载体 A 97.9 2.0 0 0.1
水基载体 B 96.9 1.5 1.5 0.1

未处理 处理后
1.5 水基石墨烯-铜复合导电浆料及其导电膜的制备
图 1 铜粉预处理前后照片 选用粒径为 5 和 15 μm 的铜粉（质量比为 3∶1）
Fig. 1 Photos before and after copper powder pretreatment
作为主导电相，片径为 5 μm、厚度为 1~5 nm 预处
1.3 石墨烯的分散处理 理后的石墨烯作为导电增强相，再与无铅玻璃粉（型
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称取 0.058 g/cm 的石墨烯，加入无水乙醇，在 号为 XY-820，熔点为 435 ℃）和预先制备好的水
常温下超声波振荡 50 min，然后将分散液移入真空 基载体 A、B 按一定质量比进行混合。经本课题组
干燥箱中于 50 ℃下烘干 20 min。分散后的石墨烯 多次实验证明，当复合导电相〔m(混合铜粉)∶m(石
不仅分散性提高，其表面也会附着有少量无水乙醇， 墨烯)=97∶3〕、水基载体和玻璃粉的质量比为 62∶
增强其表面的润湿性，再与铜粉混合时加强二者的 30∶8 时，制备的复合浆料各项性能最好。再经过
混合效果。 丝网印刷技术将复合浆料印刷在经过无水乙醇清洗
1.4 水基载体的制备 过的 Al 2 O 3 陶瓷基板上，然后将样品置于自蔓延燃
水基载体由去离子水、羧甲基纤维素钠（CMC， 烧合成反应釜中，在氮气保护下以 5 ℃/min 的速度
平均相对分子质量为 242，取代度为 0.7~1.2，熔点 加热至 460 ℃保温 20 min，随炉冷却即得到水基石
为 274 ℃）、聚乙二醇（PEG，平均相对分子质量为 墨烯-铜复合导电浆料导电膜，制备过程见图 2。

图 2 水基石墨烯-铜复合导电浆料的制备工艺
Fig. 2 Preparation process of water-based graphene-copper composite conductive paste

2 结果与讨论 证浆料在印刷时具有较好的流动性和最佳的黏度，
在烧结时能够完全挥发，以便形成完整致密的膜层，
2.1 水基载体的挥发性分析 确保其优异的导电性。
水基载体的挥发性对浆料的综合性能有重要影 不同温度下水基载体的挥发性如图 3 所示。室
响。室温下，水基载体的挥发性比有机载体小，当 温下，水基载体的挥发性极小，随着温度的升高，
温度升高时，挥发速度加快。这样的挥发性能够保 水基载体的挥发性加快。在 460 ℃烧结温度下保温