Page 65 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 梅 超，等: 水基石墨烯-铜复合导电浆料的制备及性能 ·699·

20 min，水基载体基本上完全挥发。这说明制得的 量比为 62∶30∶8 时水基石墨烯-铜复合导电浆料可
水基载体在常温下是稳定的，可以保证印刷时所需 以获得更为优异的导电性能。
的最佳黏度，制备的水基石墨烯-铜复合浆料能够印
刷完整；当烧结温度达到 460 ℃后，保温 20 min，
载体能够挥发完全，导电膜形成致密的网络，确保
了其优异的导电性。

图 4 不同水基载体含量对浆料电阻率的影响
Fig. 4 Effect of different water-based carrier content on
the resistivity of the paste

2.3 不同水基载体含量对复合浆料微观组织的
图 3 不同温度下水基载体的挥发性
Fig. 3 Volatility of water-based carriers at different 影响
temperatures 选用水基载体制备的水基石墨烯-铜复合导电

2.2 不同水基载体含量对复合浆料导电性能的 浆料烧结膜层的扫描电镜照片如图 5 所示。

影响
采用水基载体 A、B 制备两种不同的水基石墨
烯-铜复合导电浆料，固定玻璃粉用量为 8%，改变
水基载体和复合导电相〔m(混合铜粉)∶m(石墨
烯)=97∶3〕的用量，通过实验确定水基载体的含量
对浆料导电性能的影响，结果见图 4。由图 4 可知，
浆料的电阻率随水基载体含量的增加呈先减小后增
大的趋势。当水基载体含量为 30%时，水基载体 A、
B 制备的浆 料电阻率 最低，分 别为 2.11 和
1.65 mΩ·cm，纯铜浆料的电阻率为 57.12 mΩ·cm，

有机载体制备的石墨烯-铜复合浆料电阻率最低为 水基载体 A:a—15%；b—30%；c—35%；水基载体 B:d—30%
6.81 mΩ·cm [22] ，相比纯铜浆料电阻率降低了 97.1%， 图 5 不同水基载体含量制备浆料膜层的微观结构
相比有机载体制备的石墨烯-铜复合浆料电阻率降 Fig. 5 Microstructure of paste film prepared with different
water-based carrier content
低 75.8%。当水基载体含量较少时，固体粉末含量
相对较多，会使浆料的黏度增大，混合不均匀，导 从图 5a 可以看出，当水基载体含量较低时，铜
致印刷不完整，产生孔洞和印刷断线的现象，使烧 粉之间连接不紧密，孔隙多且较大，石墨烯不能很
结后的膜层表面粗糙，高低不平，从而影响浆料的 好地填充，不能很好地连接成导电通路。因为水基
导电性能。当水基载体含量较多时，浆料变得稀薄， 载体中的 CMC 是长链高分子聚合物，分子式为
浆料的黏度过低，在印刷过程中不易成形，出现滞 [C 6 H 7 O 2 (OH) 2 CH 2 COONa] n ，其对浆料的分散作用主
延和脏板等现象，同时在烧结时载体大量挥发，膜 要是通过空间位阻机制实现的。同时，CMC 羧酸基
+
层的表面出现许多孔洞，表面不平整，严重影响膜 上的 Na 在水溶液中极易解离，故 CMC 在水溶液中
层的导电性。当水基载体含量为 30%时，浆料的黏 以阴离子的形式存在，为阴离子型表面活性剂。
度适中，具有较好的流变性，在印刷时浆料表层较 CMC 在颗粒表面形成稳定吸附，同时羧酸基作为锚
为平整且印刷完整，烧结后膜层完整、连续，且水 固基团，在水中充分伸展形成位阻层，阻碍颗粒的
基载体残留的杂质较少，因此浆料具有良好的导电 沉降和团聚 [15] 。当水基载体含量较低时，CMC 的空
性。综合比较来看，选用水基载体 B 且载体的含量 间位阻机制能力较弱，不能将不同大小的铜颗粒很
为 30%时，即复合导电相、水基载体和玻璃粉的质 好地连成链状结构，铜颗粒大多处于游离状态且之