基于织物印制的石墨烯导电浆制备及性能

发布时间：2020-09-11 12:05

　　 石墨烯作为一种新型二维碳材料,由于其独特的化学结构和优异的电学、热学和力学性能而备受关注,在许多领域都有很大的潜在应用。制备石墨烯导电织物比较常用的的方式是浸涂法,但这种方式往往需要进行多次重复整理,过程繁琐。石墨烯导电浆可以被直接印制到织物上得到石墨烯导电织物,赋予织物优异的导电性的同时,还可以用于在织物上印制精细导电电路。将制备的氧化石墨烯分散液与合成的水性聚氨酯通过溶液共混制得氧化石墨烯/水性聚氨酯(GO/WPU)导电浆,通过丝网印花的方式印制到棉织物上,然后用保险粉将氧化石墨烯还原得到还原氧化石墨烯/水性聚氨酯(RGO/WPU)导电浆印制织物。XPS结果中C/O比值从2.92增大到3.55证明了还原的有效性。SEM图中可以看到GO和WPU均匀分布在纤维表面,没有明显的团聚。GO/WPU导电浆为假塑性流体,可以用于印制精细图案。GO/WPU 1.2%导电浆印制的线条宽度为1,2,3,4,5 mm电路还原后的单位长度电阻分别为29.1,20.9,17.3,14.1,10.8 MΩ/cm。RGO/WPU导电浆印制织物的紫外线透过率都不超过5%,随着氧化石墨烯用量的增加而下降,说明它们都具有良好的紫外线防护能力,RGO/WPU 1.2%导电浆印制织物的紫外防护系数(UPF值)达到了757,相当于对照棉织物的98倍。RGO/WPU导电浆印制织物的K/S值随氧化石墨烯用量的增加而增大,虽然印花织物的干、湿摩擦牢度随氧化石墨烯用量的增加而降低,但是它们都具有优异的耐水洗性能,可达4-5级和5级。制备微波热膨胀石墨烯(G),然后在其表面原位聚合形成聚苯胺(PANI),通过离心制得G/PANI导电浆,印制到涤纶织物上得到G/PANI导电浆印制织物。SEM图中可以看到G表面有很多PANI小颗粒。G/PANI导电浆都是假塑性流体,可以印制精细的图案。G/PANI导电浆的导电性随体系中G含量的增加而增加,G/PANI 25导电浆印制织物的导电性最好,方块电阻为0.6 kΩ/sq。将G/PANI 25导电浆印制成线条宽度分别为1,2,3,4,5 mm导电电路,发现导电电路单位长度的电阻随着线路宽度的增加而减小,分别为2495.1,1132.5,836.2,558.7,418.7Ω/cm。直接将高浓度的氧化石墨烯印制在棉织物上,然后浸渍银氨溶液,用L-抗坏血酸同时对氧化石墨烯及其上面吸附的银离子进行还原制备还原氧化石墨烯-银导电织物(Cotton-RGO-Ag)。通过红外和XRD对Cotton-RGO-Ag的基团和晶体结构进行分析。通过拉曼和XPS对Cotton-RGO-Ag中氧化石墨烯的还原程度进行表征。银氨溶液中硝酸银的浓度和浸渍时间以及氧化石墨烯的印制次数对导电电路的导电性影响很大,当银氨溶液中硝酸银的浓度为10 mg/mL,浸渍时间为15 min,氧化石墨烯浆的印制次数为12次时,导电电路的方块电阻为3.6Ω/sq。沿织物经、纬和对角线方向制备线条宽度为1,2,3,4,5 mm的导电电路,其单位长度电阻都随着线条宽度变小而增大,在线条宽度为5 mm时的单位长度电阻分别为3.2,3.6,2.2Ω/cm。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS194.4;TQ127.11
【部分图文】：

图 3-1 氧化石墨烯 AFM 图Fig.3-1 AFM image of graphene oxide石墨烯/水性聚氨酯导电浆红外光谱石墨烯的红外光谱中位于 3331 cm-1处的宽特征峰归因于 O H-1和 1626 cm-1处的吸收峰分别与 COOH 基团的强 C=O 和芳香在 1223 cm-1和 1046 cm-1处的峰分别对应于 C OH 的拉伸振动氧化石墨烯的红外光谱谱证实了鳞片石墨被成功氧化。对于水 3334 cm-1、1709 cm-1和 1302 cm-1处的典型吸收峰分别与氨 O）中的 N H、C=O 和 C O 的伸缩振动有关，在 1103 cm-1醚键（C O C）的伸缩振动，另外，在 2270 cm-1处没有明显的（ NCO）被完全反应，所有这些峰表明聚氨酯链的形成。与比，GO/WPU 0.9%导电浆的 FTIR 光谱中 N H 的峰位置从 33而其它峰基本一致，这表明氨基甲酸酯键与 GO 纳米片之间存

图 3-1 氧化石墨烯 AFM 图Fig.3-1 AFM image of graphene oxide烯/水性聚氨酯导电浆红外光谱烯的红外光谱中位于 3331 cm-1处的宽特征峰归因于 O 1626 cm-1处的吸收峰分别与 COOH 基团的强 C=O 和芳香1223 cm-1和 1046 cm-1处的峰分别对应于 C OH 的拉伸振石墨烯的红外光谱谱证实了鳞片石墨被成功氧化。对于34 cm-1、1709 cm-1和 1302 cm-1处的典型吸收峰分别与中的 N H、C=O 和 C O 的伸缩振动有关，在 1103 cm（C O C）的伸缩振动，另外，在 2270 cm-1处没有明显NCO）被完全反应，所有这些峰表明聚氨酯链的形成。GO/WPU 0.9%导电浆的 FTIR 光谱中 N H 的峰位置从 它峰基本一致，这表明氨基甲酸酯键与 GO 纳米片之间

第三章 氧化石墨烯/水性聚氨酯导电浆的制备及性能3.2.3 氧化石墨烯/水性聚氨酯导电浆热稳定性如图 3-3a 所示，当温度在 150-320 ℃范围内时，由于不稳定的含氧官能部分如环氧基，羟基和羧基，氧化石墨烯表现出其主要的分解行为（38%重量损失）。对于水性聚氨酯，其首次重量损失在 25-150 ℃之间约为 4%，这是由于水分和丙酮的蒸发。在150-310 ℃（27%重量损失）范围内的第二阶段归因于硬链段中氨基甲酸酯键的断裂。在 310-440 ℃（69%重量损失）之间的第三阶段是 PEG600 软链段的分解。与氧化石墨烯的热分解行为相比，GO/WPU 0.9%导电浆的热分解温度升高，这是由于水性聚氨酯表现出比氧化石墨烯更好的热稳定性。而与水性聚氨酯的热分解曲线行为相比，添加具有大比表面积的氧化石墨烯片限制了水性聚氨酯链的移动，导致 GO/WPU 0.9%导电浆的热稳定性更好。

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本文编号：2816650