【摘 要】
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传统碳基导电油墨以石墨（Graphite,Gt）或炭黑（Carbon black,CB）等为导电填料,电阻率大,在柔性电子领域应用裹足不前。而石墨烯（Graphene,Gr）和碳纳米管（CNTs）等碳基纳米材料虽电阻率低,但成本高,难以满足大规模市场需求。将CNTs或Gr与CB和Gt等成比例混合制备的多元碳纳米复合材料（Carbon nanocomposite,CNPs）电子传输能力好、成本低,为
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传统碳基导电油墨以石墨（Graphite,Gt）或炭黑（Carbon black,CB）等为导电填料,电阻率大,在柔性电子领域应用裹足不前。而石墨烯（Graphene,Gr）和碳纳米管（CNTs）等碳基纳米材料虽电阻率低,但成本高,难以满足大规模市场需求。将CNTs或Gr与CB和Gt等成比例混合制备的多元碳纳米复合材料（Carbon nanocomposite,CNPs）电子传输能力好、成本低,为柔性可穿戴电子设备的发展提供了更多选择。本论文秉持这一理念,围绕低成本、绿色环保且电、热性能优良的碳基复合导电油墨的制备和应用开展了以下创新性研究工作:研究了基于MWCNTs、CB和Gt为复合导电填料,水性丙烯酸树脂为连接剂,采用高速机械搅拌分散制备了三维CNPs（MWCNTs/CB/Gt）水性导电油墨,通过多组对比实验得出了最佳配方,油墨中导电碳粒子的质量分数为17.1%,当复合油墨中Gt,CB和MWCNTs的质量分数分别为10.2%,3.0%和4.1%时的方块电阻为29Ωsq-1（40μm）。把三维CNPs（MWCNTs/CB/Gt）水性导电油墨应用于制备柔性电致发光（Electroluminescent,EL）膜,900 cm~2的EL发光膜的功耗仅为4.0m W cm-2;制备了纸基柔性电容传感器,测试了感应模块的面积、形状和最大感应高度之间的关系;以普通打印纸为基底制备纸基柔性电路,测试了纸基柔性电路的耐折度及弯折角度与纸基电路电阻变化的关系。探讨了液相剥离法在机械剪切力作用下剥离石墨,大规模制备石墨烯纳米片,并以石墨烯纳米片、酸化处理的多壁碳纳米管（f-MWCNTs）和CB为复合导电粒子,水性丙烯酸树脂为连接剂,制备了导电性能和机械性能优异的低电压纳米复合电热材料,电热材料中的导电碳粒子的质量分数为16.97%,碳纳米管和炭黑插层在石墨烯纳米片之间形成更稳定的三维导电介质,方块电阻仅为4Ωsq-1（50μm）。用f-MWCNTs/GNSs/CB纳米复合水性电热材料印制的柔性电热膜（2.5cm×2.5cm）,在3v工作电压下饱和温度高达175℃,功率密度达249.87℃cm~2W-1,电热响应迅速（10 s内达到饱和温度）,且电热红外辐射效率β高达74.75%,比传统电热材料高出10%左右;机械性能优秀,在1×10~5kpa的压强下,电学性能依然完好,柔性电热模块弯折2500次后（弯折半径r=5 mm）电阻没有明显变化。通过持续研磨,分析了油墨中导电碳粒子的粒径变化,解释了小粒径、大的比表面积的导电粒子重新团聚的现象。采用液相剥离石墨制备石墨烯纳米片,以GNSs、CB和f-MWCNTs为复合导电填料,以马来酸酐改性松香树脂为连接剂,黄原胶为分散稳定剂,制备了稳定性能好、无有害气体排放的可书写超细f-MWCNTs/GNSs/CB纳米复合水性导电油墨。可书写油墨中碳粒子的质量分数为4.95%,导电粒子粒径中值（D50）低至5μm,方块电阻为11.1Ωsq-1（25μm）,经3000r/min转速离心15 min后油墨性能依然稳定。基于可书写导电油墨研制了性能稳定导电圆珠笔,并测试了手绘纸基柔性电路优异的电学性能和机械性能,以及手绘纸基化学电池的电化学性能。
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