碳膜电极用导电碳浆的制备及其性能研究

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随着电子信息产业的兴起,印制电子产业得到了飞速发展。与传统的电子制造相比,丝网印刷技术因有成本低、快速灵活和可个性化定制等优点得到了广泛的应用。作为印制电子领域关键原材料之一的导电碳浆因具有稳定性高、成本低、可柔性制造等优点日渐受到研究人员的重视。近20年来,国内研究人员针对如何优化导电浆料的性能展开了深入的研究,为我国丝网印刷产业的发展奠定了良好的理论基础。但是相对于欧美国家,我国的导电浆料发展仍处于起步阶段,特别是耐磨导电碳浆与进口产品还有着一定的差距,国内高性能印制电子产品用的导电浆料仍依赖进口,很大程度上限制了我国印制电子产业的良性发展。基于此,本文开展了不同阻值的耐磨碳电极用导电碳浆的制备及其性能研究,本论文主要研究内容和结果如下:(1)研究导电浆料组成部分对碳浆膜层性能的影响。本文将石墨和炭黑作为导电填料,酚醛树脂作为粘结剂,制备不含任何金属元素的导电碳浆。系统地探究了树脂种类、树脂比例、石墨炭黑比例、石墨烯添加比例和耐磨剂添加比例对导电碳浆导电性能和丝网印刷性能的影响。结果表明:2130为理想的酚醛树脂,当树脂质量分数为30%时,碳浆具有合适的粘度和包裹性能;石墨/炭黑比例为5:5时,碳膜电极的阻值较低;当添加0.1%石墨烯后,印制电极方阻最低,达16Ω/口;加入4%二硫化钼填充后,优化了印制碳膜的耐磨性能。(2)研究加工工艺对碳浆膜层性能的影响。系统地探究了不同三辊次数、丝印成型的碳膜厚度、固化温度和固化时间对导电碳浆导电性能和丝网印刷性能的影响。结果表明:碳浆经过三辊机研磨5次,在110℃低温固化15min后,制备的薄膜厚度在0.33mm时,导电填料分散良好,形成良好的导电网络,导电碳浆粘度合适,丝网印刷时,浆料的流平性能理想,印制涂层的表面平整,导电性能优良,耐磨性能优异。通过性能优化,本文研制碳浆印制碳电极可实现电阻在20Ω/口-1000Ω/口范围内可调,最优浆料耐磨次数可达3000万次以上。
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