石墨烯基导电油墨的制备与在电磁屏蔽和通孔电镀中的应用

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碳系导电浆料因具有好的导电性和化学稳定性,在电子产品(如电子元器件、电池电极、印刷电路板等)制造中得到了广泛的应用。针对碳系导电浆料在电子产品的电镀制备过程中普遍遇到的导电性偏低的问题,本课题组通过采用液相球磨剥离膨胀石墨的方法分别制备了高导电的油系和水系石墨烯基导电油墨,并将其分别应用于石墨烯镀铜复合电磁屏蔽薄膜的制备以及柔性电路板的通孔电镀。本研究取得了如下主要结果:(1)油系石墨烯导电油墨及石墨烯镀铜复合电磁屏蔽薄膜的制备:其一,通过砂磨液相剥离膨胀石墨制备了油系石墨烯基导电油墨,并对油墨中的导电填料的种类、配比和油墨的固化条件进行优化,成功将油墨的导电性由2.67×103 S/m提升至1.16×104S/m。之后,本文通过将油墨刮涂到聚乙烯薄膜表面的方式,制备了不同厚度、可剥离的自支撑石墨烯油墨薄膜,并测试了不同厚度膜的电磁屏蔽效率。当石墨烯基油墨薄膜厚度为7 μm时,薄膜在3.2~5.0 GHz频率范围内的电磁屏蔽效率可达30-32dB。其二,为进一步提高低厚度下薄膜的电磁屏蔽效率,本文通过在石墨烯基油墨表面电沉积一层铜层的方式制备出了石墨烯镀铜复合电磁屏蔽薄膜,并通过优化电镀工艺成功制备了低厚度(10±1 μm)、高电磁屏蔽效率(>75 dB)、高柔性的石墨烯镀铜复合电磁屏蔽薄膜。(2)水系石墨烯导电油墨的制备与在柔性电路板通孔电镀中的应用:本文通过结合使用不同表面活性剂和砂磨机械液相剥离的方法,以及调节溶液pH和粘度等参数的方式,成功制备出了一种高分散稳定性的水系石墨烯导电油墨。该水系石墨烯导电油墨中的碳填料表面带有负电荷,可作为黑孔液用于电路板的导电化处理过程中。其中,以吐温-80为表面活性剂分散的水系石墨烯导电油墨在pH为8~10时对PCB电路板通孔具有良好的导电化处理效果。PCB电路板在经过该水系石墨烯导电油墨黑孔处理后,单个通孔(厚度1 mm、孔径500 μm)电阻可降至0.2~2.0 kΩ,进而可以进行直接电镀。且在电镀电流密度为3~4 A/dm2时,黑孔处理后在PCB电路板通孔的硫酸铜电镀液中进行电镀的电镀效果好。
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