納米氧化鋅基3d打印用光電材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種納米氧化鋅基3D打印用光電材料及其制備方法。具體步驟為為將雙酚A型環(huán)氧樹脂與乙醇混合，加入氨三乙酸鈉，室溫攪拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌，然后加入平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱攪拌，冷卻得納米氧化鋅基3D打印用光電材料。其中納米氧化鋅粉含量為30~45%，雙酚A型環(huán)氧樹脂含量10~20%，氨三乙酸鈉含量為10~20%，3-氨丙基三甲氧基硅烷含量為10~20%，聚乙烯吡咯烷酮含量為5~15%，乙醇含量為10~20%。本發(fā)明制備的光電材料可在10~30℃的溫度范圍內(nèi)進行3D打印且打印成型后的納米氧化鋅基光電材料的穩(wěn)定性好，載流子遷移率高。
【專利說明】納米氧化鋅基3D打印用光電材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種納米氧化鋅基3D打印用光電材料及其 制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 納米ZnO與塊材相比具有更為優(yōu)異的特性。隨著粒徑的減小，表面原子數(shù)迅速增 力口，納米粒子的表面積、表面能都迅速增大。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空 鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很大的化學活性。伴隨表面 能的增加，其顆粒的表面原子數(shù)增多，表面原子數(shù)與顆粒的總原子數(shù)的比值增大，于是便產(chǎn) 生了 "表面效應(yīng)"，使其表面與內(nèi)部的晶格振動產(chǎn)生了顯著變化，導致納米材料具有許多奇 特的性能。納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或更小時，周期性的邊界條件 將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化劑及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很 大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)，這種體積效應(yīng)為實際應(yīng)用開拓了廣闊的新領(lǐng)域。 ZnO具有優(yōu)異的光電性能，在適當?shù)膿诫s下，表現(xiàn)出很好的低阻特征。這一性能使得ZnO 成為一種重要的電極材料，如太陽能電池的電極、液晶元件電極等。
[0003] 隨著快速成形（Rapid Prototyping, RP)技術(shù)的發(fā)展，人們對原型件制造的成本、 速度和操作的易用性、可靠性都提出了更高的要求。當前商品化的高端RP系統(tǒng)價格昂貴、 運行成本高、對環(huán)境要求較高、且需專門人員操作和日常維護。因此，基于噴射技術(shù)的三維 打印成形（Three Dimensional Printing, 3DP)技術(shù)由于其設(shè)備和材料便宜、運行成本低、 操作簡單、成形無污染、適合辦公室環(huán)境，且打印速度快，可制作精細、復雜的零件，已成為 近年來RP行業(yè)研究和應(yīng)用的熱點。
[0004] 當前能用于3D打印的光電材料非常罕見，而光電子器件的應(yīng)用已十分廣泛，納米 氧化鋅基3D打印用光電材料將顯著擴展3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明屬于光電材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種納米氧化鋅基3D打印用光電材料及其 制備方法。該光電材料制備方法的特征為將雙酚A型環(huán)氧樹脂與乙醇混合，加入氨三乙酸 鈉，室溫攪拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌，然后 加入平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱攪拌，冷卻得納米氧化鋅基3D打印用光電材料。 本發(fā)明制備的光電材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括氣敏傳感器、納米激光器、場效應(yīng)三極管、紫外 敏感氣體傳感器、納米諧振器、轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器、納米懸臂及場發(fā)射器件等。
[0006] 本發(fā)明提出的納米氧化鋅基3D打印用光電材料： 由下列重量比的原料組成： 納米氧化鋅 3(Γ45%， 雙酚Α型環(huán)氧樹脂 ΚΓ20%， 氨三乙酸鈉 ΚΓ20%， 3_氣丙基二甲氧基娃燒 10 20%, 聚乙烯吡咯烷酮 5?15%， 乙醇 10?20%。
[0007] 所述的納米氧化鋅基3D打印用光電材料，制備方法包括以下步驟： 1) 將重均分子量為廣3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮氣氛圍下，將雙酚A型環(huán)氧樹脂與乙醇混合，加入氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分 鐘，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加入 平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至7(T80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化鋅 基3D打印用光電材料。
[0008] 將該材料在1(T3(TC進行3D打印，測試成型后材料的密度、拉伸強度及載流子遷 移率。
[0009] 本發(fā)明制備的光電材料可制成薄膜，用于平面顯示器、紫外光二極管及激光器，還 可在大容量、高速率光纖通信的光纖相位調(diào)制、反雷達動態(tài)測頻、電子偵聽、衛(wèi)星移動通 信、并行光信息處理等民用及軍事領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0010] 有益效果 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于： (1)將納米氧化鋅分散在具有一定粘度的膠體溶液中，氧化鋅分布均勻，比表面積高。 (2)本發(fā)明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過程不會堵塞3D打印機噴頭，適用于 現(xiàn)有的多數(shù)3D打印機。
[0011] (3 )制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用。
[0012] (4)打印成型后的光電材料的載流子遷移率高，達到18cm2 F1 ?Γ1。

【具體實施方式】
[0013] 下面通過實施例進一步描述本發(fā)明 實施例1 將15g重均分子量為1~3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的顆粒；在氮氣氛圍 下，將10g雙酚A型環(huán)氧樹脂與10g乙醇混合，加入10g氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分鐘，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、15g聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加 入45g平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至70°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化 鋅基3D打印用光電材料。將該材料在10°C進行3D打印，成型后材料的密度為3. 14g/cm3， 拉伸強度為106. 7MPa，載流子遷移率為18. 0cm2 V_1 s_1。
[0014] 實施例2 將5g重均分子量為1~3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮氣氛圍 下，將20g雙酚Α型環(huán)氧樹脂與20g乙醇混合，加入15g氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分鐘，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加 入30g平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化 鋅基3D打印用光電材料。將該材料在30°C進行3D打印，成型后材料的密度為2. 83g/cm3， 拉伸強度為111. 2MPa，載流子遷移率為3. 4cm2 V_1 ?Γ1。
[0015] 實施例3 將5g重均分子量為1~3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮氣氛圍 下，將10g雙酚Α型環(huán)氧樹脂與10g乙醇混合，加入20g氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分鐘，再 依次加入20g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加 入35g平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至75°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化 鋅基3D打印用光電材料。將該材料在20°C進行3D打印，成型后材料的密度為3. 05g/cm3， 拉伸強度為l〇1.5MPa，載流子遷移率為8.6cm2 V_1 s_1。
[0016] 實施例4 將l〇g重均分子量為1~3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮氣氛圍 下，將15g雙酚Α型環(huán)氧樹脂與15g乙醇混合，加入15g氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分鐘，再 依次加入15g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、10g聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加 入30g平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化 鋅基3D打印用光電材料。將該材料在25°C進行3D打印，成型后材料的密度為2. 92g/cm3， 拉伸強度為107. IMPa，載流子遷移率為6. 9cm2 V_1 s_1。
[0017] 實施例5 將l〇g重均分子量為1~3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮氣氛圍 下，將10g雙酚Α型環(huán)氧樹脂與20g乙醇混合，加入10g氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分鐘，再 依次加入l〇g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、10g聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加 入40g平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化 鋅基3D打印用光電材料。將該材料在15°C進行3D打印，成型后材料的密度為3. 09g/cm3， 拉伸強度為97. IMPa，載流子遷移率為11. 7cm2 V_1 ?Γ1。
【權(quán)利要求】
1. 一種納米氧化鋅基3D打印用光電材料，其特征在于：由下列重量比的原料組成： 納米氧化鋅 3(Γ45%， 雙酚Α型環(huán)氧樹脂 ΚΓ20%， 氨三乙酸鈉 ΚΓ20%， 3_氣丙基二甲氧基娃燒 10 20%, 聚乙烯吡咯烷酮 5?15%， 乙醇 10?20%。
2. 權(quán)利要求1所述納米氧化鋅基3D打印用光電材料，其制備方法包括以下步驟： 1) 將重均分子量為廣3萬的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成ΚΚΓ120目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮氣氛圍下，將雙酚A型環(huán)氧樹脂與乙醇混合，加入氨三乙酸鈉，室溫攪拌15分 鐘，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮顆粒，室溫攪拌45分鐘，然后加入 平均粒徑為40納米的氧化鋅粉，加熱至7(T80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得納米氧化鋅 基3D打印用光電材料。
【文檔編號】C08L63/00GK104194267SQ201410424220
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】藍碧健 申請人:太倉碧奇新材料研發(fā)有限公司