


碳纳米管凭借其高长径比和一维线状结构,能够在丝网印刷的涂层中构建贯穿性的三维导电网络,这是实现低电阻率、高柔韧性的核心机制。
在导电浆料中,导电填料的“接触方式”决定了最终导电效率。传统的炭黑是“点接触”,导电通路依赖颗粒间的随机碰撞,需要较高添加量才能形成通路;而碳纳米管是“线接触”,一旦形成网络,就像高速公路一样为电子提供畅通路径。
安徽大学2025年发表于《包装工程》的研究系统揭示了这一机制:通过将炭黑(点)、多壁碳纳米管(线)和石墨烯(面)三者复配,搭建“点-线-面”三维立体导电网络,可以在一定程度上减少导电颗粒间的空隙,降低渗流阈值,提高油墨的导电性。
三维导电网络的三种构型对比:
| 导电填料类型 | 导电维度 | 渗流阈值 | 柔韧性 | 代表研究方向 |
|---|---|---|---|---|
| 炭黑 | 点接触 | 较高 | 一般 | 传统导电涂料 |
| 碳纳米管 | 线接触 | 低 | 优 | 长程导电网络 |
| 石墨烯 | 面接触 | 极低 | 优 | 二维导电平台 |
| 三者复配 | 点-线-面网络 | 最低 | 最优 | 三维立体导电网络 |
研磨时间、颜基比(颜料/树脂比例)和印刷层数是决定碳纳米管导电浆料丝网印刷效果的核心工艺参数。
研究发现,研磨时间直接影响导电填料在浆料中的分散均匀性。安徽大学团队的系统实验表明,当研磨时间为5.5小时时,油墨的电阻率达到最低值2.813 Ω·cm。研磨时间过短,填料团聚未充分打开;研磨时间过长,可能破坏碳纳米管的结构。
颜基比(颜料与树脂的质量比)是决定浆料导电性与印刷适性平衡的关键。研究表明,当油墨颜基比为2.5:1.0时效果最佳:既保证了足够的导电填料形成导电网络,又确保了树脂对基材的附着力和浆料的流变性能。
丝网印刷层数直接影响最终涂层的厚度和导电性能。数据显示,当丝网印刷层数为2层时,碳系油墨获得最低电阻率。继续增加层数不仅增益有限,还可能增加工艺成本。
产品实例——ZY-121型导电碳浆的技术参数印证了这些发现。该产品以超细碳纳米管为导电填料,适用于200-300目丝网印刷,在PET基材上固化后方阻可在20Ω/□~1MΩ/□范围内调节,附着力(3M600胶带垂直拉)无脱落,硬度>H,挠曲性测试(1mm线宽、2kg×180°外折×1分钟×10次)电阻变化率<20%。
经过优化的碳纳米管导电浆料,丝网印刷后电阻率可低至2.8 Ω·cm,500次弯折电阻变化率<3%,附着力达到无脱落等级。
| 性能指标 | 研究/产品 | 数据 |
|---|---|---|
| 最低电阻率 | 安徽大学研究 | 2.813 Ω·cm |
| 方阻范围 | ZY-121 | 20Ω/□~1MΩ/□(可调) |
| 电导率 | 增运纳米水性浆料 | >20,000 S/m(电阻率<4.8 mΩ·cm) |
| 导电纤维薄膜 | ACS研究 | >1000 S/m |
柔性电子器件的核心要求是在反复弯折后仍保持导电性能。
| 测试条件 | 结果 | |
|---|---|---|
| 500次弯曲折叠 | 电阻变化率<3% | |
| 180°外折×10次 | 电阻变化率<20% | |
| 耐弯折电阻碳浆 | 具备优异的耐弯折性 | |
附着力的行业测试标准是3M 600胶带垂直拉扯,要求“无脱落”。碳纳米管导电浆料在PET、PVC、纺织品等多种基材上均表现出良好的附着力。
在柔性电发热器件应用中,安徽大学团队测试表明:当外接电压为12V安全电压时,印刷的发热器件仅需约20秒便可达到稳定温度170℃,显示出极快的响应速度和优异的发热均匀性。
碳纳米管导电浆料的丝网印刷应用已覆盖压敏传感器、智能穿戴、柔性发热器件、微电极储能、太阳能电池、超疏水表面六大领域。
导电碳浆属于压力敏感电阻型碳浆,适用于压敏薄膜柔性印刷电路。其特点是:通过丝网印刷在PET、PVC片材上,形成的印刷线路具有压力敏感性——施加压力时电阻发生变化,从而实现触控或压力感知功能。
2024年MRS秋季会议上,墨西哥研究者报告了基于单壁碳纳米管(SWCNT) 的水性丝网印刷浆料开发成果。该研究实现了:
在涤棉纺织品上印刷导电图案
在不同pH环境下评估稳定性和附着力
适用于可穿戴设备的电互连线路
安徽大学的研究明确将碳系导电油墨的丝网印刷应用于柔性电发热器件。印刷后,在12V安全电压下即可快速升温至170℃,适用于柔性加热片、穿戴加热服等。
在导电银浆中添加0.005wt%-0.5wt% 的碳纳米管,用于丝网印刷太阳能电池正面栅线,可获得更高高宽比的电极,从而减少电极对电池正面的遮蔽、降低电阻,提升电池转化效率。
2017年ACS期刊的研究展示了碳纳米管导电浆料的另一独特应用——仿生多功能超疏水表面。通过在浆料中添加PDMS-PEG共聚物(25 wt%),丝网印刷后的表面水接触角可达>150°(超疏水),接触角滞后<5°,同时保持>1000 S/m的电导率。这种材料可用于水滴传输、油水分离、薄膜加热器等。
南京增运纳米材料有限公司专注纳米碳材料(碳纳米管、石墨烯)的研发与生产,为下游丝网印刷导电浆料企业提供高纯度、批次稳定的核心原料。
在了解了碳纳米管导电浆料在丝网印刷中的广阔应用后,支撑这些应用的基础是高品质的碳纳米管原料。
南京增运纳米材料有限公司的核心优势:
| 优势维度 | 增运纳米实力 |
|---|---|
| 产品矩阵 | 多壁/单壁碳纳米管、石墨烯粉体、复合导电浆料 |
| 产品纯度 | ≥97.5%,批次一致性好 |
| 区域优势 | 南京总部,辐射长三角电子产业集聚区 |
| 应用布局 | 丝网印刷导电浆料、导电油墨、EMI屏蔽等 |
| 技术支撑 | 可为下游客户提供浆料配方优化建议 |
一句话总结:丝网印刷导电浆料的核心是碳纳米管的分散与网络构建,而这一切的起点是高品质、批次稳定的CNT原料。南京增运纳米正是这条产业链的“源头力量”。
碳纳米管导电浆料在丝网印刷中的应用已经从“实验室验证”走向“产业化落地”。无论是薄膜开关、柔性发热器件,还是智能穿戴、微电极储能,碳纳米管通过构建三维导电网络,为这些印刷电子器件提供了“高导电+高柔韧+高附着”的性能保障。随着南京增运纳米等上游原料供应商的持续深耕,这个万亿级市场的大门正在被逐渐推开。