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导电石墨在3D打印电极中的成型工艺探讨
2025-11-11
一、材料体系设计与分散技术
导电石墨在3D打印电极中的应用需解决均匀分散与界面结合问题。通常将氧化石墨烯(GO)先通过超声震荡或机械球磨剥离为单层或少层结构,再与光敏树脂混合。此方法可有效避免直接添加导致的团聚现象,提升材料导电性。例如,采用N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂,配合球磨处理,可使GO片层充分分散于树脂基体中。此外,添加银颗粒或纳米银线等导电填料可进一步增强导电通路,形成协同效应。
二、3D打印工艺参数优化
打印精度控制:喷头挤出式3D打印需调整层厚与速度匹配,避免因粘度过高导致成型缺陷;光固化法则依赖激光扫描路径规划,确保微米级结构的高保真度。
热处理工艺:高温烧结阶段(通常低于200℃)需梯度升温以去除有机物,同时促进石墨颗粒间的颈部连接。引入热降解剂(如过硫酸盐)可加速树脂分解,减少残碳量。
后处理增强:针对多层打印的层间结合力不足问题,可采用化学气相沉积(CVD)表面修饰或二次浸渍导电浆料的方法进行补强。
三、性能调控与应用场景拓展
通过调节石墨含量(建议质量占比4%-30%)可在导电性与机械强度间取得平衡。实验表明,当导电颗粒尺寸≤10μm时,电极分辨率显著提升,适用于微流控芯片中的检测。目前该类电极已应用于葡萄糖传感器(线性范围0.5-20mM)、重金属离子检测(铅离子检测限0.08μg/L)等领域。未来需进一步优化批量制造工艺,降低批次差异(当前RSD>8%)以满足产业化需求。
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