[发明专利]通过选择性化学修饰将碳纳米管涂层形成图案

说明书

相关申请的引用

本申请要求2004年5月7日提交的美国临时申请号60/568,693，名称 为“Methods for Patterning Carbon Nanotube Coatings Using Selective Chemical Modification”的优先权，该申请的全部通过引用而具体地结合于 此。

背景

1.发明领域

本发明涉及通过用侧壁官能作用对涂覆的碳纳米管网络进行修饰以破 坏所述碳纳米管导电性而将碳纳米管透明导电涂层和膜形成图案的方法。 本发明还涉及得到的形成图案的碳纳米管网络。

2.背景描述

许多电子器件需要对可见光光学透明的电导体。所述透明电导体通过 传送电力而起到操作用户界面例如触摸屏或发送信号到LCD显示器中的 像素的作用。透明导体是许多光电子设备中的主要元件，所述的光电子设 备包括平板显示器、触摸屏、电致发光灯、太阳能电池板、“智能”窗和 OLED照明系统。在所有这些应用中，用户必须看透所述导电层而进行操 作。另外，透明的形成图案的导体在制造生物计量身份证即智能卡中是有 价值的，其中信息被存储在导电层中或者通过导电层传递。这样卡片中的 透明导体层的使用对于安全目的是有利的，因为难以发现所述信息。未来 的电子设计在功能和形式上受用于产生导电透明层的现有材料和方法的 限制。存在对导电光学透明涂层和膜的需求，所述涂层和膜是更透明的， 同样导电的，利用大面积图案形成和烧蚀技术加工的，挠性的并且完全低 成本。

目前大多数透明电极是由透明导电氧化物例如氧化铟锡(ITO)制成的， 并且是四十年来的优选选择。通过真空淀积将ITO涂覆到光学透明衬底， 然后利用昂贵的光刻技术以除去过量的涂层并形成导线和电极而形成图 案。两种方法对于放大以覆盖大面积是困难而昂贵的。ITO也具有一些相 当显著的局限性：1)ITO膜是易碎的(对于挠性应用，例如在塑料显示器、 塑料太阳能伏打电池(solar voltaic)和耐磨电路中的挠性应用，机械可靠性 考虑)；和2)ITO线路典型地是通过真空溅射接着是光刻蚀刻而形成的(对 于大体积/大面积应用，制造成本可能是太高)。

进行了提供透明电极以替代ITO膜的努力。一个典型实例是ITO粒子 在聚合物粘合剂中的悬浮液。然而，这种填充了ITO的体系不能符合连续 ITO膜的导电性。此外，透明导电聚合物材料目前正在开发中。这些聚合 物典型地需要掺杂剂以给予导电性，并且利用丝网印刷或墨水喷射涂覆技 术被涂覆在衬底上。虽然它们还是在开发阶段，并且也已经达到ITO膜的 传导水平，但是预期掺杂剂的存在对于控制所述导电性具有不利的作用， 并且可能与器件小型化不相适合。

因而，需要用于形成具有适宜导电性图案的涂层的有效、快速和节省 成本的方法，同样需要来自这些方法的改进产品。

发明概述

本发明克服了现有的用于产生导电涂层图案的减法或加法相关的问题 和缺点。

本发明的一个实施方案涉及将表面的导电涂层形成图案的方法，所述 方法包含：将碳纳米管涂覆到所述表面而形成涂层，并且将所述涂层的区 域暴露于改变导电性的反应体，通过将碳纳米管侧壁基团官能化增加或者 减少只有所述区域的电导率。涂覆可以包含：喷涂、辊涂、真空沉积和这 样方法的组合，还有其它熟知的涂布方法。所述碳纳米管是导电的、半导 体的或二者的组合，并且选自包括单壁、双壁、多壁和它们的组合的组。 反应体可以包含强度足以官能化所述碳纳米管侧壁基团的紫外光，和光反 应性化学品，例如在氧存在下的四氧化锇。碳纳米管侧壁基团可以由环加 成官能化，例如气味酯(osmyl ester)或奎宁-型官能团的环加成而官能化。 所述形成图案的导电涂层可以形成电路。

本发明的另一个实施方案涉及根据本发明的可逆图案形成，其中将所 述图案形成逆向包括将所述涂层在存在氧而不存在所述反应体的情况下 暴露于紫外光。

本发明的另一个实施方案涉及根据本发明将形成的图案固定，其中将 形成的图案固定包含将所述涂层暴露于水例如周围空气中的水蒸气。

本发明的另一个实施方案涉及将由本发明的方法制成形成图案的导电 涂层。