[发明专利]导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含其的电极

说明书

技术领域

本公开涉及一种导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含该碳纳米管 的电极。本公开还涉及一种生产具有提高的导电性的碳纳米管的方法以及制 造包含该碳纳米管的电极的方法。

背景技术

通常，透射光以形成图像或产生电力的装置(如显示装置和太阳能电池) 使用透明电极。氧化铟锡(ITO)是公知的透明电极并且有宽范围的应用。然而， 制造ITO的成本增加使其在很多应用中不经济。具体来讲，当弯曲由ITO形 成的透明电极时，所述透明电极开始经受破裂，从而导致其电阻的增大。因 此，使用ITO电极会导致柔性装置的质量劣化，因此需要开发光学透明且可 用于柔性装置中的新型电极。包含碳纳米管(CNT)的透明电极可以在宽范围的 装置(例如，液晶显示(LCD)装置、有机发光显示装置(OLED)、电子纸类显示 器或太阳能电池)中应用。

包含碳纳米管的透明电极必须具有导电性、透明性和柔性。通常，包含 碳纳米管的透明电极通过下面的步骤制备：将碳纳米管粉末分散在溶液中以 制备碳纳米管墨，然后将碳纳米管墨涂覆在基底上。所述制备的包含碳纳米 管的透明电极具有由碳纳米管形成的网状结构。因此，电子在碳纳米管自身 中和碳纳米管之间流动以实现电极的功能。因此，包含碳纳米管的电极的导 电性由电子在碳纳米管自身中和碳纳米管之间的可流动性确定。

根据最近研究的成果，在具有碳纳米管的晶格结构的电极中，当碳纳米 管的数量大得足以使碳纳米管能够彼此接触时，即，当碳纳米管的数量等于 或大于临界数量时，碳纳米管网状膜不受碳纳米管自身的电阻影响，而主要 受碳纳米管之间的接触电阻影响(Nanoletter 2003，3，549)。因此，降低碳纳米 管之间的接触电阻是提高包含碳纳米管的透明电极的导电性的关键。根据其 他最近研究的成果，已发现接触导电性由于半导体性和金属性碳纳米管的混 合物的性质而变化(Science，288，494)。随机网状SWCNT(单壁碳纳米管)的薄 层电阻由SWCNT网本身和管-管接触的电阻的总和来确定。管-管接触由金属 -金属结和半导体-半导体结以及金属-半导体结组成，金属-金属结和半导体- 半导体结提供欧姆行为，金属-半导体结形成肖特基势垒。当电子从半导体性 碳纳米管向金属性碳纳米管流动时，产生肖特基势垒，导致相对低的接触导 电性。因此，需要提高sCNT-sCNT或sCNT-mCNT的接触导电性，或者降低 接触量。

发明内容

这里公开了一种掺杂碳纳米管以具有提高的导电性的方法。这里还公开 了一种通过掺杂碳纳米管的方法制备的碳纳米管。

这里还公开了一种包含被掺杂的碳纳米管的膜。这里还公开了一种包含 具有提高的导电性的碳纳米管的电极。

这里还公开了一种包含电极的显示装置，该电极包含具有提高的导电性 的碳纳米管。

这里还公开了一种包含电极的太阳能电池，该电极包含具有提高的导电 性的碳纳米管。

这里还公开了一种包含具有提高的导电性的碳纳米管的薄膜晶体管。

这里还公开了一种掺杂碳纳米管的方法，该方法包括以下步骤：制备包 含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液；利用所述氧化剂溶液掺杂碳纳米管。

所述掺杂碳纳米管的步骤可以包括将碳纳米管粉末与氧化剂溶液混合并 搅拌该混合物。

所述有机溶剂可以能够分散碳纳米管。

所述有机溶剂从由二甲基甲酰胺(DMF)、1，2-二氯乙烷(DCE)、1，2-二氯 苯(ODCB)、硝基甲烷、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚 砜、硝基苯、亚硝酸丁酯及包含至少一种上述溶剂的组合组成的组中选择。

所述氧化剂溶液还可以包含分散剂。

所述掺杂碳纳米管的步骤可以包括利用氧化剂溶液浸渍或涂覆由碳纳米 管形成的膜。

所述有机溶剂可以具有氧化性。

所述氧化剂可以具有至少为2的氧化值。

所述氧化剂从由卤素的氧化物、硫的氧化物、金属卤化物、氮的氧化物、 金属的含氧酸类化合物、苯醌类化合物、O₃和H₂O₂及包含至少一种上述氧 化剂的组合组成的组中选择。

这里公开了一种包含被掺杂的碳纳米管的膜，所述膜具有小于10³Ω/sq 的导电率和至少75％的透射率。