[发明专利]由经分选的碳纳米管制备的透明电导体及其制备方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2007年8月29日提交的美国临时专利申请系列号No.60/966,592的优先权和权益，所述申请的整体公开内容通过引用并入本文。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

根据授予西北大学的来自国家科学基金会(the National ScienceFoundation)的许可号Nos.DMR-0520513、EEC-0647560和DMR-0706067和来自美国军队远程治疗和高科技研究中心(the U.S.Army Telemedicineand Advanced Technology Research Center)的许可号No.DAMD 17-05-1-0381，美国政府对本发明具有某些权利。

背景技术

透明的电导体是许多电子器件中的关键组件，包括发光二极管、光电池(photovoltaics)、平板显示器和电致变色器件(electrochromicdevices)。因此，对下述低成本的透明导体存在持续增长的需求，所述透明导体不仅提供高电导率和大波长范围内的透明性，而且提供一系列其他特性，例如良好的机械弹性、环境稳定性和期望的表面形态。目前，对电子器件而言最广泛使用的透明导体是氧化锡铟(ITO)。然而，ITO的相对脆性(所述脆性降低了其在柔性基材中的性能)和铟有限的可得性(所述铟是作为其他元素采矿的副产物获得的稀有并且昂贵的元素)妨碍了ITO的使用，。

最近，碳纳米管作为用于透明电导体的ITO的有希望的替代方式而出现。这些纳米材料主要由碳(地球上最丰富的元素之一)组成，并且具有可观的高电导率和罕见的机械特性，包括高抗张强度和回弹性(resilience)。单壁碳纳米管(SWNT)可以被认为是通过将石墨烯(graphene)片卷成无缝圆筒而形成的纳米级管。这种结构导致可以获得具有大量不同手性的SWNT，所述手性是直径和包角(wrapping angle)的组合。纳米管手性限定其电学和光学特性，因此在将纳米管掺入器件应用中时是一个关键性的参数。例如，大致三分之二的SWNT手性是半导体的，而剩下的是金属的。另外，金属型SWNT光吸收中的第一级峰可随着SWNT直径从～0.7nm提高至1.4nm而从大于450nm广泛变化至700nm。尽管SWNT原子结构和行为之间这一惊人的依赖性使得它们能够以许多方式被使用，但是这也被认为是它们的主要缺点之一，因为没有合成具有均一手性的SWNT的方法。相反，合成粗制的SWNT具有半导体型和金属型纳米管的混合物，所述纳米管具有不同的直径。