[发明专利]用于透明导电用途的碳纳米管-透明导电无机纳米颗粒混杂薄膜

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相关申请的互相参照

本申请要求2008年3月14日提交的美国专利申请No.61/036,755的权益。

背景技术

所公开的主题属于用于显示和触摸屏用途的透明导电涂层领域。

聚酯膜(如PET)上的铟锡氧化物(ITO)涂层是可商购的，并且因为ITO膜的不良机械强度和挠曲时的迅速机械失效，在将其实施于柔性显示器用途时面临大的技术障碍。

另一方面，基于碳纳米管(CNT)的膜作为ITO的潜在替代近来在透明导电应用中获得了重要地位。碳纳米管的主要优势是其电导性，即使以几个纳米厚的膜的形式，伴随其极度的机械柔韧性。由于能将坚固的CNT膜制备成极小的厚度，例如CNT单层，所以得到的膜可以透明并导电。然而，不能制备致密的CNT网络，除非损失透光性，因为CNT本质上在可见光和紫外线区域是光吸收的。

已经提出了沉积带有碳纳米管的透明导电氧化物颗粒的单分散液。然而，因为分散液形成期间和/或涂覆期间不同物质的絮凝，所以认为实现这样的方法极其困难。

还提出了层叠透明导电氧化物层与碳纳米管层。然而，这样的结构还是遭受上述提及的与单碳纳米管(例如差的透光性)和单透明氧化物膜(例如差的机械强度)有关的各自问题。

概述

提供了碳纳米管-透明导电无机纳米颗粒(CNT-TCIN)混杂(hybrid)膜，其继承了每一种单独成分的相对优势同时克服了这两种膜的技术劣势。

例如，当透明导电氧化物(TCO)膜表现出差的机械强度时，CNT-TCIN混杂膜表现出优异的机械强度。当TCO膜表现出窄的电传导范围(例如，具有大于5,000欧姆/方的膜是不均匀的)时，CNT-TCIN混杂膜表现出宽的电传导范围(例如，1-10¹⁰欧姆/方)。当TCO膜不是中性颜色时，CNT-TCIN混杂膜是中性颜色。当TCO膜是昂贵的并且因为它们通过溅射成形而难于成形时，CNT-TCIN混杂膜能通过简单的、廉价的溶液沉积技术成形。当TCO膜表现出差的RF吸收性能时，CNT-TCIN混杂膜表现出好的RF吸收性能并在军事应用、天线和标签(tag)中是有用的。当TCO表现出差的环境稳定性并且由于湿度和温度而发生很多粘结失效时，CNT-TCIN混杂膜在极端湿度和温度下表现出良好的稳定性，而不遭受粘结失效。最后，当TCO膜表现出低载流子迁移率时(在1-100cm²/(V s))，CNT-TCIN混杂膜能在光电器件和透明场效应管中表现出高载流子迁移率，因为CNT膜的本征孔迁移率可以高达10⁵cm²/(V s)。

而且，当CNT膜的可见光透光度仅仅对于某些应用可以接受时，CNT-TCIN混杂膜对许多应用表现出良好的可见光透光度。当红外反射率对于CNT膜不良而对于TCO膜优异时，CNT-TCIN混杂膜能为应用而调节，其应用范围从楼宇的热镜到光调制器。当CNT膜的表面粗糙度因CNT的束集而不能典型地降到低于约3.5nm的RMS粗糙度时，CNT-TCIN混杂膜能表现出较低的表面粗糙度。

本发明进一步描述了形成CNT-TCIN混杂膜的方法。

一方面，导电碳纳米管层包括沉积在基材上的碳纳米管层以形成透明且导电的CNT网络，该CNT网络通过以一定数量和在一定位置分布于整个网络的一组TCIN混杂，以提供导电的透明层。

在一个或更多的实施方案中，该层进一步包括设置于该层上表面上的胶体透明导电无机纳米颗粒的涂层，所述的胶体透明导电纳米颗粒具有小于该透明导电无机纳米颗粒的颗粒尺寸。

另一方面，制备复合碳纳米管层的方法包括：提供在第一溶剂中的碳纳米管第一悬浮液；提供在第二溶剂中的透明导电无机纳米颗粒第二悬浮液；向基材施加碳纳米管以形成碳纳米管网络；并向基材施加胶体透明导电无机纳米颗粒以形成碳纳米管网络/透明导电无机纳米颗粒混杂层。

附图说明

考虑下面具体的描述，结合附图，本发明的上述和其它目的以及优势将变得更加明显，附图中同样的附图标记在全文中指代同样的部分，并且其中：