[发明专利]利用碱处理除去残余分散剂制备碳纳米管薄膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用碱处理除去残余分散剂制备高性能碳纳米管薄膜的方法，更确切地说利用碱处理除去残余的DNA或RNA分散剂，以制造柔性的低薄层电阻、高透光的单壁碳纳米管薄膜的方法，属于碳纳米管薄膜的制备领域。

背景技术

透明导电薄膜被广泛的应用在透明电极，触摸屏，液晶显示器，有机发光二极管等各种电子器件中。在过去的几十年中，ITO由于其优异的导电性和透明性而垄断了透明导电薄膜的市场。不幸的是近年来ITO的缺点逐渐显现出来。首先，在过去的十年中，铟的价格急剧上升，这大大增加了ITO的成本。其次，ITO的脆性限制了他们在柔性器件中的应用。据报道，超过1％的形变便会导致ITO的电导率产生不可逆的损失(Leterrier，Y.；Medico，L.；Demarco，F.；Manson，J.A.E.；Betz，U.；Escola，M.F.；Olsson，M.K.；Atamny，F.Thin Solid Films 2004，460，156-166.)。碳纳米管有着极好的柔性以及优异的导电性，有望取代ITO应用在透明导电薄膜上。科研人员已经对碳纳米管透明导电薄膜做了大量研究。一些人研究了碳纳米管类型的影响。Zhang等利用不同类型的碳纳米管制备了透明导电薄膜，他们发现使用电弧法碳纳米管制备的薄膜在同样的透过率时其导电性明显优于高压一氧化碳(HiPCO)碳纳米管制备的薄膜(Zhang，D.H.；Ryu，K.；Liu，X.L.；Polikarpov，E.；Ly，J.；Tompson，M.E.；Zhou，C.W.Nano Lett.2006，6，1880-1886.)。后处理是另一个研究的热点。硝酸(Shin，D.W.；Lee，J.H.；Kim，Y.H.；Yu，S.M.；Park，S.Y.；Yoo，J.B.Nanotechnology 2009，20，475703.)以及二氯亚砜(Dettlaff-Weglikowska，U.；Skakalova，V.；Graupner，R.；Jhang，S.H.；Kim，B.H.；Lee，H.J.；Ley，L.；Park，Y.W.；Berber，S.；Tomanek，D.，et al.J.Am.Chem.Soc.2005，127，5125-5131.)已被用于掺杂碳纳米管以提高薄膜的性能。添加导电高分子同样可以提高碳纳米管膜的导电性。De等将碳纳米管与导电高分子混合制备的薄膜导电率高于10⁵S/m，经过100次弯折后其导电性依然保持恒定(De，S.；Lyons，P.E.；Sorel，S.；Doherty，E.M.；King，P.J.；Blau，W.J.；Nirmalraj，P.N.；Boland，J.J.；Scardaci，V.；Joimel，J.，et al.Acs Nano 2009，3，714-720.)。

制备碳纳米管薄膜的方法有很多，例如，真空过滤法，喷涂法，旋涂法，浸渍法等等。无论你采用哪种方法做膜，第一步都是制备均匀稳定的碳纳米管分散液。由于其高的表面能，市售碳纳米管聚集成大的管束，使用时必须先将其剥离成小的管束。常用的方法包括共价改性法和非共价改性法。前者会引入缺陷从而会降低碳纳米管的导电性。相比之下，非共价改性法则是一种高效无损的碳纳米管分散方法。常用的分散剂为阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等。这些表面活性剂可以将碳纳米管分散成小的管束甚至单分散并可以达到较高的浓度(Islam，M.F.；Rojas，E.；Bergey，D.M.；Johnson，A.T.；Yodh，A.G.Nano Lett.2003，3，269-273.)。然而这些分散剂用量较大，常常需要达到临界胶束浓度，残留的分散剂会大大降低薄膜的导电性(Ishibashi，A.；Nakashima，N.Chem.-Eur.J.2006，12，7595-7602.)。