[发明专利]一种快速制备大面积碳纳米管柔性透明导电薄膜及提高其导电性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速制备大面积碳纳米管柔性透明导电薄膜及提高其导电性的方法，属于纳米材料、光电材料、显示材料、通讯技术领域。

背景技术

目前作为主流的透明导电薄膜(TCFs)材料是氧化铟锡(ITO)薄膜，但是ITO薄膜存在着一些不足，主要体现在铟在地壳中含量稀少，生产工艺复杂，价格昂贵，成本高；ITO薄膜沉积时要求高真空，生产成本较高。可弯曲性较差，弯曲时面电阻上升或产生裂痕，在柔性显示方面受限；由于常用的柔性衬底PET和ITO的热膨胀系数相反，在温度变化时，一个收缩，另一个则膨胀，因此ITO薄膜比较容易脱落。

作为一维纳米材料的典型代表，单壁碳纳米管具有很多优异而独特的光学、电学和机械学特性，少量的碳纳米管就可以形成一层随机的网络结构的高透光性低面电阻的薄膜—碳纳米管透明导电薄膜(CNT-TCFs)，由于其在导电、透光、强度和柔性方面都呈现良好的特性，在有机发光器件，显示器，触摸屏，薄膜晶体管，光伏器件等方面得到了广泛研究和应用。CNT薄膜和柔性基底的附着力较高，不易脱落，因此其在柔性显示领域具有不可比拟的优越性；CNT薄膜光学性质稳定，在400-800nm可见光范围内CNT薄膜透射光谱平稳，这些极大丰富了碳纳米管薄膜的应用范围，成为替代ITO薄膜制备光电显示器件的最有发展前景的材料之一。

目前CNT溶液的成膜方法主要有真空抽滤、喷墨打印、旋涂、喷涂、浸涂以及直接生长法等。真空抽滤法简单易行，制备的CNT薄膜可以转移到任意基底，但不能制备大面积的CNT薄膜；喷墨打印法对溶液的要求比较高；喷涂法制备CNT薄膜均匀度较高，但对喷涂速度要求严格，也很难快速制备大面积均匀的CNT薄膜；直接生长法对实验设备要求高，步骤繁琐，成本高。而利用直接涂布的方法制备碳纳米管透明导电薄膜，提高了当前碳纳米管透明导电薄膜的制备效率，充分利用碳纳米管原材料，减少了碳纳米管溶液的浪费，同时降低了成本，减少了对环境的污染，具有较广的应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对当前碳纳米管透明导电薄膜制备中出现的问题，特提供了一种快速制备大面积碳纳米管柔性透明导电薄膜及提高其导电性的方法，该方法提高了当前碳纳米管透明导电薄膜的制备效率，同时降低了成本，减少了对环境的污染。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种可以大面积制备碳纳米管柔性透明导电薄膜及其碳纳米管溶液的方法，其特征在于：包括如下步骤：

①制备碳纳米管溶液，按质量百分比，该溶液由以下组份组成：

上述组分总量为100%；

制备该碳纳米管溶液的步骤为：

a.取质量分数0.01%-1.0%的碳纳米管与质量分数0.1%-10.0%的十二烷基苯磺酸钠加入10-1000ml去离子水混合，在20-400W的超声分散仪下超声分散0.1-48h，在1000-10000rpm的转速下离心分离1-120min；

b.取a中上层悬浮液，在20-80℃的水浴中加入质量分数0.2%-30.0%的曲拉通X-100溶液加热搅拌1-120min，得到所需的可以涂布的碳纳米管溶液；

②碳纳米管柔性透明导电薄膜的快速制备方法：由绕线棒将碳纳米管溶液均匀涂覆在柔性薄膜基底上，在20-90℃条件下干燥，即得到碳纳米管柔性透明导电薄膜；

③碳纳米管柔性透明导电薄膜的后处理过程如下：

a.将干燥后的碳纳米管柔性透明导电薄膜置于去离子水中浸泡10-60min，取出放入烘箱中60-100℃下干燥10-60min；

b.将a中碳纳米管柔性透明导电薄膜放入摩尔浓度为4-14M的浓硝酸中浸泡10-120min，取出放入水中洗至中性，放入烘箱中60-100℃下干燥10-60min，得到性能良好的薄膜；

上述碳纳米管为单壁碳纳米管，其直径为0.8-3.0nm，长度为2.0-50.0μm。

上述碳纳米管溶液的表面张力为1-70mN/m、粘度为0.01-10Pa.s。

上述碳纳米管溶液的制备过程中如果步骤b中的溶液出现粘稠状，需在超声波分散仪中20-400W超声1-60s。

上述柔性薄膜基底可以取聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC。

上述柔性薄膜基底在等离子中处理1-600s。

上述绕线棒的涂布速度是1-20cm/s、绕线直径为0.05mm-1.0mm。