[发明专利]一种碳焊结构单壁碳纳米管柔性透明导电薄膜及制备方法

说明书

本发明涉及高性能柔性透明导电薄膜制备领域，具体为一种碳焊结构单壁碳纳米管柔性透明导电薄膜及制备方法。在浮动催化剂化学气相沉积法生长单壁碳纳米管的过程中，通过降低催化剂和碳源浓度及在恒温区的停留时间，使得部分被催化剂分解的碳源形成sp²碳岛，焊接在单根单壁碳纳米管间的交叉点，最终形成具有sp²碳岛焊接结构的单壁碳纳米管薄膜，该结构薄膜具有优于柔性基底上ITO薄膜的光电性能、化学稳定性和柔性。本发明通过设计制备碳焊结构联结的单根碳纳米管，降低了碳纳米管间的接触电阻、抑制了管束形成及对光的大量吸收，获得了高性能柔性透明导电薄膜，对于推动碳纳米管薄膜在高性能光电器件领域的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及高性能柔性透明导电薄膜制备领域，具体为一种碳焊结构单壁碳纳米管柔性透明导电薄膜及制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是触摸屏、平板显示器、光伏电池、有机发光二极管等电子器件的重要组成元件。目前，氧化铟锡(ITO)是商业应用最成熟的透明导电薄膜，但稀有金属铟的日益减少使得ITO成本逐渐增加；另一方面，随着柔性电子的兴起，ITO的脆性无法满足未来应用的需求。由于良好的光电性能、结构稳定性、柔性等特性，单壁碳纳米管交织而成的二维网络透明导电薄膜以其高的透明导电性以及优异的柔韧性等特点，有望取代资源稀缺、脆性的铟锡氧化物成为新一代透明导电薄膜而获得广泛应用。

目前，制备单壁碳纳米管柔性透明导电薄膜的方法主要有两种。一种为湿法(溶液法)，即先将单壁碳纳米管分散于溶液中，再采用过滤、喷涂、悬涂或印刷等方法将单壁碳纳米管沉积在柔性基底上。该方法的局限性在于分散单壁碳纳米管的物理和化学过程会破坏碳纳米管的本征结构、引入表面活性剂等污染物，从而降低所获得透明导电薄膜的性能。另一种为干法，即在生长单壁碳纳米管的反应系统尾端安装收集装置，将生长的单壁碳纳米管直接收集在多孔基底上；再经压印过程将碳纳米管转移到柔性基底上形成透明导电薄膜(文献1，Kaskela A,Nasibulin A G,Timmermans M Y,et al.Aerosol-synthesized SWCNTnetworks with tunable conductivity and transparency by a dry transfertechnique[J].Nano letters,2010,10(11)：4349-4355.)；该方法的优势在于保持了碳纳米管的本征结构及不引入污染，并且低耗、简单、易于规模化生产。因此，干法制备碳纳米管透明导电薄膜的研究取得了一系列的进展，比如减小管束尺寸、降低接触电阻、图案化等(文献2，Mustonen K,Laiho P,Kaskela A,et al.Uncovering the ultimate performanceof single-walled carbon nanotube films as transparent conductors[J].AppliedPhysics Letters,2015,107(14)：143113.文献3，Fukaya N,Kim D Y,Kishimoto S,etal.One-step sub-10μm patterning of carbon-nanotube thin films for transparentconductor applications[J].ACS nano,2014,8(4)：3285-3293.)。