[发明专利]具有单根或小管束尺寸单壁碳纳米管透明导电薄膜的制备

说明书

本发明涉及高性能柔性透明导电薄膜制备领域，具体为一种具有单根或小管束尺寸单壁碳纳米管透明导电薄膜的可控制备方法。采用浮动催化剂化学气相沉积法，通过增大载气流量和降低催化剂浓度，进而降低反应区形成单壁碳纳米管浓度、减少碳纳米管间碰撞的几率、减弱管与管之间的范德华力，阻止其聚集成大管束，从而得到多以单根或小管束形式存在的、高质量单壁碳纳米管；采用干法收集与转移技术，获得高性能的单壁碳纳米管透明导电薄膜。本发明通过制备具有单根或小管束尺寸的碳纳米管薄膜，降低管与管之间的接触电阻、抑制大管束的形成及其对光的吸收，获得高质量、高性能透明导电薄膜，推动其在高性能光伏器件等领域的应用。

技术领域

本发明涉及高性能柔性透明导电薄膜制备领域，具体为一种具有单根或小管束尺寸单壁碳纳米管透明导电薄膜的可控制备方法。

背景技术

透明导电薄膜同时具有良好的透光性和导电性，已作为电极广泛应用于太阳能电池、平板显示器、触摸屏等电子器件中。目前，商业应用最广泛的透明导电薄膜为氧化铟锡(ITO)。然而，由于稀有金属铟的储量有限，导致ITO成本日益增高；另一方面，由于氧化物本身的脆性，制备的柔性薄膜性能并不理想，无法满足柔性电子器件的发展需求。碳纳米管拥有优异的光学、电学和机械性能，有望取代ITO成为新一代柔性透明导电薄膜而获得广泛应用。

目前，制备碳纳米管薄膜的方法主要分为湿法和干法两种；湿法是指将纯化后的碳纳米管分散到溶液中，再通过真空抽滤、旋涂、喷墨打印等方法沉积到所需基底上(文献1Wu,Z.；Chen,Z.；Du,X.；et al,Transparent,conductive carbon nanotubefilms.Science 2004,305(5688),1273.)；然而，该方法容易引入表面活性剂等杂质，超声过程中容易破坏碳纳米管的本征结构，引入缺陷，不利于制备高性能的柔性透明导电薄膜。而干法是指直接将化学气相沉积法生长的碳纳米管收集于多孔滤膜上，再采用干法转移技术将薄膜转移到所需基底上(文献2，Kaskela A,Nasibulin A G,Timmermans M Y,etal.Aerosol-synthesized SWCNT networks with tunable conductivity andtransparency by a dry transfer technique[J].Nano letters,2010,10(11):4349-4355.)。该方法不引入表面活性剂等污染物，保持碳纳米管的本征结构，适于制备高性能透明导电薄膜。

目前，干法制备的碳纳米管透明导电薄膜最佳性能为80％透光率下方块电阻约为160Ω/□，远低于理论预测值，其主要原因在于通常制得的单壁碳纳米管在管间强范德华力作用下会聚集为直径十几至几十纳米的管束，管束内的单壁碳纳米管对薄膜的导电性没有贡献却吸收大量的光，因而显著降低薄膜的光电性能。(文献3，M,Lefebvre J,Johnson A T.High-field electrical transport and breakdown inbundles of single-wall carbon nanotubes[J].Physical Review B,2001,64(24):241307.)。为了提高碳纳米管薄膜的导电性，研究者通常用强氧化性酸掺杂，然而这种化学掺杂很不稳定，薄膜的透明导电性能随时间延长衰减明显(文献4，Jackson R,Domercq B,Jain R,et al.Stability of doped transparent carbon nanotube electrodes[J].Advanced Functional Materials,2008,18(17):2548-2554.)。

因而，获得高性能单壁碳纳米管柔性透明导电薄膜的关键是如何减弱碳纳米管间的范德华力，获得单根或小管束单壁碳纳米管薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有单根或小管束尺寸单壁碳纳米管透明导电薄膜的制备方法，解决普通薄膜中因范德华力聚集形成的大管束对光的吸收及改善管间接触等关键问题，以获得高性能、高稳定性的单壁碳纳米管透明导电薄膜。