一種快速制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及提高其導(dǎo)電性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種快速制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及提高其導(dǎo)電性的方法。所述碳納米管溶液由碳納米管、十二烷基苯磺酸鈉、曲拉通X-100和去離子水以質(zhì)量分數(shù)分別為0.01%-1.0%、0.1%-10.0%、0.2%-30.0%、99.69%-59.0%組成，上述組分總量為100%。分別由繞線棒將上述配制好的溶液均勻涂覆在柔性薄膜上，可以大面積快速制備出不同透光率和面電阻的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜。并且經(jīng)過HNO3與SOCl2處理后，可以有效提高其導(dǎo)電率，降低面電阻。本發(fā)明進一步提高了當前碳納米管透明導(dǎo)電薄膜的制備效率，同時，降低了成本，減少了對環(huán)境的污染。
【專利說明】一種快速制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及提高其導(dǎo)電性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及提高其導(dǎo)電性的方法，屬于納米材料、光電材料、顯示材料、通訊【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前作為主流的透明導(dǎo)電薄膜(TCFs)材料是氧化銦錫(ITO)薄膜，但是ITO薄膜存在著一些不足，主要體現(xiàn)在銦在地殼中含量稀少，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴，成本高；ΙΤ0薄膜沉積時要求高真空，生產(chǎn)成本較高?？蓮澢暂^差，彎曲時面電阻上升或產(chǎn)生裂痕，在柔性顯示方面受限；由于常用的柔性襯底PET和ITO的熱膨脹系數(shù)相反，在溫度變化時，一個收縮，另一個則膨脹，因此ITO薄膜比較容易脫落。
[0003]作為一維納米材料的典型代表，單壁碳納米管具有很多優(yōu)異而獨特的光學(xué)、電學(xué)和機械學(xué)特性，少量的碳納米管就可以形成一層隨機的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高透光性低面電阻的薄膜一碳納米管透明導(dǎo)電薄膜(CNT-TCFs)，由于其在導(dǎo)電、透光、強度和柔性方面都呈現(xiàn)良好的特性，在有機發(fā)光器件，顯示器，觸摸屏，薄膜晶體管，光伏器件等方面得到了廣泛研究和應(yīng)用。CNT薄膜和柔性基底的附著力較高，不易脫落，因此其在柔性顯示領(lǐng)域具有不可比擬的優(yōu)越性；CNT薄膜光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在400-800nm可見光范圍內(nèi)CNT薄膜透射光譜平穩(wěn)，這些極大豐富了碳納米管薄膜的應(yīng)用范圍，成為替代ITO薄膜制備光電顯示器件的最有發(fā)展前景的材料之一。
[0004]目前CNT溶液的成膜方法主要有真空抽濾、噴墨打印、旋涂、噴涂、浸涂以及直接生長法等。真空抽濾法簡單易行，制備的CNT薄膜可以轉(zhuǎn)移到任意基底，但不能制備大面積的CNT薄膜；噴墨打印法對溶液的要求比較高；噴涂法制備CNT薄膜均勻度較高，但對噴涂速度要求嚴格，也很難快速制備大面積均勻的CNT薄膜；直接生長法對實驗設(shè)備要求高，步驟繁瑣，成本高。而利用直接涂布的方法制備碳納米管透明導(dǎo)電薄膜，提高了當前碳納米管透明導(dǎo)電薄膜的制備效率，充分利用碳納米管原材料，減少了碳納米管溶液的浪費，同時降低了成本，減少了對環(huán)境的污染，具有較廣的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對當前碳納米管透明導(dǎo)電薄膜制備中出現(xiàn)的問題，特提供了一種快速制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及提高其導(dǎo)電性的方法，該方法提高了當前碳納米管透明導(dǎo)電薄膜的制備效率，同時降低了成本，減少了對環(huán)境的污染。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0007]①制備碳納米管溶液，按質(zhì)量百分比，該溶液由以下組份組成:
[0008]碳納米管0.01%-1.0%
十二烷基苯磺酸鈉 0.1%-10.0%
曲拉通 X-1OO0.2%-30.0%
去離子水99.69%-59.0%
[0009]上述組分總量為lOU'/? ；
[0010]制備該碳納米管溶液的步驟為:
[0011]a.取質(zhì)量分數(shù)0.01%-1.0%的碳納米管與質(zhì)量分數(shù)0.1%_10.0%的十二烷基苯磺酸鈉加入IO-1OOOml去離子水混合，在20-400W的超聲分散儀下超聲分散0.l_48h，在lOOO-lOOOOrpm的轉(zhuǎn)速下離心分離l_120min ；
[0012]b.取a中上層懸浮液，在20_80°C的水浴中加入質(zhì)量分數(shù)0.2%_30.0%的曲拉通X-100溶液加熱攪拌l_120min，得到所需的可以涂布的碳納米管溶液；
[0013]②碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的快速制備方法:由繞線棒將碳納米管溶液均勻涂覆在柔性薄膜基底上，在20-90°C條件下干燥，即得到碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜；
[0014]③碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的后處理過程如下:
[0015]a.將干燥后的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜置于去離子水中浸泡10_60min，取出放入烘箱中60-100°C下干燥10-60min ；
[0016]b.將a中碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入摩爾濃度為4-14M的濃硝酸中浸泡10-120min，取出放入水中洗至中性，放入烘箱中60_100°C下干燥10_60min，得到性能良好的薄膜；
[0017]上述碳納米管為單壁碳納米管，其直徑為0.8-3.0nm，長度為2.0-50.0 μ m。
[0018]上述碳納米管溶液的表面張力為l_70mN/m、粘度為0.01-1OPa.S。
[0019]上述碳納米管溶液的制備過程中如果步驟b中的溶液出現(xiàn)粘稠狀，需在超聲波分散儀中20-400W超聲l-60s。
[0020]上述柔性薄膜基底可以取聚對苯二甲酸乙二酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC。
[0021]上述柔性薄膜基底在等離子中處理l-600s。
[0022]上述繞線棒的涂布速度是l_20cm/s、繞線直徑為0.05mm_l.0mm。
[0023]上述步驟②得到碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜再重新置于溫度為20-100°C加熱板上，再次進行碳納米管溶液涂覆，可以得到不同透光率的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0024]上述碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的后處理過程中步驟b得到的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入二氯亞砜溶液中浸泡10_90min，然后用乙醇洗凈干燥，進一步降低面電阻。
[0025]上述碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜每層的厚度為1-1OOnm之間。
[0026]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果:
[0027]1、本發(fā)明通過由碳納米管(CNTs)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、曲拉通X-100(TX100)和去離子水制備而成的高性能碳納米管溶液，可以快速、高效地制備出大面積的柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0028]2、本發(fā)明將碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入硝酸溶液中浸泡，取出放入水中洗至中性,放入烘箱中60-100°C下干燥10-60min，可有效地提高薄膜的導(dǎo)電性、降低其面電阻。然后可再將碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入二氯亞砜溶液中浸泡，進一步其降低面電阻。
[0029]3、本發(fā)明可將碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜置于加熱板上，再次進行碳納米管溶液涂覆，可以得到不同透光率的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0030]4、本發(fā)明降低了導(dǎo)電薄膜的制備成本，減少了對環(huán)境的污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0032]圖1為碳納米管透明導(dǎo)電薄膜的制備方法圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的工藝流程圖；
[0034]圖3為性能優(yōu)異的碳納米管透明導(dǎo)電薄膜面電阻與透光率的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0035]一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，依照如下步驟完成:
[0036]1、制備碳納米管溶液的具體步驟如下:
[0037]①取質(zhì)量分數(shù)0.1%的碳納米管與質(zhì)量分數(shù)1%的十二烷基苯磺酸鈉加入50ml去離子水混合，在100W的超聲下超聲lh。在5000rpm的轉(zhuǎn)速下離心分離40min。所述碳納米管為單壁碳納米管，其直徑為0.8-3.0nm,長度為2.0-50.0ym0
[0038]②取①中上層懸浮液，在55°C的水浴中加入質(zhì)量分數(shù)2%的曲拉通X-100溶液加熱攪拌15min，得到所需的可以涂布的碳納米管溶液。該碳納米管溶液的表面張力為l_70mN/m、粘度為 0.0l-lOPa.S。
[0039]③若②中的溶液出現(xiàn)粘稠狀，可在超聲波分散儀中40W超聲10s。
[0040]2、碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的快速制備方法:
[0041]由繞線直徑為0.75mm繞線棒2以的涂布速度是l-20cm/s將碳納米管溶液I均勻涂覆在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)柔性薄膜基底3上，在25°C條件下干燥后即可得到碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜4。所用柔性薄膜基底3在等離子體中處理以增加表面能，等離子體處理時間為1-600S。
[0042]3、碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的后處理過程如下:
[0043]①將干燥后薄膜置于去離子水中浸泡30min，取出放入烘箱中80°C下干燥30min。
[0044]②將①中薄膜放入摩爾濃度為12M的濃硝酸中浸泡40min，取出放入水中洗至中性，放入烘箱中80°C下干燥30min，得到性能良好的薄膜。
[0045]③將②中碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入二氯亞砜溶液中浸泡40min，用乙醇清洗3次以上除去殘留的二氯亞砜溶液，然后干燥，進一步降低薄膜的面電阻。
[0046]4、性能測試分析:
[0047]使用Keithley2700對薄膜的面電阻進行測試，UV1901紫外可見分光光度計對薄膜的透光率進行測試分析，可得到不同厚度的薄膜面電阻隨透光率的關(guān)系曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:包括如下步驟: ①制備碳納米管溶液，按質(zhì)量百分比，該溶液由以下組份組成:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述碳納米管為單壁碳納米管，其直徑為0.8-3.0nm,長度為 2.0-50.0 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述碳納米管溶液的表面張力為l_70mN/m、粘度為0.01-lOPa.S0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述碳納米管溶液的制備過程中如果步驟b中的溶液出現(xiàn)粘稠狀，需在超聲波分散儀中20-400W超聲l-60s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述柔性薄膜基底可以取聚對苯二甲酸乙二酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述柔性薄膜基底在等離子體中處理1-600S。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述繞線棒的涂布速度是l-20cm/s、繞線直徑為.0.05mm-l.0mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述步驟②得到碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜再重新置于溫度為20-100°C加熱板上，再次進行碳納米管溶液涂覆，可以得到不同透光率的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜的后處理過程中步驟b得到的碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜放入二氯亞砜溶液中浸泡10-90min，然后用乙醇洗凈干燥，進一步降低面電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以大面積制備碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜及其碳納米管溶液的方法，其特征在于:上述碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜每層的厚度為1-1OOnm之間。
【文檔編號】H01B13/00GK103531304SQ201310430346
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】耿宏章, 孟巖, 許小兵, 張澤晨 申請人:天津工業(yè)大學(xué)