碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；第（2）步，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；第（3）步，将表面改性后的碳纳米管在有机溶剂中与对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；该切片制成铸片后经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；第（4）步，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液超声混合，在此过程中添加分散剂和高分子树脂，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料。第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法
本专利技术涉及碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜(TCFs)已被广泛应用，例如：它们可被用于显示器、触板、太阳能电池等领域。所述薄膜一般包括透明的衬底，例如：PET等，在所述衬底上形成透明且导电的涂层或薄膜。目前作为主流的透明导电薄膜材料是氧化铟锡(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。基于此，在过去的几年中付诸很大的努力来开发代替基于ITO薄膜的低成本替换物。碳纳米管（CNT），特别是单臂碳纳米管，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-TCFs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。其中，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。现在的研究主要集中在通过在薄膜衬底上增加导电涂层或薄膜从而获得高透光性低面电阻的透明导电薄膜，期望的是提供一种性能更加优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种性能优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。本专利技术的另一目的是提供一种性能优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法。基于上述目的，本专利技术提供一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体如下：第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；第（2）步，在有机溶剂中，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；第（3）步，将表面改性后的碳纳米管加入到有机溶剂中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；将该聚酯PET切片干燥后经挤出机挤出制成铸片，经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；第（4）步，制备复合导电涂料，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合形成100重量份的混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂，而后再添加1-10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂，继续超声10-60分钟，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料。第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。优选地，步骤（1）中的碳纳米管是单臂碳纳米管；优选地，步骤（1）中碳纳米管的直径为0.5-15nm，更优选0.8-3nm；长度优选为2-50微米；优选地，步骤（1）中的活化步骤为：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的强氧化性酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。优选地，所述强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸或其混合物。优选地，步骤（2）中的表面改性步骤为：在有机溶剂中加入经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用有机溶剂洗涤，烘干至恒重。优选地，步骤（2）中的有机溶剂可选自甲苯、苯、DMF、DMSO；更优选上述溶剂经过干燥处理。优选地，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为含官能团的硅烷偶联剂，如：KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。优选地，步骤（2）中经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂的重量用量比为1:1-1.5。优选地，步骤（3）中，所述有机溶剂为DMF或DMSO。优选地，步骤（3）中，表面改性后碳纳米管的加入量为对苯二甲酸的5%-50wt%，优选10%-30wt%。优选地，步骤（3）中，对苯二甲酸（分子量166）、乙二醇（分子量62）、催化剂和稳定剂的质量比为100：35-40：1-2：1-2。优选地，步骤（3）中，所述缩聚的反应温度为250-280℃，压力为102-103pa。优选地，步骤（3）中，聚酯切片制成铸片的具体步骤为：将聚酯切片在160℃～180℃下干燥2.5h～4h后，经挤出机在265℃～290℃温度下挤出，再经12℃～20℃冷鼓制成铸片；优选地，步骤（3）中，所述的催化剂为三氧化二锑；优选地，步骤（3）中，所述的稳定剂为磷酸三苯酯；优选地，步骤（4）中，所述的碳纳米管水溶液浓度为1-2wt%。优选地，步骤（4）中，所述的纳米金属水溶液浓度为1-2wt%。优选地，步骤（4）中，所述的纳米金属为纳米金、纳米银、纳米铂、纳米镍中的一种或多种的混合物。优选地，步骤（4）中，所述的ATO溶液/ITO水溶液浓度为1-35wt%，优选1-10wt%。其中，“/”表示“和/或”的含义。优选地，步骤（4）中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或两种的混合物。优选地，步骤（4）中，所述的高分子树脂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙烯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。优选地，步骤（5）中，所述的涂布为喷涂、旋涂或喷墨打印法。优选地，步骤（5）中，具体步骤为：将改性PET膜加热至80-90℃预喷涂温度，喷涂10-15次，最后升温至110-120℃再次喷涂30-45次，获得透明导电薄膜。优选地，步骤（5）中，获得的透明导电薄膜还可进行如下后处理：将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3-5h，除去分散剂，然后在90-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后再2-14M硝酸中酸洗1-5h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。进一步地，本专利技术提供一种由上述制备方法制备获得的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。优选地，其制备方法具体为：第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10重量份和硅烷偶联剂10-15重量份，搅拌均匀，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。第（3）步，将表面改性后碳纳米管5-50重量份加入到50-100ml的DMF或DMSO中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100重量份、乙二醇35-40重量份、催化剂三氧化二锑1-2重量份和稳定剂磷酸三苯酯1-2重量份搅拌混合均匀，减压至102-103pa，同时升温至250-280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在160℃～180℃下干燥2.5h～4h后，经挤出机在265℃～290℃温度下挤出，再经12℃～20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；第（2）步，在有机溶剂中，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；第（3）步，将表面改性后的碳纳米管加入到有机溶剂中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；将该聚酯PET切片干燥后经挤出机挤出制成铸片，经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；第（4）步，制备复合导电涂料，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液按重量比1‑10:1‑10:1‑10的比例进行超声混合形成100重量份的混合液，在此过程中添加0.1‑5重量份的分散剂，而后再添加1‑10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂，继续超声10‑60分钟，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料；第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第(1)步，将碳纳米管进行活化处理；第(2)步，在有机溶剂中，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；第(3)步，将表面改性后的碳纳米管加入到有机溶剂中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；将该聚酯PET切片干燥后经挤出机挤出制成铸片，经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；第(4)步，制备复合导电涂料，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合形成100重量份的混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂，而后再添加1-10重量份数均分子量(Mn)小于10000的高分子树脂，继续超声10-60分钟，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料；第(5)步，将第(4)步获得的复合导电涂料涂布在第(3)步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。2.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的碳纳米管是单壁碳纳米管。3.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中碳纳米管的直径为0.5-15nm；长度为2-50微米。4.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的活化步骤为：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的强氧化性酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，可重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。5.权利要求4所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸或其混合物。6.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的表面改性步骤为：在有机溶剂中加入经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用有机溶剂洗涤，烘干至恒重。7.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的硅烷偶联剂优选为含官能团的硅烷偶联剂。8.权利要求7所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂可选自KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。9.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂的质量比为100：35-40：1-2：1-2。10.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的碳纳米管水溶液浓度为1-2wt％；所述的纳米金属水溶液浓度为1-2wt％；所述的纳米金属为纳米金、纳米银、纳米铂、纳米镍中的一种或多种的混合物；所述的ATO溶液/ITO溶液浓度为1-35wt％；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或两种的混合物；所述的高分子树脂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，刘果，刘英博，
申请(专利权)人：深圳市润麒麟科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44