含碳纳米管的涂层制造技术

本发明专利技术公开了含纳米管的导电膜。所公开的膜显示优异的导电性和透明度（图１２）。本发明专利技术也公开了制备和使用该膜的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
含碳纳米管的涂层相关申请的参考本申请要求下列申请的优先权：于2001年3月26日提交的题目为“Electrodissipative Transparent Coatings Comprising Single-Wall Nanotubesand Methods for Forming Same”的美国临时申请60/278,419，于2001年8月14日提交的题目为“EMI IR Materials”的美国临时申请60/311,810，于2001年8月14日提交的题目为“Biodegradable Film”的美国临时申请60/311,811和于2001年8月14日提交的题目为“EMI Optical Materials”的美国临时申请60/311,815，通过参考完整而具体地引入这些申请中的每一篇。专利技术背景专利
本专利技术涉及导电涂层。更具体而言，本专利技术涉及含碳纳米管的透明导电涂层。相关技术的描述导电透明膜在本领域是已知的。一般而言，通常在电绝缘的基材上通过干式或湿式方法形成这类膜。在干式方法中，使用PVD(包括溅射法，离子电镀法和真空沉积法)或CVD来形成金属氧化物类型的导电透明膜，例如锡-铟混合的氧化物(ITO)，锑-锡混合的氧化物(ATO)，掺杂氟的锡氧化物(FTO)，掺杂铝的锌氧化物(FZO)。在湿式方法中，使用导电粉末例如上面所述的混合氧化物中的一种和粘合剂形成导电涂层组合物。干式方法制备透明度和导电性都良好的膜。但是，它要求具有真空系统的复杂设备并且它的生产率低。干式方法的另一个问题是：难以将其应用于连续或大的基材如照相胶片或视窗。湿式方法要求相对简单的设备，生产率高，并且容易应用于连续或-->大的基材。在湿式方法中所用的导电粉末是平均初始颗粒直径为0.5μm或更小的非常细的粉末，所以不妨碍得到膜的透明度。为了获得透明涂层膜，导电粉末的平均初始颗粒直径为最短可见光波长的一半或更小(0.2μm)，以便不吸收可见光，并且控制可见光的散射。自从70年代后期以来，已经开始了本质导电的有机聚合物和塑料的开发。这些努力得到了基于聚合物如聚苯胺(polyanaline)、聚噻吩、聚吡咯和聚乙炔的导电材料。(参见：″Electrical Conductivity in ConjugatedPolymers.″Conductive Polymers and Plastics in Industrial Applications″，Arthur E.Epstein；″Conductive Polymers.″Ease of Processing SpearheadsCommercial Success.Report from Technical Insights.Frost & Sullivan；和″From Conductive Polymers to Organic Metals.″Chemical Innovation，Bernhard Wessling.一个重大的发现是碳纳米管，其基本上是包裹在管里面的单层石墨，或者是单壁纳米管(SWNTs)，或者是双壁纳米管(DWNTs)或包裹在数个同心层中的多壁纳米管(MWNTs)。(B.I.Yakobson和R.E.Smalley，″FullereneNanotubes：C1,000,000 and Beyond″，American Scientist v.85，1997年7月-8月)。尽管只是于1991年首次大范围报道，(Phillip Ball，″Through theNanotube″，New Scientist，1996年7月6日，第28-31页)，现在在世界范围内容易在实验室合成克数量的碳纳米管，并且也已经提供了商业产品。纳米管具有良好的内在导电率并且已经用于导电材料。美国专利5,853,877，通过参考将其全部的内容引入，涉及化学改性的多壁纳米管(MWNT)的用途。当作为非常薄的层形成时，在美国专利5,853,877所公开的涂层和膜是光学透明的。随着膜厚度增加至大于约5μm，膜失去了其光学性能。美国专利5,853,877也涉及在有和没有粘合剂的条件下形成的膜。为了保持光学性质，膜包含含有非常高浓度的纳米管的粘合剂并且是非常薄的。例如，该专利公开一种负载40重量％的MWNT的膜，以获得良好的ESD导电率。美国专利5,908,585，通过参考将其全部的内容引入，涉及两种导电添加剂的用途，两者是MWNT和导电金属氧化物粉末。-->专利技术概述因此，对于包含克服相关技术的那些缺陷的特殊直径的纳米管的导电膜的需要增加了。因而，在一个优选的实施方案中，本专利技术提供静电耗散的含纳米管的透明涂层。因而，在另一个优选的实施方案中，本专利技术提供一种导电膜，其包含：多个外径小于3.5nm的纳米管。在另一个优选的实施方案中，本专利技术提供一种制备权利要求1的导电膜的方法，该方法包含：提供多个外径小于3.5nm的纳米管；和在基材表面上形成所述纳米管的膜。在另一个优选的实施方案中，本专利技术提供一种多层结构，其包含：导电膜，和在至少部分所述导电膜上安置的聚合物层。在另一个优选的实施方案中，本专利技术提供适宜用于形成膜和其它组合物的纳米管分散体。这类组合物可以含有附加导电的，部分导电的或不导电的材料。纳米管的存在降低常规不含纳米管的材料的制造成本，同时增加产品效率，优选增加产品导电率。组合物可以以任何形式如固体或液体存在，并且优选是粉末、膜、涂层、乳液或混合的分散体。从下面的详细描述中本专利技术的其它目的、特征和益处将变得更加清晰。但是，应当理解的是详细描述和具体的实施例，在指示本专利技术优选实施方案的同时，只是为了解释，因为本领域的技术人员从此详细描述中对在本专利技术精神和范围内的种种改变和修改将变得更加清楚。附图简述结合在说明书中并且组成说明书的一部分的附图解释本专利技术优选的实施方案，并且与上面提出的概述和下面列出的优选实施方案的详细描述一起，用来解释本专利技术的原理。因此，为了更完整的理解本专利技术、其目的和益处，现在参考下面的描述连同附图，其中：图1是根据本专利技术一个实施方案的SWNT的导电率与厚度曲线图；图2描述根据本专利技术一个实施方案在一段延长期过后高湿度对于ESD-->的影响曲线图；图3描述根据本专利技术一个实施方案向载玻片上浇铸含有0.30％SWNT的Si-DETA-50-Ti的表面电阻率与温度数据的曲线图；图4描述根据本专利技术一个实施方案向载玻片上浇铸含有0.20％SWNT的Si-DETA-50-Ti的表面电阻率与温度数据的曲线图；图5描述根据本专利技术一个实施方案向载玻片上浇铸含有0.30％SWNT的Si-DETA-50-Ti的表面电阻率与测量电压数据的曲线图；和图6描述根据本专利技术一个实施方案向用电阻测量标记的载玻片上浇铸的纳米管百分比；图7描述用来给予膜电学性能的SWNTs的优势；图8描述表示三种膜中的每一种的电阻率(@500V)在温度从-78至+300℃怎样变化的结果；图9描述当电压降低时，对于1密耳的聚酰亚胺-1膜以欧姆/平方表示的电阻率；图10描述在有和没有纳米管的条件下，聚酰亚胺-1，聚酰亚胺-2和TPO树脂的张力性能；图11描述在有和没有0.1％SWnTs的条件下，在聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电膜，其包含：多个外径小于３．５纳米的纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种导电膜，其包含：多个外径小于3.5纳米的纳米管。2.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管的外径为约0.5至3.5纳米。3.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管的外径为约0.5至约1.5纳米。4.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管选自单壁纳米管(SWNTs)、双壁纳米管(DWNTs)、多壁纳米管(MWNTs)和它们的混合物。5.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管基本上是单壁纳米管(SWNTs)。6.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管是基于重量以约0.001至约1％的量存在于所述膜中的。7.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管以约0.05％的量存在于所述膜中。8.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的表面电阻在小于约1010欧姆/平方的范围内。9.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的表面电阻在约102-1010欧姆/平方的范围内。10.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的表面电阻在约106-1010欧姆/平方的范围内。11.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的表面电阻在小于约103欧姆/平方的范围内。12.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的体积电阻在约10-2欧姆-厘米至约1010欧姆-厘米的范围内。13.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料。14.根据权利要求1所述的膜，其中所述的膜为固体膜，泡沫或液体形式。15.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述聚合材料包含选自下组的材料：热塑性塑料，热固性聚合物，高弹体，导电聚合物及其混合物。16.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述聚合材料包含选自下组的材料：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，苯乙烯类塑料，聚氨酯，聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，纤维素，明胶，甲壳质，多肽，多糖，多核苷酸及其混合物。17.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述聚合材料包含选自陶瓷杂化聚合物，膦氧化物和硫属元素化物的材料。18.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述纳米管是基本上均匀地分散在整个聚合材料中的。19.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述纳米管是以梯度形式存在的。20.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述纳米管是存在于所述聚合材料的表面上的。21.根据权利要求1所述的膜，其还包含聚合材料，其中所述纳米管是在所述聚合材料的内层形成的。22.根据权利要求1所述的膜，其还包含不透明的基材，其中所述纳米管是存在于所述不透明基材的表面上的。23.根据权利要求1所述的膜，其还含有选自下组的添加剂：分散剂，粘合剂，交联剂，稳定剂，着色剂，UV吸收剂和电荷调节剂。24.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的总透光率至少为约60％。25.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的总透光率为约80％或更多。26.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的总透光率为约90％或更多。27.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的总透光率为约95％或更多。28.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的浊度值小于2.0％。29.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的浊度值小于0.1％。30.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的厚度在约0.5纳米至约1000微米之间。31.根据权利要求1所述的膜，其中所述膜的厚度在约0.05至约500微米之间。32.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管是取向的。33.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管是在膜的平面中取向的。34.根据权利要求1所述的膜，其中所述纳米管是取向的，其还包含取向纳米管的附加层。35.一种制备权利要求1的导电膜的方法，该方法包括：提供多个外径小于3.5纳米的纳米管；并且在基材的表面上形成所述纳米管的膜。36.根据权利要求35所述的方法，其中形成所述膜的步骤包含选自下组的方法：喷涂，浸涂，旋涂，刀涂，贴胶，照相凹板式涂敷，丝网印刷，喷墨印刷和辊涂。37.根据权利要求35所述的方法，其中所述纳米管的外径为约0.5至3.5纳米。38.根据权利要求35所述的方法，其中所述纳米管选自单壁纳米管(SWNTs)，双壁纳米管(DWNTs)，多壁纳米管(MWNTs)及其混合物。39.根据权利要求35所述的方法，其中所述纳米管基本上是单壁纳米管(SWNTs)。40.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗J格拉特科夫斯基，
申请(专利权)人：艾考斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]