本发明专利技术公开了一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜及其制备方法与应用。本发明专利技术通过将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；以及，将所述碳纳米管薄膜转移至油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜。本发明专利技术的可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜综合性能良好，例如其厚度约20nm～100nm，表面粗糙度小于1.5nm，透光度大于86％，表面电阻小于1500Ω/m2，同时其制备工艺流程简单、操作方便、对环境因素要求低，且不会对周围环境不造成不利影响，能够满足工业化大面积、大批量生产的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳纳米管薄膜材料及其制备工艺，特别涉及一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜及其绿色制备方法和应用，属于材料科学领域。
技术介绍
透明导电薄膜作为电极在太阳能光伏、发光二极管、平面显示器及触摸屏等电子领域中有着广泛的应用。目前常用的透明导电薄膜主要是氧化铟锡(ITO)薄膜。但是，ITO薄膜存在资源缺乏、价格昂贵、柔性差、弯曲易脆等突出问题，使其发展受到制约，因此发展新材料来取代ITO成为必然趋势。现在最有前途的ITO替换物包括导电聚合物、金属纳米线和碳纳米管。与导电聚合物和金属纳米线相比较，碳纳米管(CNTs)具有高得多的机械强度和化学稳定性，可以生产更稳定和结实透明的导电涂层。同时，CNTs具有优异而独特的光学、电学和力学特性。CNTs在轴向具有高的电子传导能力，在径向则受到抑制，且对可见光和近红外光没有明显的特征吸收，这些特点使CNTs薄膜可以兼具透明和导电的能力。此外，CNTs薄膜还具备良好的柔韧性，一定程度的弯曲和折叠对其导电能力影响较小，是最有希望替代ITO作为柔性透明导电薄膜的理想材料。迄今，CNTs透明导电柔性电极已经广泛应用于发光二极管(OLED)，太阳能电池，场发射和液晶显示器等领域。近年来，人们已研究出多种合成连续CNTs膜的方法。其中，后沉积法是国内外报道的制备柔性透明导电CNTs薄膜的主要方法，但是后沉积法过程复杂，得到的CNTs薄膜需要依附在衬底上，而且涉及化学修饰过程，对CNTs薄膜的电学性质的存在不可估量的影响。尤其是通过后沉积法难以得到自支撑、连续的柔性透明导电纯CNTs薄膜。因此，如何直接制备出连续的超薄的自支撑的透明导电CNTs薄膜，推动其规模化生产和在柔性透明电子器件中的广泛应用，已经成为本领域科学工作者面临的重要挑战之一。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种可自支撑的超薄透明导电CNTs薄膜及其绿色制备方法与应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术的一些实施方案之中提供的一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的制备方法包括：将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；以及，将碳纳米管薄膜转移至油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜。而在一较为具体的实施方案之中，所述的制备方法可以包括如下步骤：(1)将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；(2)将碳纳米管薄膜转移至第一油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜；(3)将碳纳米管杂化薄膜转移至第二油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管混杂薄膜。较为优选的，所述制备方法可以包括：循环重复进行步骤(2)和/或步骤(3)两次以上，直至获得所需的超薄透明导电碳纳米管薄膜。本专利技术的一些实施方案之中还提供了一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜，特别是一种采用前述方法制备的可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜。较为典型的，所述可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜包括碳纳米管网络以及结合于碳纳米管网络下部的透明导电高分子。进一步的，所述薄膜的厚度为20nm～100nm。进一步的，所述薄膜的表面粗糙度小于1.5nm。进一步的，所述薄膜的透光度大于86％。进一步的，所述薄膜的表面电阻小于1500Ω/m2。本专利技术的一些实施方案之中还提供了所述可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的用途，例如在制备光学装置、电子装置或光电子装置，特别是制备柔性光电子装置中的用途。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)该可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的制备工艺简单，无需昂贵的制备仪器、高温作用和催化剂，耗时少，可大规模连续收集CNTs薄膜；(2)该可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的制备工艺可控性高，例如，通过控制CNTs分散液的浓度可有效控制CNTs薄膜的厚度，而通过控制CNTs在油墨中的静置时间和油墨的温度可有效控制导电聚合物的厚度；(3)该可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的制备工艺之中清洗工序只需使用乙醇和水等，可降低CNTs薄膜的表面污染，同时环境友好；(4)该可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜具有很好的强度，能够形成稳定的自支撑结构，同时导电性能良好、透明度较高，可广泛使用在光、电器件上，例如可以作为电极使用在触摸屏面板上。总之，本专利技术制备的可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜综合性能良好，同时本专利技术的制备工艺流程简单、操作方便、对环境因素要求低，且不造成任何影响，能够满足工业化大面积、大批量生产的需求。下文将对本专利技术的技术方案作更为详尽的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案之中一种CNTs薄膜的制备工艺流程图；图2是本专利技术一典型实施方案之中一种可自支撑超薄透明导电CNTs杂化薄膜的制备工艺流程图，图中6为第一溶液，9为第一油墨，16为第二油墨；图3是本专利技术实施例1中所获透明导电CNTs薄膜的照片；图4是本专利技术实施例1中将所获CNTs薄膜转移至油墨1界面的示意图；图5是本专利技术实施例1所获可自支撑超薄透明导电CNTs杂化薄膜横截面的SEM图；图6是本专利技术实施例1所获可自支撑超薄透明导电CNTs杂化薄膜的SEM图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的诸多不足，本案专利技术人经过长期而深入的研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，详见下文。本专利技术的一个方面提供了一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜(亦可称为超薄CNTs杂化薄膜或超薄CNTs混杂膜等)，其系一种可自支撑的纳米尺度混杂膜(如下也简称为混杂膜)，包含：碳纳米管(CNTs)网络，以及，分布于CNTs网络底部的透明导电有机材料，特别是透明导电高分子。进一步的，所述混杂膜的厚度约20nm～100nm,表面粗糙度小于1.5nm。进一步的，所述混杂膜的光学透光度大于86％,表面电阻小于约1500Ω/m2。进一步的，所述混杂膜包含质量比为1:10～1:50的碳纳米管和透明导电高分子。本专利技术的另一个方面提供了一种制备所述混杂膜的方法，其可包括：将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；以及，将碳纳米管薄膜转移至油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜。进一步的，该制备方法可以包括：提供一种或多种CNTs；将所述的一种或多种CNTs均匀的分散在一定的溶剂中，从而形成碳纳米管分散液(CNTs分散液)。其中，可以采用本领域已知的任意一种合适方式形成所述CNTs分散液，例如超声、高速搅拌等等。在一些实施例之中，可以采用超声方式使CNTs分散形成所述CNTs分散液，采用的超声分散时间可以是5h～20h，但不限于此。在一些较佳实施例之中，所述CNTs分散液的浓度是0.005mg/mL～0.2mg/mL。其中，所述的一种或多种的CNTs可以是单壁CNTs、多壁CNTs等。较为优选的，所述的一种或多种的CNTs可以是经过化学官能化处理过的。而相应的化学官能化方法均可以是业界已知的，例如可以参考“功能化碳纳米管及其复合材料的制备与催化性能研究”(哈尔滨工业大学工学博士学位论文，2014年6月)，“碳纳米管的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜，其特征在于包括碳纳米管网络以及结合于碳纳米管网络下部的透明导电高分子。
【技术特征摘要】
1.一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜，其特征在于包括碳纳米管网络以及结合于碳纳米管网络下部的透明导电高分子。2.根据权利要求1所述的可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜，其特征在于：所述薄膜包含质量比为1:10～1:50的碳纳米管和透明导电高分子；和/或，所述薄膜的厚度为20nm～100nm，表面粗糙度小于1.5nm，可见光透光度大于86％，表面电阻小于1500Ω/m2。3.一种可自支撑超薄透明导电碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于包括：将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；以及，将碳纳米管薄膜转移至油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，再移除该选定溶液，获得碳纳米管薄膜；(2)将碳纳米管薄膜转移至第一油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管杂化薄膜；(3)将碳纳米管杂化薄膜转移至第二油墨界面上进行自组装而形成碳纳米管混杂薄膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于包括：循环重复进行步骤(2)和/或步骤(3)两次以上，直至获得所需的超薄透明导电碳纳米管薄膜；尤其优选的，循环次数为5～10次。6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于包括：采用蠕动泵注射方式将所述碳纳米管分散液转移至选定溶液表面，和/或，采用蠕动泵抽取方式将所述选定溶液表面移除；优选的，采用蠕动泵注射所述碳纳米管分散液的速率为5mL/min～20mL/min，和/或，采用蠕动泵抽取所述选定溶液的速率为5mL/min～20mL/min。7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管分散液包含溶剂和均匀分散于所述溶剂内的碳纳米管；所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；和/或，所述溶剂包括乙醇、丙三醇、乙二醇、水中的任意一种或两种以上的混合物；优选的，所述碳纳米管选自官能化的碳纳米管，其中的官能团包括-NH2、-COOH、-OH中的任意一种或两种以上；优选的，所述碳纳米管分散液的浓度为0.005mg/mL～0.2mg/mL。8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述选定溶液包括乙醇、丙三醇、乙二醇、水中的任意一种或两种以上的混合物；和/或，所述油...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，肖鹏，谷金翠，张佳玮，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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