固体酸作为碳纳米管掺杂剂的应用与掺杂方法技术

本发明专利技术提供了一种掺杂的碳纳米管薄膜及其制备方法，该掺杂的碳纳米管薄膜由碳纳米管薄膜和掺杂剂制得，采用的掺杂剂固体酸稳定性好，不易挥发，对碳纳米管薄膜的掺杂效果稳定性高，同时可在碳纳米管薄膜透光率基本不下降的情况下，有效提高碳纳米管薄膜的导电性能。本发明专利技术所述的制备方法简单，掺杂稳定性好，掺杂后的碳纳米管薄膜于室温下放置多天，其方阻、透光率基本保持不变，可以促进碳纳米管薄膜在柔性光伏器件和柔性显示器中的应用。膜在柔性光伏器件和柔性显示器中的应用。

【技术实现步骤摘要】
固体酸作为碳纳米管掺杂剂的应用与掺杂方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米管的掺杂方法，具体涉及无机固体酸作为碳纳米管掺杂剂的用途以及掺杂方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管的独特结构和优异性质使其在显示、能源转化与储存、传感器、光电子学器件等诸多领域均有着重要的应用价值。近年来，随着柔性器件、可穿戴器件的快速发展，器件的柔性化已经成为未来的主要发展趋势。碳纳米管具有优异的柔性、良好的导电性能和透光性能，十分适合应用于柔性器件之中。例如，碳纳米管薄膜有望作为透明电极，应用在柔性显示器件、柔性光伏器件中。因此，高导电性、高透光率的碳纳米管薄膜有着很好的应用前景。
[0003]在目前商业化的非柔性光伏器件、显示器件中，最广为使用的透明电极材料是氧化铟锡(ITO)。但是，ITO的柔性很差，无法应用于柔性器件当中。行业公认的替代ITO的透明导电薄膜性能是在透光率不低于90％的条件下，薄膜方阻不超过100 Ω/sq.。目前,直接制备出的碳纳米管薄膜的透光率和导电性尚不足以达到替代ITO的标准，而在对碳纳米管进行掺杂后，碳纳米管薄膜的性能可以达到这一标准。因此，对于碳纳米管掺杂剂的研发就尤为关键了。通过对碳纳米管进行掺杂，可以提高其载流子密度，从而提高导电性能。
[0004]但是，掺杂剂可能会吸收或散射可见光，从而降低薄膜的透光性能。此外，掺杂效果的稳定性也是衡量掺杂剂的关键参数之一。硝酸是目前最常用的碳纳米管薄膜掺杂剂，掺杂效果显著。但是由于硝酸易挥发，其掺杂效果的稳定性很差。三氯化金是另一种常用的碳纳米管薄膜掺杂剂，掺杂效果显著。但掺杂后，三氯化金会在薄膜上形成金颗粒，而金颗粒会对可见光产生吸收和散射，降低薄膜的透光性能。此外，三氯化金的热稳定性差，加热后掺杂效果逐渐消失。
[0005]因此，开发高效而稳定的碳纳米管掺杂剂，对于碳纳米管薄膜在柔性透明电极中的应用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，结果发现：采用固体酸作为掺杂剂对碳纳米管薄膜进行掺杂，可在保持碳纳米管薄膜透光率的前提下，有效提高碳纳米管薄膜的导电性能，同时掺杂的无机固体酸稳定性好，不易挥发，对碳纳米管薄膜的掺杂稳定性高，掺杂后的碳纳米管薄膜于室温下放置多天，其方阻基本保持不变。
[0007]本专利技术的第一方面在于提供一种掺杂碳纳米管薄膜，该掺杂碳纳米管薄膜由碳纳米管薄膜和掺杂剂制得，所述掺杂剂为固体酸。
[0008]本专利技术的第二方面在于提供本专利技术第一方面所述掺杂碳纳米管薄膜的制备方法，当固体酸选用多酸团簇、杂多酸团簇、氧化物及其水合物固体酸时，包括以下步骤：
[0009]步骤1、将掺杂剂分散于溶剂中制得掺杂剂分散液；
[0010]步骤2、将碳纳米管薄膜浸泡于步骤1制得的掺杂剂分散液中，经后处理制得掺杂碳纳米管薄膜。
[0011]当固体酸选用表面经磺酸化修饰的载体或基底时，所述方法包括以下步骤：
[0012]步骤a、将载体或基底浸没于羟基化试剂中加热进行表面羟基化；
[0013]步骤b、对表面羟基化的载体或基底进行磺酸化修饰；
[0014]步骤c、将碳纳米管薄膜转移至表面经磺酸化修饰的载体或基底表面，向碳纳米管薄膜表面滴加液体。
[0015]本专利技术的第三方面在于提供一种根据本专利技术第一方面所述掺杂的碳纳米管薄膜或由本专利技术第二方面所述的制备方法制得的掺杂的碳纳米管薄膜的用途，其可应用于柔性光伏器件和柔性显示器件中。
[0016]本专利技术提供的掺杂碳纳米管薄膜及其制备方法具有以下优势：
[0017](1)本专利技术所述掺杂碳纳米管薄膜的制备方法简单，仪器常规，制备成本较低；
[0018](2)本专利技术所述掺杂碳纳米管薄膜的制备方法可在保证碳纳米管薄膜透光率基本不降低的情况下，大幅度降低其方阻，提高其导电性能；
[0019](3)本专利技术所述的掺杂碳纳米管薄膜具有良好的透明导电性，且具有良好的稳定性。
附图说明
[0020]图1示出本专利技术实施例1制得掺杂碳纳米管薄膜的透射电子显微镜照片；
[0021]图2示出本专利技术实施例1制得掺杂前后碳纳米管薄膜的吸收光谱；
[0022]图3示出本专利技术实施例1中掺杂前后碳纳米管薄膜的拉曼光谱(激发波长为532nm)；
[0023]图4示出本专利技术实施例12制得掺杂碳纳米管薄膜放置12 天和24天的方阻测试结果。
具体实施方式
[0024]下面将对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0025]本专利技术的第一方面在于提供一种掺杂碳纳米管薄膜，该掺杂碳纳米管薄膜由碳纳米管薄膜和掺杂剂制得，所述掺杂剂为固体酸。
[0026]固体酸是指不会溶解于反应溶剂的酸，可以给出质子或能够接受孤对电子。经试验发现，采用固体酸对碳纳米管薄膜进行掺杂可有效降低碳纳米管薄膜的方阻，同时不影响其透光率，进一步试验发现，经过固体酸对碳纳米管薄膜的掺杂效果稳定性高，由于固体酸稳定性好，不易挥发，掺杂后的碳纳米管薄膜于室温下放置多天，其方阻基本不变。
[0027]所述固体酸选自多酸团簇、杂多酸团簇、氧化物固体酸和表面经磺酸化修饰的载体中的一种或几种。优选地，所述固体酸选自多酸团簇、杂多酸团簇和表面经磺酸化修饰的载体中的一种或几种。
[0028]本专利技术人发现，采用多酸团簇、杂多酸团簇和表面经磺酸化修饰的载体对碳纳米管薄膜导电性能的改善优于氧化物固体酸对碳纳米管薄膜导电性能的改善。
[0029]本专利技术所述碳纳米管薄膜可商购也可自制。
[0030]所述多酸团簇与杂多酸团簇选自但不限于五钼酸 H8Mo5O
19
、六钼酸H2Mo6O
19
、七钼酸H6Mo7O
24
、八钼酸H4Mo8O
26
、十六钼酸H
12
Mo
16
O
52
、三十六钼酸H8Mo
36
O
112
(H2O)
16
、钨酸 H2WO4、偏钨酸H8W
12
O
40
、仲钨酸H
12
W
12
O
42
、六钨酸H2W6O
19
、十钨酸H4W
10
O
32
、十钒酸H6V
10
O
28
、十八钒酸H
12
V
18
O
42
、六铌酸H8Nb6O
19
、六钽酸H8Nb6O
19
、磷钼酸H3PMo
12
O
40
、磷钼酸 H5PMo5O
23
、磷钼酸H6P2Mo
18
O
62
、硅钼酸H4SiMo
12
O
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂的碳纳米管薄膜，其特征在于，该掺杂的碳纳米管薄膜由碳纳米管薄膜和掺杂剂制得，所述掺杂剂为固体酸。2.根据权利要求1所述的掺杂的碳纳米管薄膜，其特征在于，所述固体酸选自多酸团簇、杂多酸团簇、氧化物固体酸和表面经磺酸化修饰的载体或基底中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的掺杂的碳纳米管薄膜，其特征在于，所述多酸团簇与杂多酸团簇选自五钼酸H8Mo5O
19
、六钼酸H2Mo6O
19
、七钼酸H6Mo7O
24
、八钼酸H4Mo8O
26
、十六钼酸H
12
Mo
16
O
52
、三十六钼酸H8Mo
36
O
112
(H2O)
16
、钨酸H2WO4、偏钨酸H8W
12
O
40
、仲钨酸H
12
W
12
O
42
、六钨酸H2W6O
19
、十钨酸H4W
10
O
32
、十钒酸H6V
10
O
28
、十八钒酸H
12
V
18
O
42
、六铌酸H8Nb6O
19
、六钽酸H8Nb6O
19
、磷钼酸H3PMo
12
O
40
、磷钼酸H5PMo5O
23
、磷钼酸H6P2Mo
18
O
62
、硅钼酸H4SiMo
12
O
40
、铁钼酸H6FeMo6O
24
、钴钼酸H9CoMo6O
24
、锰钼酸H6MnMo9O
32
、铈钼酸H8CeMo
12
O
42
、磷钨酸H3PW
12
O
40
、磷钨酸H7PW
11
O
39
、磷钨酸H7PW
10
O
36
、磷钨酸H6P2W
18
O
62
、砷钨酸H3AsW
12
O
40
、砷钨酸H6As2W
18
O
62
、硅钨酸H4SiW
12
O
40
、硅钨酸H8Si2W
18
O
62
、锗钨酸H4GeW
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦，张则尧，闫文卿，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：