一种分散碳纳米管用的分散剂及制备碳纳米管薄膜的方法技术

本发明专利技术提供一种用可降解生物分子分散碳纳米管，进而高生产效率制造低薄层电阻或低薄层电阻且高透过率的碳纳米管薄膜的制造方法。其特征在于所选用的生物分子为双亲分子，既具有长的碳链骨架等亲油结构又具有ＳＯ３－，ＰＯ４－，ＣＯＯ－，－ＯＨ等亲水基团，因此对碳纳米管具有很强的分散能力。用这些生物分子分散的碳纳米管悬浮液浓度高，管束尺寸小，稳定性好，且所需分散剂的量远远低于传统分散剂ＳＤＳ，ＳＤＢＳ等，这大大降低了由分散剂引入的接触电阻，因而制备的碳纳米管薄膜具有优异的导电性。这些生物分子在可见光区基本无吸收，因此对薄膜透过率的影响很小。此外，这些生物分子具有可降解性，易于从薄膜中除去，这为薄膜导电性能的进一步提高提供了一条有效途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更确切地说本专利技术提供一种分散碳纳米管而使用的可降解生物分子分散剂，以及制备透明导电薄膜的方法。本专利技术在碳纳米管的分散、碳纳米管薄膜及其电子装置方面有着广泛的应用。
技术介绍
近年来，碳纳米管透明导电薄膜引起了广泛的关注。由于其具有柔性、易操作、导电性好、颜色自然等优点，而被广泛的应用在触摸屏、液晶显示器、有机发光二极管等电子器件中。用于制备碳纳米管透明导电薄膜的方法包括旋涂法(Meitl， M.A. ;Zhou， Y. X.;Gaur， A. ， et al. Nano Lett. 2004，4，1643—1647.)、浸渍法(Spotnitz， M. E. ;Ryan， D.;Stone， H. A. J. Mater. Chem. 2004，14，1299-1302.)、 LB法(Langmuir-Blodgett法)(Li，X. L. ;Zhang， L. ;Wang， X. R. ， et al. J. Am. Chem. Soc. 2007， 129,4890-4891.)、真空过滤法(Wu，Z.C. ;Chen，Z.H. ;Du，X. ;Logan， J. M. ， et al. Science 2004， 305， 1273-1276.)以及喷涂法(Geng，H.Z. ;Kim， K. K. ;So，K.P.，et al. J. Am. Chem. Soc. 2007， 129， 7758—7759.)。其中，真空过滤法和喷涂法由于其操作简单、膜厚度易控制等优点得到了广泛的应用。 由于大的比表面积和碳管之间强的范德华力，市售碳纳米管均以大管束的聚集态存在。因此，在膜制备之前一个至关重要的步骤便是得到管束尺寸小、均匀、稳定的碳纳米管悬浮液。目前，分散碳纳米管的方法包括共价改性法和非共价修饰法。共价改性法会引入一些缺陷，改变碳管的电子结构，从而导致碳管的导电性下降。相比之下，非共价包裹是一种高效、无损的碳纳米管分散方法。常用的分散剂为表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等。然而这些分散剂大多为绝缘体，且用量大，容易残留在薄膜中引起管间接触电阻的增大。因此，具有导电性、用量少、易去除等特点的分散剂亟待开发。导电聚合物如聚3，4-已撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(Wang， W. ;Fernando， K. A. S.;Lin，Y，et al. J. Am. Chem. Soc. 2008， 130， 1415-1419.)、聚苯胺硼酸(Ma， Y. F. ;Cheung，W.;Wei，D.G，et al. Acs Nano 2008， 2， 1197-1204.)、聚3_烷氧基噻吩(Hellstrom， S. L. ;Lee，H.W. ;Bao， Z.N.AcsNano 2009， 3， 1423-1430.)等已被用于修饰碳纳米管以降低碳管之间的接触电阻，提高薄膜的性能。然而这些导电聚合物均为有色物质，在可见光区域有较大吸收，因而会降低薄膜的透过率。因此寻求分散能力强且易于除去的分散剂对于制备高透过率、高导电性的碳纳米管薄膜具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题是提供一种利用分散效能高、在可见区域吸收小且易于除去的分散剂以分散碳纳米管，进而制备出低电阻，高透过率的碳纳米管薄膜的方法，以及提供这种低电阻，高透过率的碳纳米管薄膜。 为了解决上述问题，首先本专利技术提供一种碳纳米管的分散剂以及碳纳米管薄膜制造方法，通过使用特定的生物分子作分散剂，溶解于溶剂中分散碳纳米管，并使用所述的分散有碳纳米管的溶液制备薄膜。 本专利技术所制备的一种碳纳米管薄膜，是通过使用特定的生物分子做分散剂，溶解于溶剂中分散碳纳米管，并使用所述的分散有碳纳米管的溶液制得的。 本专利技术是通过下列方式实施的首先将可降解两亲型生物分子肝素、RNA、 DNA或透明质酸等溶于溶剂中，加入碳纳米管，经超声分散得到稳定的悬浮液，然后将该悬浮液高速离心以除去其中尺寸较大的管束后，使用真空过滤法制备透明导电薄膜。具体步骤如下 (1)将可降解生物分子肝素、RNA、 DNA或透明质酸等加入到去离子水中搅拌溶解，可降解生物分子溶解浓度为0. 02-lmg/mL ; (2)向上述溶液中加入碳纳米管，超声分散，得到黑色悬浮液；使可降解生物分子与碳纳米管的质量比为i : i-i : io; (3)将上述悬浮液离心去除尺寸较大的管束，取上清液稀释后，通过真空过滤法在过滤膜上形成碳纳米管薄膜。然后，转移到基底上，再去除过滤膜，将碳纳米管薄膜转移到PET等透明基底上并干燥。 (4)将上述碳纳米管导电薄膜浸泡于酸或者酶溶液中处理，然后洗涤，干燥，从而除去分散剂，提高薄膜的导电性。 本专利技术的特征在于 (a)所述的分散剂为两亲型生物分子，既具有亲油性的长碳链骨架又具有亲水性的S(V， P04—， COO—或-OH基团，对碳管具有较强的分散能力；可将严重团聚、缠绕的碳纳米管有效地分散均匀尺寸大小的管束，甚至分散为单根碳纳米管； (b)所述的生物分子在可见光区域吸收较小或者基本无吸收，因此对薄膜的透过率影响较小； (c)所用生物分子可通过某一种或者某几种方式降解，易于从碳纳米管薄膜中除去，利于碳纳米管薄膜性能的进一步提高； (d)有效分散碳纳米管所需的上述可降解生物分子的量大大低于传统分散剂SDS、SDBS的量，仅为其用量的1/100 1/10，因此薄膜中残留的分散剂较少，即使不经过任何后处理仍具有较高的导电性； (e)所使用的碳纳米管为单壁碳纳米管，或为多壁碳纳米管薄膜。构成碳纳米管薄膜的碳纳米管的直径和长度没有特别的限制。碳纳米管原则上可通过任何的方法合成，具体地，例如可以通过激光烧蚀法、电弧放电法、化学气相沉积(CVD)法等合成；生成的碳纳米管薄膜为单臂碳纳米管薄膜或多层碳纳米管薄膜； (f)所述的碳纳米管薄膜为透明导电薄膜，其透明基底可为玻璃、石英等基底，也可为聚对苯二甲酸乙二醇酯等柔性基底； (g)所述的离心去除尺寸的管束次数为1-3次，处理后上清液中碳纳米管管束小于5-7nm，上清液稀释为10-30倍。 总之，本专利技术制备的碳纳米管薄膜具有优异的导电性。这些生物分子在可见光区基本无吸收，因此对薄膜透过率的影响很小。此外，这些生物分子具有可降解性，易于从薄膜中除去，这为薄膜导电性能的进一步提高提供了一条有效途径。附图说明 图1为实施例1用肝素作分散剂制备的单壁或多壁碳纳米管悬浮液的透射电镜照片，其中肝素和碳纳米管的重量比为i : i。图2为用肝素作分散剂的单壁或多壁碳纳米管薄膜的电阻随透过率变化曲线。 图3为实施例2用RNA作分散剂的单壁碳纳米管悬浮液的透射电镜照片，RNA与P3碳纳米管的重量比为1 : 2。 图4为用RNA作分散剂的单壁碳纳米管悬浮液的透射电镜照片，RNA与单壁碳纳米管的重量比为1 : 4。 图5为用RNA作分散剂的单壁碳纳米管透明导电薄膜的电阻随透过率变化曲线。 图6为用DNA作分散剂的多壁碳纳米管悬浮液的透射电镜照片，DNA与多壁碳纳米管的重量比为l : 1。 图7为用DNA作分散剂制备的碳纳米管透明导电薄膜的电阻随透过率变化曲线以及酸处理后薄膜的电阻随透过率变化曲线。 图8为酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管的分散剂，其特征在于所述的分散剂为可降解的两亲型生物分子，既具有亲油性的长碳链骨架又具有亲水性的ＳＯ↓［３］↑［－］，ＰＯ↓［４］↑［－］，ＣＯＯ↑［－］或－ＯＨ基团。

【技术特征摘要】
一种碳纳米管的分散剂，其特征在于所述的分散剂为可降解的两亲型生物分子，既具有亲油性的长碳链骨架又具有亲水性的SO3-，PO4-，COO-或-OH基团。2. 按权利要求1所述的分散剂，其特征在于所述的分散剂为肝素、DNA、 RNA或透明质酸。3. 按权利要求2所述的分散剂，其特征在于所述的分散剂为肝素、DNA或RNA。4. 按权利要求1所述的分散剂，其特征在于分散剂与碳纳米管的质量比为i : i_i : io。5. 使用权利要求1-4中任一项所述的分散剂制备碳纳米薄膜的方法，其特征在于首先将可降解的两亲型生物分子溶于去离子水中，然后加入碳纳米管，经超声分散得到稳定的悬浮液，将该悬浮液高速离心以除去其中尺寸较大的管束后，使用真空过滤法制备透明导电薄膜。6. 按权利要求5所述的碳纳米薄膜的制备方法，其特征在于(a) 将可降解生物分子肝素、RNA、DNA或透明质酸加入到去离子水中搅拌溶解，可降解生物分子溶解浓度为0. 02-lmg/mL ;(b) 向步骤a制备的溶液中加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：高濂，王冉冉，孙静，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]