CN101314470B - 导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含其的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含其的电极。本发明提供了一种掺杂碳纳米管的方法、利用该方法制备的p-掺杂的碳纳米管、包含所述碳纳米管的电极、显示装置或太阳能电池。具体来讲，提供了一种通过利用氧化剂对碳纳米管改性来掺杂具有提高的导电性的碳纳米管的方法、利用该方法制备的被掺杂的碳纳米管、包含所述碳纳米管的电极、显示装置或太阳能电池。

Description

导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含其的电极
技术领域
本公开涉及一种导电性提高的碳纳米管、其制备工艺及包含该碳纳米管的电极。本公开还涉及一种生产具有提高的导电性的碳纳米管的方法以及制造包含该碳纳米管的电极的方法。
背景技术
通常，透射光以形成图像或产生电力的装置(如显示装置和太阳能电池)使用透明电极。氧化铟锡(ITO)是公知的透明电极并且有宽范围的应用。然而，制造ITO的成本增加使其在很多应用中不经济。具体来讲，当弯曲由ITO形成的透明电极时，所述透明电极开始经受破裂，从而导致其电阻的增大。因此，使用ITO电极会导致柔性装置的质量劣化，因此需要开发光学透明且可用于柔性装置中的新型电极。包含碳纳米管(CNT)的透明电极可以在宽范围的装置(例如，液晶显示(LCD)装置、有机发光显示装置(OLED)、电子纸类显示器或太阳能电池)中应用。
包含碳纳米管的透明电极必须具有导电性、透明性和柔性。通常，包含碳纳米管的透明电极通过下面的步骤制备：将碳纳米管粉末分散在溶液中以制备碳纳米管墨，然后将碳纳米管墨涂覆在基底上。所述制备的包含碳纳米管的透明电极具有由碳纳米管形成的网状结构。因此，电子在碳纳米管自身中和碳纳米管之间流动以实现电极的功能。因此，包含碳纳米管的电极的导电性由电子在碳纳米管自身中和碳纳米管之间的可流动性确定。
根据最近研究的成果，在具有碳纳米管的晶格结构的电极中，当碳纳米管的数量大得足以使碳纳米管能够彼此接触时，即，当碳纳米管的数量等于或大于临界数量时，碳纳米管网状膜不受碳纳米管自身的电阻影响，而主要受碳纳米管之间的接触电阻影响(Nanoletter 2003，3，549)。因此，降低碳纳米管之间的接触电阻是提高包含碳纳米管的透明电极的导电性的关键。根据其他最近研究的成果，已发现接触导电性由于半导体性和金属性碳纳米管的混合物的性质而变化(Science，288，494)。随机网状SWCNT(单壁碳纳米管)的薄层电阻由SWCNT网本身和管-管接触的电阻的总和来确定。管-管接触由金属-金属结和半导体-半导体结以及金属-半导体结组成，金属-金属结和半导体-半导体结提供欧姆行为，金属-半导体结形成肖特基势垒。当电子从半导体性碳纳米管向金属性碳纳米管流动时，产生肖特基势垒，导致相对低的接触导电性。因此，需要提高sCNT-sCNT或sCNT-mCNT的接触导电性，或者降低接触量。
发明内容
这里公开了一种掺杂碳纳米管以具有提高的导电性的方法。这里还公开了一种通过掺杂碳纳米管的方法制备的碳纳米管。
这里还公开了一种包含被掺杂的碳纳米管的膜。这里还公开了一种包含具有提高的导电性的碳纳米管的电极。
这里还公开了一种包含电极的显示装置，该电极包含具有提高的导电性的碳纳米管。
这里还公开了一种包含电极的太阳能电池，该电极包含具有提高的导电性的碳纳米管。
这里还公开了一种包含具有提高的导电性的碳纳米管的薄膜晶体管。
这里还公开了一种掺杂碳纳米管的方法，该方法包括以下步骤：制备包含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液；利用所述氧化剂溶液掺杂碳纳米管。
所述掺杂碳纳米管的步骤可以包括将碳纳米管粉末与氧化剂溶液混合并搅拌该混合物。
所述有机溶剂可以能够分散碳纳米管。
所述有机溶剂从由二甲基甲酰胺(DMF)、1，2-二氯乙烷(DCE)、1，2-二氯苯(ODCB)、硝基甲烷、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜、硝基苯、亚硝酸丁酯及包含至少一种上述溶剂的组合组成的组中选择。
所述氧化剂溶液还可以包含分散剂。
所述掺杂碳纳米管的步骤可以包括利用氧化剂溶液浸渍或涂覆由碳纳米管形成的膜。
所述有机溶剂可以具有氧化性。
所述氧化剂可以具有至少为2的氧化值。
所述氧化剂从由卤素的氧化物、硫的氧化物、金属卤化物、氮的氧化物、金属的含氧酸类化合物、苯醌类化合物、O3和H2O2及包含至少一种上述氧化剂的组合组成的组中选择。
这里公开了一种包含被掺杂的碳纳米管的膜，所述膜具有小于103Ω/sq的导电率和至少75％的透射率。
这里公开了一种通过利用包含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液掺杂碳纳米管而制备的被掺杂的碳纳米管。这里还公开了一种包含通过利用包含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液掺杂碳纳米管的方法制备的被掺杂的碳纳米管的电极。这里还公开了包含所述电极的显示装置。
所述显示装置可以从由有机发光显示装置(OLED)、液晶显示(LCD)装置和电子纸装置组成的组中选择。
这里还公开了包含所述电极的太阳能电池。
这里还公开了包含所述具有提高的导电性的被掺杂的碳纳米管的薄膜晶体管。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，上述和其他特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1示意性地示出了利用氧化剂掺杂碳纳米管粉末的工艺；
图2示意性地示出了通过用氧化剂处理碳纳米管来形成被掺杂的碳纳米管膜的工艺；
图3示意性地示出了太阳能电池的示例性结构。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述被掺杂的碳纳米管和用其制造的显示装置，在附图中示出了示例性实施例。
碳纳米管是中空的碳物质，其中具有六边形晶格的碳的石墨片被卷成圆筒形。具有只包含一个石墨片的结构的碳纳米管被称为单壁碳纳米管，而具有多个片(通常为约2至5片)的碳纳米管被称为薄型多壁碳纳米管。此外，具有比薄型多壁碳纳米管有更多片的多层结构的碳纳米管被称为多壁碳纳米管。
为了提高碳纳米管粉末中或具有碳纳米管网的碳纳米管膜中的接触导电性，利用氧化剂对碳纳米管进行p-掺杂。
掺杂碳纳米管的方法包括以下步骤：制备包含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液；利用所述氧化剂溶液掺杂碳纳米管。
通过将氧化剂在有机溶剂中溶解至预定浓度来制备氧化剂溶液。由于水作为溶剂对碳纳米管的掺杂的效果很小，所以优选地，将氧化剂溶解在有机溶剂中。任何能够溶解氧化剂或分散碳纳米管的有机溶剂都可以不受限制地使用，优选地，可以使用极性有机溶剂。有机溶剂的示例可以是二甲基甲酰胺(DMF)、1，2-二氯乙烷(DCE)、1，2-二氯苯(ODCB)、硝基甲烷、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜、硝基苯、亚硝酸丁酯等，或包含至少一种上述有机溶剂的组合。
可以使用具有氧化性的有机溶剂以提高氧化剂的氧化性。具有氧化性的有机溶剂的示例可以是硝基甲烷、二甲基亚砜、硝基苯、亚硝酸丁酯等，或包含至少一种上述有机溶剂的组合。
可以使用任何具有氧化性的氧化剂来氧化碳纳米管，然而，可以使用具有至少为2的氧化值的氧化剂来提高导电性。
氧化剂可以是从由以下物质组成的组中选择的至少一种化合物：卤素含氧酸类化合物、硫的含氧酸类化合物、金属卤化物、氮的含氧酸类化合物、d区金属氧化物、苯醌类化合物、O3和H2O2等，或包含至少一种上述氧化剂的组合。卤素含氧酸类化合物可以是碘氧化剂或氯化物氧化剂，具体来讲，是碘酰苯(iodoxybenzene)、2-碘酰基苯甲酸、戴斯-马丁氧化剂(Dess-Martinperiodinane)、次氯酸钠、亚氯酸钠、氯酸钠、高氯酸钠、氯酸银、高氯酸银等，或包含至少一种上述卤素含氧酸类化合物的组合。硫的含氧酸类化合物可以是DMSO、H2SO4、KHSO5、KHSO4、K2SO4、FSO3H、CF3SO3H、NH(CF3SO3H)、AgN(CF3SO3H)、(NH4)2Ce(SO4)3等，或包含至少一种上述硫的含氧酸类化合物的组合。金属卤化物可以是包含银离子、金离子或铈离子的金属盐。金属卤化物的示例是FeCl3、MoCl5、WCl5、SnCl4、MoF5、RuF5、TaBr5、SnI4、HAuCl4、AuCl3、NaClO2、NaClO3等，或包含至少一种上述金属卤化物的组合。氮的含氧酸类化合物可以是硝酸、二氧化氮或氧化氮，具体来讲，可以是AgNO3、NO2F、NO2Cl、N2O5、NO2BF4、(NH4)2Ce(NO3)6、CH3NO2、C6H5NO2、CH3ONO、NO(SbCl6)、NOBF4、NOClO4、NOSO4H、C6H5NO、NOCl、NOF、NOBr等，或包含至少一种上述氮的含氧酸类化合物的组合。d区金属氧化物可以是KMnO4、BaMnO4、OsO4等，或包含至少一种上述d区金属氧化物的组合。苯醌类化合物可以是苯醌、四氯苯醌、二氯二氰基苯醌、四氰基醌二甲烷等或包含至少一种上述苯醌类化合物的组合。
如图1所示，用氧化剂溶液掺杂碳纳米管。例如，如图1所示，碳纳米管粉末被浸入在氧化剂溶液中预定的时间段。可以将掺杂执行预定的时间段以充分地氧化碳纳米管，优选地，约4小时至约12小时。当执行掺杂少于4小时时，由于没有充分地执行掺杂，所以导电性没有充分地提高。另一方面，当执行掺杂超过12小时时，导电性不再增加。
当碳纳米管粉末被浸入氧化剂溶液中时，可以同时执行搅拌工艺以扩大碳纳米管和氧化剂之间的接触。可以通过机械搅拌或超声波处理(超声破碎)执行搅拌工艺。在搅拌的同时，可以向氧化剂溶液中添加能够有效地分散碳纳米管的分散剂。分散剂还能够防止碳纳米管的再附聚。
在将碳纳米管粉末浸入氧化剂溶液中必需的时间段以实现掺杂后，可以将基底(包括透明膜)浸入包含碳纳米管的氧化溶液中。可以将掺杂执行10秒至5小时。当执行掺杂少于10秒时，由于没有充分地执行掺杂，所以导电性没有充分地提高。另一方面，当执行掺杂超过5小时时，掺杂工艺在时间上没有效率。
在基底上形成包含被掺杂的碳纳米管的光学透明涂层。这在图2中示出。可选地，可以通过喷涂、静电涂布、刷涂等将被掺杂的碳纳米管涂覆在基底的表面上。干燥后，从基底上移除碳纳米管的膜。所述膜可以被用于将在下面详细描述的透明电极中。
单壁碳纳米管、薄型多壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物可以不受限制地被用作碳纳米管材料。具体来讲，碳纳米管束的平均长度可以为大约0.5微米至大约500微米的量。市场上可以买到的长碳纳米管可以被机械地处理(例如，在低温下利用球磨处理使其具有如上所述的长度范围)后使用。
在一个实施例中，具有提高的导电性的被掺杂的碳纳米管可以用来形成电极。该电极通常是膜的形式。在本实施例中，首先将碳纳米管粉末掺杂，然后在基底上将其形成膜。
可选地，可以用碳纳米管形成膜，然后掺杂在基底上的膜中的碳纳米管。此外，还可以掺杂碳纳米管粉末，并利用被掺杂的碳纳米管形成膜，然后另外地掺杂在基底上的所述膜。
包含被掺杂的碳纳米管的导电膜具有小于103Ω/sq的提高的表面导电率，优选地，在500Ω/sq至1Ω/sq的范围内。具有这样的提高的导电性，仅利用少量的碳纳米管就可以获得期望的导电性，从而可以提高透明度。因此，在具有如上所述的导电性的同时，所述膜在550nm可以具有大于大约75％的透射率，优选地，在75％至99％的范围内，更优选地，在75％至90％的范围内。
包含被掺杂的碳纳米管的电极具有柔性和提高的导电性，使得所述电极可以被用于各种显示装置(例如液晶显示器(LCD)、有机发光显示装置(OLED))和太阳能电池中。具有柔性电极的显示装置可以被容易地弯曲，使得它们可以更方便地在更宽范围的应用中使用。具有柔性电极的太阳能电池可以根据光的方向具有各种弯曲的结构，使得可以有效地利用光并提高光效率。
当在各种装置中应用包含被掺杂的碳纳米管的透明电极时，可以鉴于透明度来适当调节透明电极的厚度。例如，可以将透明电极形成为具有5nm至500nm的范围的厚度。当透明电极的厚度大于500nm时，透明度会降低从而光效率会降低。另一方面，当透明电极的厚度小于5nm时，薄层电阻会增大太多，或者膜会变得不均匀。
现在将详细描述一种制备包含被掺杂的碳纳米管的电极的方法。
首先，将碳纳米管粉末分散在溶剂中以形成碳纳米管墨，将碳纳米管墨涂覆在基底上以获得碳纳米管膜，然后用氧化剂溶液掺杂所述膜以制备包含被掺杂的碳纳米管的电极。基底可以是光学透明的。
光学透明的基底的示例是玻璃基底或聚合物基底。玻璃基底的示例是二氧化硅、氧化铝、二氧化钛等，或包含上述玻璃基底中的至少一种的组合。聚合物基底的示例是聚碳酸酯、聚酯、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等，或包含上述聚合物基底中的至少一种的组合。
可选地，用氧化剂溶液掺杂碳纳米管粉末，并将碳纳米管粉末分散在溶剂中以制备碳纳米管墨，随后将所述墨涂覆在基底上以形成被掺杂的碳纳米管膜。
也可以掺杂碳纳米管粉末，并另外地掺杂利用被掺杂的碳纳米管制备的膜。当另外地掺杂所述膜时，用于掺杂膜的氧化剂与用于掺杂碳纳米管粉末的氧化剂可以相同也可以不同。
任何具有分散能力的有机溶剂可以不受限制地用作分散溶剂，分散溶剂可以是1，2-二氯乙烷(DCE)、1，2-二氯苯(ODCB)、硝基甲烷等。
包含被掺杂的碳纳米管的电极具有提高的导电性和优良的柔性，因此所述电极能够被有效地用于各种装置中。例如，所述电极可以被用作太阳能电池中的电极，或用作各种显示装置(例如LCD或OLED)中的电极。
在图3中示出了一种利用被掺杂的碳纳米管的太阳能电池，具体来讲，利用被掺杂的碳纳米管的染料敏化太阳能电池。所述太阳能电池包括半导体电极10、电解质层13和相对电极14。相对电极14设置在电解质层13的表面上，所述表面与接触半导体电极10的表面相对。半导体电极10包括导电透明基底11和光吸收层12。用碳纳米管氧化物12a的胶体溶液涂覆导电透明基底11并且在电炉中高温加热，随后使染料12b吸收到其中，从而生产太阳能电池。包含具有提高的导电性的被掺杂的碳纳米管的电极可以被用作导电透明基底11。
在如上所述的显示装置中，有机发光显示装置是有源型(active type)发光显示装置，在该有源型发光显示装置中，当电流被施加到包含在显示装置中的荧光的或含磷的有机化合物薄层时，电子与空穴在有机化合物薄层中复合，从而发光。传统的有机发光显示装置(未示出)包括顺序地在基底上形成的阳极、空穴传输层、发射层、电子传输层和阴极。为了容易地注入电子和空穴，有机发光显示装置还可以包括电子注入层和空穴注入层。由于对阳极来讲具有高导电性的透明材料是优选的，因此根据本发明实施例的包含被掺杂的碳纳米管的电极可以被用作阳极。
包含被掺杂的碳纳米管的电极也可以被用于其他显示装置中，例如LCD装置、电致变色显示(ECD)装置和电子纸装置。当这些种类的显示装置材料与柔性基底结合时，可以获得可弯曲的装置。这些显示装置通常包括具有高导电性的透明电极。因此，根据本发明的包含被掺杂的碳纳米管的电极可以被用于这些种类的显示装置中。
根据本发明的具有提高的导电性的被掺杂的碳纳米管也可以用于薄膜晶体管。这里，可以在电极或沟道中使用被掺杂的碳纳米管来提高透明度和导电性。
将参照下面的示例更详细地描述本发明。这些示例只是为了示出的目的，而不是意图限制本发明的范围。
示例1
将10mg NaClO2作为氧化剂溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴(sonic bath)中执行10小时的掺杂处理。
示例2
将10mg NaClO3溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例3
将10mg NaClO4溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例4
将10mg AgClO4溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例5
将10mg NaNO2溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例6
将10mg过硫酸氢钾制剂(2KHSO5·KHSO4·K2SO4)溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例7
将10mg 2，3-二氯-5，6-二氰基对苯醌(DDQ)溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例8
将10mg 2，3-二氯-5，6-二氰基对苯醌(DDQ)溶解在10ml硝基甲烷中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例9
将10mg AuCl3溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时掺杂处理。
示例10
将10mg AuCl3溶解在10ml硝基甲烷中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例11
将10mg四氟硼酸亚硝(NS)溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例12
将10mg NS溶解在10ml硝基甲烷中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例13
将10mg戴斯-马丁氧化剂溶解在10ml N-甲基吡咯烷酮中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
示例14
将10mg戴斯-马丁氧化剂溶解在10ml硝基甲烷中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
对比示例1
将1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)加入10ml N-甲基吡咯烷酮中，随后在声波浴中分散10小时。
对比示例2
将10mg NaNO2溶解在10ml蒸馏水中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
对比示例3
将10mg过硫酸氢钾制剂(2KHSO5·KHSO4·K2SO4)溶解在10ml蒸馏水中，在该溶液中加入1mg单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)，随后在声波浴中执行10小时的掺杂处理。
利用anodisc膜(47mm，0.1μm，Whatman)过滤根据示例1至示例14和对比示例1至对比示例3获得的被掺杂的碳纳米管以制备碳纳米管纸，并且将碳纳米管纸在通风橱(hood)中干燥过夜。
示例15
利用分散在N-甲基吡咯烷酮中的单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)溶液制备了在550nm处具有84.8％透射率的膜，并在该膜上分布硝基甲烷。5分钟后，利用旋涂来干燥并清洗该膜，然后在通风橱中干燥过夜。
示例16
利用分散在N-甲基吡咯烷酮中的单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)溶液制备了在550nm处具有85.3％透射率的膜，并在该膜上分布0.025M的NS的硝基甲烷溶液。5分钟后，利用旋涂来干燥并清洗该膜，然后在通风橱中干燥过夜。
示例17
利用分散在N-甲基吡咯烷酮中的单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)溶液制备了在550nm处具有85.7％透射率的膜，并在该膜上分布0.025M的AuCl3的硝基甲烷溶液。5分钟后，利用旋涂来干燥并清洗该膜，然后在通风橱中干燥过夜。
示例18
利用分散在N-甲基吡咯烷酮中的单壁碳纳米管(Iljin Co.，Ltd.，型号：ASP-100F)溶液制备了在550nm处具有85.2％透射率的膜，并在该膜上分布0.025M的硝酸的硝基甲烷溶液。5分钟后，利用旋涂来干燥并清洗该膜，然后在通风橱中干燥过夜。
示例19
将100mg NS化合物、10mg未处理的SWCNT(Iljin Co.，Ltd.)和20ml硝基甲烷(NM)混合并将混合物在声波浴中处理10小时。然后将所得混合物过滤并干燥。在20ml作为分散溶剂的1，2-二氯乙烷(DCE)中加入2mg干燥过的碳纳米管，并在声波浴中分散10小时。将所得混合物离心分离以制备在550nm处具有大约85％的透射率的膜，并将该膜在空气中干燥过夜。
示例20
除了利用1，2-二氯苯(ODCB)作为分散溶剂外，用与示例19的方式相同的方式制备具有大约85％的透射率的膜。
示例21
除了利用硝基甲烷作为分散溶剂外，用与示例19的方式相同的方式制备具有大约85％的透射率的膜。
对比示例4
在2mg未处理的SWCNT(Iljin Co.，Ltd.)中加入20ml DCE，并将混合物在声波浴中分散10小时。将所得混合物离心分离以制备在550nm处具有大约85％的透射率的膜。
对比示例5
除了利用ODCB作为分散溶剂外，用与对比示例4的方式相同的方式制备具有大约85％的透射率的膜。
对比示例6
除了利用硝基甲烷作为分散溶剂外，用与对比示例4的方式相同的方式制备具有大约85％的透射率的膜。
试验示例
利用四点探针薄层电阻仪(Chang Min Co.，CMT-系列)测量根据示例1至21和对比示例1至6制备的被掺杂的碳纳米管的薄层电阻，并在表1和表2中示出结果。
表1
  氧化剂   有机溶剂   薄层电阻(ohm/sq.)
  示例1   NaClO2   N-甲基吡咯烷酮   8.71
  示例2   NaClO3   N-甲基吡咯烷酮   5.17
  示例3   NaClO4   N-甲基吡咯烷酮   3.06
  示例4   AgClO4   N-甲基吡咯烷酮   7.67
  示例5   NaNO2   N-甲基吡咯烷酮   5.70
  示例6   过硫酸氢钾制剂   N-甲基吡咯烷酮   9.20
  示例7   DDQ   N-甲基吡咯烷酮   4.69
  示例8   DDQ   硝基甲烷   3.62
  示例9   AuCl3   N-甲基吡咯烷酮   3.66
  示例10   AuCl3   硝基甲烷   1.76
  示例11   NS   N-甲基吡咯烷酮   4.03
  示例12   NS   硝基甲烷   1.40
  示例13   戴斯-马丁氧化剂   N-甲基吡咯烷酮   6.96
  示例14   戴斯-马丁氧化剂   硝基甲烷   3.79
  对比示例1   -   N-甲基吡咯烷酮   10.5
  对比示例2   NaNO2   蒸馏水   49.56
  对比示例3   过硫酸氢钾制剂   蒸馏水   134.00
如表1所示，与根据对比示例1的未掺杂的碳纳米管的导电性相比，根据示例1至14的通过利用氧化剂进行p-掺杂而制备的碳纳米管的导电性被提高。
具体来讲，虽然使用了与在示例5和6中使用的氧化剂相同的氧化剂，但是与示例5和6相比，根据对比示例2和3的用蒸馏水作为溶剂而不用有机溶剂作为溶剂制备的碳纳米管的薄层电阻很高。因为碳纳米管的疏水性质，所以氧化剂处理的效果很小，因而得到了这些结果。
表2
Figure S2008101078027D00121
由于掺杂了在膜上的碳纳米管，所以在示例15至18中薄层电阻降低了50％以上。
表3
  氧化剂   有机溶剂   分散溶剂   薄层电阻(ohm/sq.)
  示例19   NS   硝基甲烷   DCE   347.37
  示例20   NS   硝基甲烷   ODCB   442.50
  示例21   NS   硝基甲烷   硝基甲烷   326.87
  对比示例4   -   -   DCE   6024.00
  对比示例5   -   -   ODCB   2683.00
  对比示例6   -   -   硝基甲烷   1462.57
如表3所示，与根据对比示例4至6的通过在有机溶剂中分散碳纳米管制备的碳纳米管膜的薄层电阻相比，根据示例19至21的通过在有机溶剂中分散被掺杂的碳纳米管制备的碳纳米管膜的薄层电阻更低。
本发明提供一种掺杂碳纳米管以提高其导电性的方法。包含被掺杂的碳纳米管的透明电极可以具有提高的导电性和优良的柔性，因此可以有效地应用于各种显示装置、薄膜晶体管、太阳能电池等中。
虽然已参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种改变，本发明的范围在权利要求中限定。

Claims (11)

1.一种掺杂碳纳米管的方法，所述方法包括以下步骤：
制备包含氧化剂和有机溶剂的氧化剂溶液；
利用所述氧化剂溶液掺杂碳纳米管，
其中，所述有机溶剂具有氧化性，
其中，具有氧化性的有机溶剂从由硝基甲烷、二甲基亚砜、硝基苯、亚硝酸丁酯以及包含至少一种上述溶剂的组合组成的组中选择。
2.如权利要求1所述的方法，其中，掺杂碳纳米管的步骤包括将碳纳米管粉末与氧化剂溶液混合并搅拌所述混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述有机溶剂促进碳纳米管的分散。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂溶液还包含分散剂。
5.如权利要求1所述的方法，其中，掺杂碳纳米管的步骤包括利用氧化剂溶液浸渍或涂覆由碳纳米管形成的膜。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂具有至少为2的氧化值。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂从由以下物质组成的组中选择：卤素的氧化物、硫的氧化物、金属卤化物、氮的氧化物、金属的含氧酸类化合物、苯醌类化合物、O3和H2O2。
8.一种被掺杂的碳纳米管，所述被掺杂的碳纳米管通过如权利要求1所述的掺杂碳纳米管的方法制备。
9.一种膜，所述膜包含被掺杂的碳纳米管，且所述膜具有小于103Ω/sq的导电率和至少75％的光学透射率，
其中，所述膜通过如权利要求1所述的掺杂碳纳米管的方法制备。
10.一种电极，所述电极包含通过如权利要求1所述的掺杂碳纳米管的方法制备的被掺杂的碳纳米管。
11.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包含通过如权利要求1所述的掺杂碳纳米管的方法制备的被掺杂的碳纳米管。
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