CN104575687B - 一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜及其制备方法。具体包括在水溶液中，采用一定比例的十二烷基苯磺酸钠和曲拉通双元分散剂配制一定粘度的碳纳米管油墨，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜置于涂布板上，用滴管吸取适量的涂布液置于PET上，然后用涂布棒刮涂一遍，室温下干燥，可以制得均匀的碳纳米管透明导电薄膜，并使用ScotchTM胶带法进行附着力检测，该碳纳米管薄膜的附着力很差。在此油墨中加入一种粘结剂聚丙烯酸，然后再用涂布棒从上往下刮涂一遍，最后在室温下干燥，可以制得强附着力的碳纳米管透明导电薄膜。此外，本发明操作过程简单，易于实施，可实现大面积制备，效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜及其制备方法，属于纳米材料、显示材料、光电子器件、通讯技术等领域。
背景技术
PET作为一种碳纳米管柔性透明导电薄膜优选的柔性基底，具有透光率高，耐形变，柔性好等优点，因而在电子发光器件中得到广泛应用。
碳纳米管具有良好的导电性能和柔韧性，由其制备的碳纳米管柔性透明导电薄膜在电子发光器件，太阳能电池，液晶显示器，触摸屏等领域具有广泛应用。采用棒涂法以PET为基底制备碳纳米管柔性透明导电薄膜，简便快捷，膜表面均匀，柔软耐形变，可实现大面积生产。
棒涂法制备碳纳米管透明导电薄膜，关键是制备粘度适中的碳纳米管油墨。然而，传统的碳纳米管油墨是由不同类型的表面活性剂分散而成，油墨具有一定的粘度，虽然可以刮成均匀的膜，但是薄膜的附着力非常低，在薄膜后处理及转移的过程中，触碰就会破坏碳纳米管薄膜的形貌，不利于大面积生产制备。同时，由于技术的限制，碳纳米管在PET基底上的附着力很难直接测试。因此，本发明通过改变传统的碳纳米管油墨的配制方法，在碳纳米管油墨配制的过程中加入粘结剂PAA。最后，本发明通过对碳纳米管柔性透明导电薄膜使用ScotchTM胶带法和附着力因子可以定量地表征碳纳米管薄膜在PET基底上的附着力大小。
发明内容
本发明的目的是针对碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力差，提供了一种简单易实施的改变碳纳米管油墨配方，添加粘结剂提高附着力的方法。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜及其制备方法。其特征在于：按质量百分比，其配制用碳纳米管油墨由以下组分组成：
①以质量比0.05％～0.5％的比例称取碳纳米管粉末，0.5％～5％的SDBS，溶于20～50ml去离子水中，在水浴超声里40～80W功率下超声1～2h，然后再在探头超声仪中100～120W功率下超声0.5～1h。
②将①步骤制备的碳纳米管分散液在5000～8000rpm转速下离心分离0.5～1h。取上层80％离心液于一小烧杯中用保鲜膜覆盖静置待用。
③将②制备的碳纳米管溶液在40～60℃水浴中低速搅拌，加入0.75％～10％的TX100，搅拌2～5min后，再加入0.5％～5％PAA，继续搅拌5～10min，得到碳纳米管油墨。
④碳纳米管柔性透明导电薄膜的快速制备方法：由绕线棒将碳纳米管油墨均匀涂覆在柔性薄膜基底上，在40～100℃条件下干燥，得到碳纳米管柔性透明导电薄膜；
⑤碳纳米管柔性透明导电薄膜的后处理过程如下：
a.将干燥后的碳纳米管柔性透明导电薄膜置于去离子水中浸泡20～80min，取出放入烘箱中40～100℃下干燥20～60min；
b.将a中碳纳米管柔性透明导电薄膜放入摩尔浓度为6～14M的浓硝酸中浸泡30～120min，取出放入水中洗至中性，放入烘箱中40～100℃下干燥20～60min，得到性能良好的碳纳米管薄膜；
一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜及其制备方法，其特征在于：ScotchTM胶带法的具体步骤为：
①测试原始SWCNTs薄膜在可见光波长550nm处的透光率T0。
②用ScotchTM胶带均匀的粘在原始SWCNTs薄膜表面，将胶带轻轻揭掉后，测试其可见光波长550nm处的透光率Tn。
③将T0和Tn代入公式计算附着力因子f。
④测量多组样品，并对样品拍照。
本发明通过由碳纳米管、十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100、聚丙烯酸和去离子水制备而成的高性能碳纳米管溶液，可以快速、高效地制备出大面积的强附着力碳纳米管透明导电薄膜。本发明制备强附着力碳纳米管透明导电薄膜对碳纳米管透明导电薄膜在半导体器件中的应用提供了必要条件，并且强附着力的碳纳米管透明导电薄膜对于商业大规模制备碳纳米管透明导电薄膜在后处理过程中可以保护碳纳米管透明导电薄膜不被破坏，本发明操作过程简单，易于实施，对环境无污染。
附图说明
上述过程示意图及结果表征如附图所示
图1为碳纳米管透明导电薄膜及碳纳米管油墨中的粘结剂增加碳纳米管透明导电薄膜附着力的示意图。
图2为添加PAA的碳纳米管油墨制备的碳纳米管透明导电薄膜附着力测试前后的实物照片，其中虚线方框内为胶带揭掉后实物照片。与揭掉胶带之前相比无明显变化，f＝0.92，附着力增强。
图3为传统的碳纳米管油墨制备的碳纳米管透明导电薄膜附着力测试前后的实物照片，其中虚线方框内为胶带揭掉后实物照片。碳纳米管脱落，f＝0.47，附着力较差。
图4为CNT/SDBS/TX100薄膜和CNT/SDBS/TX100/PAA薄膜酸处理后面电阻和透光率的变化曲线。
具体实施方式
一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的碳纳米管溶液的方法，依照如下步骤完成：
制备碳纳米管溶液的具体步骤如下：
①取质量分数0.1％的碳纳米管与质量分数1％的十二烷基苯磺酸钠加入20ml去离子水混合，首先在水浴超声在60W超声1h，在100W的探头超声仪下超声30min。在6000rpm的转速下离心分离20min。所述碳纳米管为单壁碳纳米管，其平均直径为1.2nm，平均长度为20μm。
②取①中上层悬浮液，在60℃的水浴中加入质量分数1％的TX100溶液加热搅拌2min，随后加入质量分数1％的PAA继续加热搅拌8min得到所需的可以涂布的碳纳米管溶液。该碳纳米管溶液的表面张力为30mN/m、粘度为0.6Pa.s。
③若②中的溶液出现粘稠状，可在探头超声仪中60W超声8s。
碳纳米管柔性透明导电薄膜的快速制备方法：
由绕线直径为0.75mm绕线棒以的涂布速度是10cm/s将碳纳米管溶液均匀涂覆在PET柔性基底上，在25℃条件下干燥。
ScotchTM胶带法的具体步骤为：
①测试原始碳纳米管薄膜在可见光波长550nm处的透光率T0。
②用ScotchTM胶带均匀的粘在原始碳纳米管薄膜表面，将胶带轻轻揭掉后，测试其在可见光波长550nm处的透光率Tn。
③将T0和Tn代入公式计算附着力因子f。
碳纳米管柔性透明导电薄膜的后处理过程如下：
①将干燥后薄膜置于去离子水中浸泡40min，取出放入烘箱中80℃下干燥20min。
②将①中薄膜放入摩尔浓度为12M的浓硝酸中浸泡40min，取出放入水中洗至中性，放入烘箱中80℃下干燥20min，得到性能良好的碳纳米管薄膜。
性能测试分析：
使用紫外可见分光光度计对碳纳米管透明导电薄膜的透光率进行测试分析，可定量的表征碳纳米管薄膜在PET基底上的附着力；四探针法对碳纳米管透明导电薄膜的面电阻进行测试，可得到不同厚度的碳纳米管薄膜面电阻随透光率的关系曲线。
Claims (7)
1.一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：
上述组分总量为100％。
2.一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其导电薄膜制备过程，特征在于：包括以下步骤：
①以质量比0.05％～0.5％的比例称取SWCNTs粉末，0.5％～5％的SDBS，溶于20～50ml去离子水中，在水浴超声里40～80W功率下超声1～2h，然后再在探头超声仪中100～120W功率下超声0.5～1h；
②将①步骤制备的碳纳米管分散液在5000～8000rpm转速下离心分离0.5～1h；取上层80％离心液于一小烧杯中用保鲜膜覆盖静置待用；
③将②制备的碳纳米管溶液在40～60℃水浴中低速搅拌，加入0.75％～10％的TX100，搅拌2～5min后，再加入1％～5％PAA，继续搅拌5～10min，得到碳纳米管均匀分散的碳纳米管油墨；
④碳纳米管柔性透明导电薄膜的快速制备方法：由绕线棒将碳纳米管油墨均匀涂覆在柔性PET基底上，在40～100℃条件下干燥，得到碳纳米管柔性透明导电薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：上述碳纳米管油墨的表面张力为1～70mN/m、粘度为0.01～10Pa.s。
4.根据权利要求2所述的一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在碳纳米管油墨配制过程中，加入TX100搅拌2～5min后再慢慢加入粘结剂PAA，对碳纳米管油墨粘度几无影响，易于成膜，碳纳米管薄膜与基底之间的附着力增强。
5.根据权利要求2所述的一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：碳纳米管薄膜成膜后，只需在空气中干燥1～2min，碳纳米管薄膜附着力就会增强。
6.根据权利要求2所述的一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：上述绕线棒的涂布速度是1～20cm/s、绕线直径为0.05mm～1.0mm。
7.根据权利要求2所述的一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：测试碳纳米管柔性透明导电薄膜透光率在55％～98％，比较两种薄膜附着力时，薄膜透光率差别保持在1％～5％。
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