CN105788754A - 碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；第（2）步，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；第（3）步，将表面改性后的碳纳米管在有机溶剂中与对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；该切片制成铸片后经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；第（4）步，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液超声混合，在此过程中添加分散剂和高分子树脂，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料。第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法。
背景技术
透明导电薄膜(TCFs)已被广泛应用，例如：它们可被用于显示器、触板、太阳能电池等领域。所述薄膜一般包括透明的衬底，例如：PET等，在所述衬底上形成透明且导电的涂层或薄膜。目前作为主流的透明导电薄膜材料是氧化铟锡(ITO)薄膜，但是ITO薄膜存在着一些不足，主要体现在铟在地壳中含量稀少，生产工艺复杂，价格昂贵，成本高。基于此，在过去的几年中付诸很大的努力来开发代替基于ITO薄膜的低成本替换物。
碳纳米管（CNT），特别是单臂碳纳米管，具有很多优异而独特的光学、电学和机械学特性，少量的碳纳米管就可以形成一层随机的网络结构的 高透光性低面电阻 的薄膜—碳纳米管透明导电薄膜(CNT-TCFs)，由于其在导电、透光、强度和柔性方面都呈现良好的特性，在有机发光器件，显示器，触摸屏，薄膜晶体管，光伏器件等方面得到了广泛研究和应用。CNT-TCFs薄膜光学性质稳定，在400-800nm可见光范围内CNT薄膜透射光谱平稳，这些极大丰富了碳纳米管薄膜的应用范围，成为替代ITO薄膜制备光电显示器件的最有发展前景的材料之一。目前CNT溶液的成膜方法主要有真空抽滤、喷墨打印、旋涂、喷涂、浸涂以及直接生长法等。其中，利用直接涂布的方法制备碳纳米管透明导电薄膜，提高了当前碳纳米管透明导电薄膜的制备效率，充分利用碳纳米管原材料，减少了碳纳米管溶液的浪费，同时降低了成本，减少了对环境的污染，具有较广的应用范围。
现在的研究主要集中在通过在薄膜衬底上增加导电涂层或薄膜从而获得高透光性低面电阻的透明导电薄膜，期望的是提供一种性能更加优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。
本发明的另一目的是提供一种性能优异、低成本的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法。
基于上述目的，本发明提供一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体如下：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；
第（2）步，在有机溶剂中，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；
第（3）步，将表面改性后的碳纳米管加入到有机溶剂中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；将该聚酯PET切片干燥后经挤出机挤出制成铸片，经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合形成100重量份的混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂，而后再添加1-10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂，继续超声10-60分钟，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。
优选地，步骤（1）中的碳纳米管是单臂碳纳米管；
优选地，步骤（1）中碳纳米管的直径为0.5-15nm，更优选0.8-3nm；长度优选为2-50微米；
优选地，步骤（1）中的活化步骤为：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的强氧化性酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。优选地，所述强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸或其混合物。
优选地，步骤（2）中的表面改性步骤为：在有机溶剂中加入经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用有机溶剂洗涤，烘干至恒重。
优选地，步骤（2）中的有机溶剂可选自甲苯、苯、DMF、DMSO；更优选上述溶剂经过干燥处理。
优选地，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为含官能团的硅烷偶联剂，如：KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
优选地，步骤（2）中经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂的重量用量比为1:1-1.5。
优选地，步骤（3）中，所述有机溶剂为DMF或DMSO。
优选地，步骤（3）中，表面改性后碳纳米管的加入量为对苯二甲酸的5%-50wt%，优选10%-30wt%。
优选地，步骤（3）中，对苯二甲酸（分子量166）、乙二醇（分子量62）、催化剂和稳定剂的质量比为100：35-40：1-2：1-2。
优选地，步骤（3）中，所述缩聚的反应温度为250-280℃，压力为102-103pa。
优选地，步骤（3）中，聚酯切片制成铸片的具体步骤为：将聚酯切片在160℃～180℃下干燥2.5h～4h后，经挤出机在265℃～290℃温度下挤出，再经12℃～20℃冷鼓制成铸片；
优选地，步骤（3）中，所述的催化剂为三氧化二锑；
优选地，步骤（3）中，所述的稳定剂为磷酸三苯酯；
优选地，步骤（4）中，所述的碳纳米管水溶液浓度为1-2wt%。
优选地，步骤（4）中，所述的纳米金属水溶液浓度为1-2wt%。
优选地，步骤（4）中，所述的纳米金属为纳米金、纳米银、纳米铂、纳米镍中的一种或多种的混合物。
优选地，步骤（4）中，所述的ATO溶液/ITO水溶液浓度为1-35wt%，优选1-10wt%。其中，“/”表示“和/或”的含义。
优选地，步骤（4）中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或两种的混合物。
优选地，步骤（4）中，所述的高分子树脂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙烯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
优选地，步骤（5）中，所述的涂布为喷涂、旋涂或喷墨打印法。
优选地，步骤（5）中，具体步骤为：将改性PET膜加热至80-90℃预喷涂温度，喷涂10-15次，最后升温至110-120℃再次喷涂30-45次，获得透明导电薄膜。
优选地，步骤（5）中，获得的透明导电薄膜还可进行如下后处理：将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3-5h，除去分散剂，然后在90-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后再2-14M硝酸中酸洗1-5h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
进一步地，本发明提供一种由上述制备方法制备获得的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。
优选地，其制备方法具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10重量份和硅烷偶联剂10-15重量份，搅拌均匀，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管5-50重量份加入到50-100ml的DMF或DMSO中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100重量份、乙二醇35-40重量份、催化剂三氧化二锑1-2重量份和稳定剂磷酸三苯酯1-2重量份搅拌混合均匀，减压至102-103pa，同时升温至250-280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在160℃～180℃下干燥2.5h～4h后，经挤出机在265℃～290℃温度下挤出，再经12℃～20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金或纳米银水溶液和1wt%ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合10-60分钟形成100重量份的均匀混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，而后再添加1-10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙烯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮，继续超声10-60分钟，在1000-6000rpm的转速下离心分离5-10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80-90℃预喷涂温度，喷涂10-15次，然后升温至110-120℃再次喷涂30-45次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3-5h，除去分散剂，然后在90-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后再2-14M硝酸中酸洗1-5h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
本发明具有如下的优点和积极效果：
（1）本发明采用碳纳米管对PET基底进行化学改性，使得表面被含官能团（如：氨基或环氧基）的偶联剂修饰的碳纳米管能均匀分散在反应体系中并能参与PET的缩聚反应，同时，考虑到膜的透明性使用碳纳米管的直径在15nm以下，在保证PET薄膜的透明性的同时改善了其稳定性和导电性。
（2）碳纳米管、金属纳米颗粒和ATO/ITO形成的复合导电涂料能够均匀喷涂在改性PET薄膜上形成导电表层。
（3）附着力超声共振检测表征碳纳米管改性的PET薄膜对上述复合导电涂料形成的导电表层具有良好的附着性。
（4）本发明采用碳纳米管改性的PET基底并结合碳纳米管、金属纳米颗粒和ATO/ITO形成的复合导电涂层，上述协同效应使得获得的PET薄膜具有高透光性低面电阻，其中面电阻低于103Ω/sq，对波长为540-560nm的光线的透射率达到80%以上。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围的并不局限于此。
测试条件：
表面附着力测试 ：将制备获得的透明导电薄膜垂直放入到盛有去离子水的烧杯中，进行超声处理，每隔一段时间（如：10s或20s）观察表面涂层是否脱落，直至观察到脱落为止。
面电阻测试 ：使用Keithley2700对薄膜的面电阻进行测试。
透光率测试 ：UV1901紫外可见分光光度计对薄膜的透光率进行测试分析（波长为550nm）。
实施例1
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂KH55015g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管5g加入到50ml的DMF中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金水溶液和1wt%ITO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
实施例2
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管5g加入到50ml的DMF中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金水溶液和1wt%ITO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
实施例3
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂KH55015g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管35g加入到50ml的DMF中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金水溶液和1wt%ITO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
实施例4
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管35g加入到50ml的DMF中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金或纳米银水溶液和1wt%ITO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
实施例5
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂KH55015g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管15g加入到50ml的DMSO中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇40g、催化剂三氧化二锑2g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米银水溶液和1wt%ATO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加1g的分散剂十二烷基硫酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂聚苯乙烯磺酸钠，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
实施例6
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管15g加入到50ml的DMSO中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯1g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米银水溶液和1wt%ATO溶液按重量比1:1:1的比例进行超声混合10-60分钟形成100g的均匀混合液，在此过程中添加2g的分散剂十二烷基硫酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂聚乙烯吡咯烷酮，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
比较例1
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，在50ml的DMF中依次加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5hr后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得PET薄膜；
第（2）步，制备导电涂料，在1wt%ITO溶液100g中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（3）步，将第（2）步获得的导电涂料涂布在第（1）步制备获得的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
比较例2
一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，具体为：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1.5h后，浸泡12-48h，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重。
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10g和硅烷偶联剂KH55015g，搅拌均匀，40℃反应12h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重。
第（3）步，将表面改性后碳纳米管5g加入到50ml的DMF中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100g、乙二醇35g、催化剂三氧化二锑1g和稳定剂磷酸三苯酯2g搅拌混合均匀，减压至102pa，同时升温至280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在180℃下干燥2.5h后，经挤出机在265℃温度下挤出，再经20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备导电涂料，在1wt%ITO溶液100g中添加1g的分散剂十二烷基苯磺酸钠，而后再添加2g数均分子量（Mn）为8000的高分子树脂羧甲基纤维素，继续超声10分钟，在1000rpm的转速下离心分离10min取上清液，即可获得复合导电涂料。
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80℃预喷涂温度，喷涂10次，然后升温至110℃再次喷涂30次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3h，除去分散剂，然后在100℃温度下干燥0.5h，最后在12M硝酸中酸洗3h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
将实施例1-6和比较例1-2制备获得的透明导电薄膜垂直放入到盛有去离子水的烧杯中，进行超声处理，进行表面附着力测试。使用Keithley2700对上述透明导电薄膜的进行面电阻测试。使用UV1901紫外可见分光光度计对薄膜的透光率进行测试（波长为550nm）。其结果如表一所示：
| 实例 | 表面附着力测试（s） | 透光率（550nm） | 面电阻（Ω/sq） |
| 实施例1 | ◆ | 88% | 330 |
| 实施例2 | ◆ | 87% | 348 |
| 实施例3 | ◆ | 85% | 326 |
| 实施例4 | ◆ | 88% | 318 |
| 实施例5 | ◆ | 86% | 335 |
| 实施例6 | ◆ | 85% | 356 |
| 比较例1 | ◇ | 90% | 400 |
| 比较例2 | ◆ | 88% | 380 |
说明：表面附着力测试，表面脱落时间超过120s为“◆”，小于120s即为“◇”。
从上可以看出，实施例1-6制备获得的透明导电薄膜具有优异的高透光性（透光率都大于85%）。并且，通过对比例可以看出：基于相同的复合导电涂层，使用碳纳米管改性的PET基体的透明导电薄膜（实施例1）相对于使用未改性的PET基体的透明导电薄膜（比较例1）具有更优异的表面附着性和明显更低的面电阻；而基于相同的碳纳米管改性PET基体，使用包含碳纳米管、纳米金属和ITO的复合导电涂层的透明导电薄膜（实施例1）相对于使用单一ITO导电涂层的透明导电薄膜（比较例2）具有相近的表面附着性和更低的面电阻。由此可见，碳纳米管改性的PET基体能够改善表面附着性和实现低的面电阻，而包含碳纳米管、纳米金属和ITO的复合导电涂层完全能够替代单一ITO导电涂层，从而降低成本。
Claims (10)
1.一种高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理；
第（2）步，在有机溶剂中，将活化处理后的碳纳米管利用硅烷偶联剂进行表面改性；
第（3）步，将表面改性后的碳纳米管加入到有机溶剂中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂搅拌混合均匀，减压升温缩聚，出料即得改性聚酯PET切片；将该聚酯PET切片干燥后经挤出机挤出制成铸片，经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将碳纳米管水溶液、纳米金属水溶液和ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合形成100重量份的混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂，而后再添加1-10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂，继续超声10-60分钟，离心分离后取上清液，即可获得复合导电涂料；
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜。
2.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的碳纳米管是单臂碳纳米管；优选地，步骤（1）中碳纳米管的直径为0.5-15nm，更优选0.8-3nm；长度优选为2-50微米。
3.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的活化步骤为：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的强氧化性酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重；优选地，所述强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸或其混合物。
4.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的表面改性步骤为：在有机溶剂中加入经活化处理后的碳纳米管和硅烷偶联剂，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用有机溶剂洗涤，烘干至恒重；步骤（2）中所述的硅烷偶联剂优选为含官能团的硅烷偶联剂，如：KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
5.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，对苯二甲酸、乙二醇、催化剂和稳定剂的质量比为100：35-40：1-2：1-2。
6.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的碳纳米管水溶液浓度为1-2wt%；所述的纳米金属水溶液浓度为1-2wt%；所述的纳米金属为纳米金、纳米银、纳米铂、纳米镍中的一种或多种的混合物；所述的ATO溶液/ITO水溶液浓度为1-35wt%，优选1-10wt%；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或两种的混合物；所述的高分子树脂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙烯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
7.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，具体步骤为：将改性PET膜加热至80-90℃预喷涂温度，喷涂10-15次，最后升温至110-120℃再次喷涂30-45次，获得透明导电薄膜。
8.权利要求1所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，获得的透明导电薄膜还可进行如下后处理：将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3-5h，除去分散剂，然后在90-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后再2-14M硝酸中酸洗1-5h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
9.权利要求1-8之一所述的高透光性低面电阻的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：
第（1）步，将碳纳米管进行活化处理：将碳纳米管浸泡在1-2mol/L的浓硝酸中，在室温下超声分散1-1.5h后，浸泡12-48h，更优选重复该步骤一次，冷却至室温后过滤，用蒸馏水洗涤至中性后烘干至恒重；
第（2）步，在干燥的甲苯中加入经活化处理后的碳纳米管10重量份和硅烷偶联剂10-15重量份，搅拌均匀，20-50℃反应12-24h，冷却至室温后过滤，用干燥的甲苯洗涤，烘干至恒重；
第（3）步，将表面改性后碳纳米管5-50重量份加入到50-100ml的DMF或DMSO中超声分散均匀，而后再加入对苯二甲酸100重量份、乙二醇35-40重量份、催化剂三氧化二锑1-2重量份和稳定剂磷酸三苯酯1-2重量份搅拌混合均匀，减压至102-103pa，同时升温至250-280℃进行缩聚，出料即得聚酯PET切片；将聚酯切片在160℃～180℃下干燥2.5h～4h后，经挤出机在265℃～290℃温度下挤出，再经12℃～20℃冷鼓制成铸片；经过双向拉伸制得碳纳米管改性的PET薄膜；
第（4）步，制备复合导电涂料，将1wt%碳纳米管水溶液、1wt%纳米金或纳米银水溶液和1wt%ATO溶液/ITO溶液按重量比1-10:1-10:1-10的比例进行超声混合10-60分钟形成100重量份的均匀混合液，在此过程中添加0.1-5重量份的分散剂十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，而后再添加1-10重量份数均分子量（Mn）小于10000的高分子树脂羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚苯乙烯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮，继续超声10-60分钟，在1000-6000rpm的转速下离心分离5-10min取上清液，即可获得复合导电涂料；
第（5）步，将第（4）步获得的复合导电涂料涂布在第（3）步制备获得的碳纳米管改性的PET薄膜的表面上，获得透明导电薄膜，具体为：将改性PET膜加热至80-90℃预喷涂温度，喷涂10-15次，然后升温至110-120℃再次喷涂30-45次，获得透明导电薄膜；将刚喷涂制备获得透明导电薄膜在去离子水中静置3-5h，除去分散剂，然后在90-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后再2-14M硝酸中酸洗1-5h，以去除PET表面的结晶水，最终获得透明导电薄膜。
10.权利要求1-9之一所述方法制备获得的高透光性低面电阻的透明导电薄膜。
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