CN108682511A - 提高碳纳米管膜导电性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高碳纳米管膜导电性的方法，通过气相方式对SWCNTs薄膜进行处理，先将SWCNTs薄膜置于密封石英管中，并抽真空至10pa以下；然后向石英管中持续通入干燥的反应气体，该反应气体为二氧化氮或氨气，同时温度控制在290℃～310℃，并保温2～3h；再然后对石英管再次抽真空，并通入惰性气体多次冲洗石英管，同时通入少量的水蒸气；最后将石英管自然降温，降温后取出SWCNTs薄膜。本发明所述方法以气相方式对SWCNTs作处理，不引入其他杂质，不改变SWCNTs薄膜的组成，可以显著的提高SWCNTs的透明度和导电性。

Description

提高碳纳米管膜导电性的方法

技术领域

本发明属于纳米材料、显示材料与技术、光电转换及通讯技术领域，具体的说是涉及一种提高碳纳米管膜导电性的方法。

背景技术

传统透明导电薄膜主要是掺杂氧化物材料，如锡掺杂的氧化铟(ITO)和氟掺杂的氧化锡(FTO)。但是传统氧化物薄膜存在着先天不足，该类薄膜的制备技术要求基于高真空，生产成本较高。特别是ITO薄膜中的铟，价格昂贵，成本高，储量稀少，开采和提纯铟的生产过程污染严重，并且机械强度不高，在柔性显示应用中受限；其次FTO的光电性能不理想，应用范围受限制。单壁碳纳米管(SWCNTs)作为一种具有高电导率，优异机械强度和独特光学特性的一维材料，由SWCNTs制备的透明导电薄膜(CNT-TCFs)，不仅可以克服传统氧化物薄膜的缺陷，而且在导电性、透光度和柔性等方面均表现优异。可以在在触摸显示器，薄膜器件，光伏电池电极等方面得到有广泛应用。并且碳基薄膜的生物相容性好，环境友好，在生物体植入型器件方面应用价值高。目前SWCNTs的成膜方式主要有真空抽滤、旋涂、喷涂，直接定向生长等。真空抽滤法简单易行，制备的SWCNTs薄膜可以转移到任意基底；喷涂和旋涂法对溶液的要求比较高，很难快速制备大面积均匀的SWCNTs薄膜；直接生长法对设备的控制要求高。无论采用何种方式制膜，最终都会面临SWCNTs膜表面不平整问题，且SWCNTs管束之间是自堆积结构，管束之间的接触电阻较大，这些缺陷严重限制了透明导电薄膜的应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种提高碳纳米管膜导电性的方法，该发明方法获得的SWCNTs薄膜结构紧密，表面平整，而且导电性和透明度都被大幅度提高。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高碳纳米管膜导电性的方法，通过气相方式对SWCNTs薄膜进行处理，具体包括以下步骤：

步骤1，将SWCNTs薄膜置于密封石英管中，并抽真空至10pa以下，同时加热温度在250℃～260℃；

步骤2，向所述石英管中持续通入干燥的反应气体，该反应气体为二氧化氮或氨气，同时温度控制在290℃～310℃，并保温2～3h；

步骤3，对所述石英管再次抽真空，并通入惰性气体多次冲洗石英管，同时通入少量的水蒸气；

步骤4，将所述石英管自然降温，降温后取出SWCNTs薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2中，通入所述反应气体为二氧化氮时的流速为20sccm，同时温度控制在300℃，保温时间为2h。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，通入惰性气体后升温至350℃，通入的惰性气体的流速为20 0sccm，通入的水蒸气量为50微升，并持续2分钟。

本发明的有益效果是：本发明所述方法以气相方式对SWCNTs作处理，不引入其他杂质，不改变SWCNTs薄膜的组成，可以显著的提高SWCNTs的透明度和导电性。

附图说明

图1为处理前的SWCNTs透明导电薄膜的SEM图像。

图2为处理后的SWCNTs透明导电薄膜的SEM图像。

图3为处理前后SWCNTs透明导电薄膜的透明度和方块电阻的对比。

图4为处理前后的拉曼光谱对比。

结合附图，作以下说明：

其中，图3中:a为处理后薄膜1，b为未处理薄膜2，c为未处理薄膜1；图4中：d为单壁碳纳米管分散液；e为未处理单壁碳纳米管薄膜；f为处理单壁碳纳米管薄膜。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。

实施例1：

一种提高碳纳米管膜导电性的方法，通过气相方式对SWCNTs薄膜进行处理，具体包括以下步骤：

步骤1，将SWCNTs薄膜置于密封石英管中，并抽真空至10pa以下，同时加热温度至260℃；

步骤2，向石英管中持续通入干燥的二氧化碳，同时升温至300℃，并保温2h；

步骤3，对石英管再次抽真空，并通入惰性气体(如氩气)多次冲洗石英管，通入氩气后升温至350℃，通入的惰性气体的流速为20 0sccm，同时通入少量的水蒸气50微升，并持续2分钟。

步骤4，将石英管自然降温，降温后取出SWCNTs薄膜。

其中，步骤1可以除去SWCNTs薄膜表面吸附的氧气和可能的有机杂质，这些杂质的存在会影响后续的处理结果；

步骤2，通入的反应气体二氧化氮和SWCNTs薄膜在开始反应生成一氧化碳和一氧化碳，尤其是SWCNTs薄膜表面的凸起部分先和二氧化碳反应，使SWCNTs薄膜表面变得平整，从而提高SWCNTs薄膜表面平整性，以使其在应用时接触性更好。二氧化碳和SWCNTs薄膜的反应还具有选择性，会优先反应掉SWCNTs薄膜中活性较高的碳杂质和导电性较差的SWCNTs，这些碳杂质主要是不定性碳，被优先反应掉的SWCNTs包括反应活性较高的小直径SWCNTs和半导体性SWCNTs，这部分SWCNTs的导电性较差而且会增大接触电阻，经过二氧化氮处理以后，留下主要是导电性较好的金属性碳纳米管。但是这个处理无法通过在空气中的氧化处理实现，氧气的氧化作用不具有选择性。

步骤3中少量的水蒸气可以使SWCNTs薄膜中的碳纳米管结合耿紧密。

实施例2：

该实施例与实施例1基本相同，所不同的是，在处理过程中所实用的气体为水蒸气，处理温度为350℃，处理时间减少为30分钟。

实施例3：

实施例3与实施例1基本相同，所不同的是将反应气体改为氨气，温度升温至500℃。

图1为处理前的SWCNTs透明导电薄膜的SEM图像，SWCNTs薄膜表面有许多凸起，这是由滤纸表面的不平整和液体到薄膜的干燥过程共同导致的。这些凸起的存在会大大增加薄膜和其他界面的接触电阻，从而降低导电性能。经过本发明所述方法处理以后，如图2为处理后的SWCNTs透明导电薄膜的SEM图像，表面的凸起数量已经大大减少，而且凸起的也显著变小。如图3为处理前后SWCNTs透明导电薄膜的透明度和方块电阻，处理前后的透光率和方块电阻本别从65％和提高到87％和处理过程可以显著的提高透光度并降低方块电阻。图4为处理前后的SWCNTs薄膜的拉曼光谱，显示处理过程对SWCNTs本身破坏很小。这些结果表明我们的处理方法可以有效地提高SWCNTs薄膜的的透明度和导电性，且对透明导电膜的破坏较小。

总之，本发明所述方法以气相方式对SWCNTs作处理，不引入其他杂质，不改变SWCNTs薄膜的组成，可以显著的提高SWCNTs的透明度和导电性。

Claims (3)

1.一种提高碳纳米管膜导电性的方法，其特征在于，通过气相方式对SWCNTs薄膜进行处理，具体包括以下步骤：

步骤1，将SWCNTs薄膜置于密封石英管中，并抽真空至10pa以下，同时加热温度在250℃～260℃；

步骤2，向所述石英管中持续通入干燥的反应气体，该反应气体为二氧化氮或氨气，同时温度控制在290℃～310℃，并保温2～3h；

步骤3，对所述石英管再次抽真空，并通入惰性气体多次冲洗石英管，同时通入少量的水蒸气；

步骤4，将所述石英管自然降温，降温后取出SWCNTs薄膜。

2.根据权利要求1所述的提高碳纳米管膜导电性的方法，其特征在于：所述步骤2中，通入所述反应气体为二氧化氮时的流速为20sccm，同时温度控制在300℃，保温时间为2h。

3.根据权利要求1所述的提高碳纳米管膜导电性的方法，其特征在于：所述步骤3中，通入惰性气体后升温至350℃，通入的惰性气体的流速为20 0sccm，通入的水蒸气量为50微升，并持续2分钟。