[發明專利]一種復合型碳納米管導電薄膜及其制備方法和制備裝置

無效

• 申請號: 200910080892.X
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101847459A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 孟慶波;黃小銘;李可心;羅艷紅;李冬梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;C01B31/02;H01G9/04;H01G9/20;H01G13/00;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及碳納米管導電薄膜領域，特別涉及一種復合型碳納米管導電薄膜及其制備方法和制備裝置。

背景技術

自從1991年Iijima發現多壁碳納米管(MWCNT)和兩年后發現單壁碳納米管(SWCNT)以來，碳納米管(CNT)的研究引起了人們極大的興趣，至今尤盛。人們不斷發現碳納米管許多非常優異的特性，比如它重量很輕而力學性質卻極好，單壁碳納米管的抗拉強度和楊氏模量分別可達37GPa和640Gpa。它還擁有十分優良的導電性、導熱性、氣體滲透性等，而且十分穩定，壽命長。因此隨著研究的深入，碳納米管的上述一系列優點讓越來越多的研究人員看到其潛在的巨大應用前景。針對碳納米管的一系列優異性質，人們設計了許多基于碳納米管的應用器件，比如碳納米管驅動器、導電體、感應器、場發射二極管、催化模板、超級電容、燃料電池、電磁屏蔽體等。其中有一些器件是基于微觀的和一維的碳納米管應用，而更多的器件則是宏觀的和大面積的二維應用，特別是在將實驗室技術轉移到大面積的工業化生產的時候，技術的匹配顯得尤為重要。

近年來研究的熱點之一——碳納米管紙(也叫Bucky?Paper)，就是碳納米管宏觀二維應用的典型。這種碳納米管紙一般的抗拉強度可達10-80MPa，楊氏模量可達10²-10³MPa，電導率一般為10²-10³S/cm。目前制備這種碳納米管紙最普遍的技術是采用過濾法，但這種方法得到的碳納米管紙取決于濾膜的大小，因此往往只有cm²量級，很難制備大面積的碳納米管紙。此外，由于碳納米管紙在制備時只有將其厚度控制在很小的范圍內時，才能得到透明導電薄膜，而過濾法由于無法對所制備碳納米管紙的厚度進行控制，因此一般無法制得透明的碳納米管導電薄膜。

在現有技術中，要制備透明的碳納米管導電薄膜可采用旋涂法，浸漬提拉法(中國專利CN?101192492A，CN?101192493A)，利用LB膜組裝的提拉法(中國專利CN?100427388C)，氣凝膠碳納米管沉降法(中國專利CN?100386258C)等。其中的旋涂法可以在實驗室里得到小面積的均勻薄膜，但不適用于大面積的生產應用，它雖然可以通過改變旋涂轉速以及溶液濃度得到不同厚度的薄膜，但難以精確控制膜厚。

浸漬提拉法是通過將玻璃元件放入碳納米管漿料中，當提拉起來時通過重力和吸附作用在樣品表面形成一層碳納米管漿料層，然后需要在惰性氣體保護下加熱而成。這種方法存在一定的局限，對于平板玻璃必需兩塊緊密結合浸入漿料，否則會在平板玻璃片的兩側都吸附上漿料，如果兩塊玻璃不完全一樣大或稍有位移、分離都會導致兩側局部吸附漿料，操作難度比較大。對于表面不規則形狀的樣品，在提拉過程中依靠重力及吸附作用而成的漿料層在不規則的不同表面上所形成的膜厚是有很大差別的，導致最終形成的碳納米管膜在不同表面很不均勻。而且利用重力吸附的提拉法需要大體積的漿料并且只能垂直操作，嚴重限制了大面積生產。

利用LB膜組裝的提拉法，先通過在液體表面擴散形成厚度均勻的單層碳納米管膜，而后也采用浸漬提拉法把表面的單層膜收集。這種方法具有浸漬提拉法的共同局限。

氣凝膠碳納米管沉降法，需先通過外力將碳納米管陣列樣品破碎，然后在氣相中分散沉降。而其沉降過程需要一定程度的真空或者在石英管中通入一定流速的空氣，以使CNT進一步膨脹后再沉降。真空以及石英管的管徑都限制了大面積的沉降，而且直接沉降在玻璃基底的碳納米管膜與基底表面的附著力不好，容易被抹去。

鑒于現有技術在制備碳納米管導電薄膜，特別是大面積的碳納米管導電薄膜上的不足，需要一種能夠制備大面積碳納米管導電薄膜，且成本低廉、工藝簡單、條件寬松并能與現代生產工藝相匹配的方法。

發明內容

本發明的一個目的是克服現有的碳納米管導電薄膜與玻璃基底間的附著力較低的缺陷，從而提供一種具有較高附著力的復合型碳納米管導電薄膜。

本發明的又一個目的是克服現有技術在制備大面積碳納米管導電薄膜上的不足，提供一種成本低廉、工藝簡單的制備方法。

本發明的再一個目的是克服現有的碳納米管導電薄膜制備裝置不利于制備大面積碳納米管導電薄膜的缺陷，從而提供一種能夠制備大面積碳納米管導電薄膜的裝置。

為了實現上述目的，本發明提供了一種復合型碳納米管導電薄膜，包括碳納米管層，在所述碳納米管層與玻璃基底之間還包括有用于增強所述碳納米管層與所述玻璃基底間附著力的附著力增強層。