[發(fā)明專利]用于透明導(dǎo)電用途的碳納米管-透明導(dǎo)電無機納米顆粒混雜薄膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980113340.2
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN102017012A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·斯瓦拉簡;H·里克特;V·維金斯
• 申請（專利權(quán)）人: NANO-C公司
• 主分類號: H01B1/20
• 分類號: H01B1/20;B82B3/00;C08J5/18
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

版權(quán)聲明

本專利公開可能包含受到版權(quán)保護的內(nèi)容。版權(quán)所有人對于任何專利文件或?qū)＠_的重制再現(xiàn)沒有異議，就如同出現(xiàn)在美國專利與商標(biāo)局的專利文件或記錄，但是保留任何及所有的版權(quán)。

通過引用而并入

本文引用的所有專利、專利申請和出版物通過引用以其全文并入本文以便更加完整地描述現(xiàn)有技術(shù)，這些現(xiàn)有技術(shù)是至本文所描述的本發(fā)明的日期為止本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。

相關(guān)申請的互相參照

本申請要求2008年3月14日提交的美國專利申請No.61/036,755的權(quán)益。

背景技術(shù)

所公開的主題屬于用于顯示和觸摸屏用途的透明導(dǎo)電涂層領(lǐng)域。

聚酯膜(如PET)上的銦錫氧化物(ITO)涂層是可商購的，并且因為ITO膜的不良機械強度和撓曲時的迅速機械失效，在將其實施于柔性顯示器用途時面臨大的技術(shù)障礙。

另一方面，基于碳納米管(CNT)的膜作為ITO的潛在替代近來在透明導(dǎo)電應(yīng)用中獲得了重要地位。碳納米管的主要優(yōu)勢是其電導(dǎo)性，即使以幾個納米厚的膜的形式，伴隨其極度的機械柔韌性。由于能將堅固的CNT膜制備成極小的厚度，例如CNT單層，所以得到的膜可以透明并導(dǎo)電。然而，不能制備致密的CNT網(wǎng)絡(luò)，除非損失透光性，因為CNT本質(zhì)上在可見光和紫外線區(qū)域是光吸收的。

已經(jīng)提出了沉積帶有碳納米管的透明導(dǎo)電氧化物顆粒的單分散液。然而，因為分散液形成期間和/或涂覆期間不同物質(zhì)的絮凝，所以認為實現(xiàn)這樣的方法極其困難。

還提出了層疊透明導(dǎo)電氧化物層與碳納米管層。然而，這樣的結(jié)構(gòu)還是遭受上述提及的與單碳納米管(例如差的透光性)和單透明氧化物膜(例如差的機械強度)有關(guān)的各自問題。

概述

提供了碳納米管-透明導(dǎo)電無機納米顆粒(CNT-TCIN)混雜(hybrid)膜，其繼承了每一種單獨成分的相對優(yōu)勢同時克服了這兩種膜的技術(shù)劣勢。

例如，當(dāng)透明導(dǎo)電氧化物(TCO)膜表現(xiàn)出差的機械強度時，CNT-TCIN混雜膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機械強度。當(dāng)TCO膜表現(xiàn)出窄的電傳導(dǎo)范圍(例如，具有大于5,000歐姆/方的膜是不均勻的)時，CNT-TCIN混雜膜表現(xiàn)出寬的電傳導(dǎo)范圍(例如，1-10¹⁰歐姆/方)。當(dāng)TCO膜不是中性顏色時，CNT-TCIN混雜膜是中性顏色。當(dāng)TCO膜是昂貴的并且因為它們通過濺射成形而難于成形時，CNT-TCIN混雜膜能通過簡單的、廉價的溶液沉積技術(shù)成形。當(dāng)TCO膜表現(xiàn)出差的RF吸收性能時，CNT-TCIN混雜膜表現(xiàn)出好的RF吸收性能并在軍事應(yīng)用、天線和標(biāo)簽(tag)中是有用的。當(dāng)TCO表現(xiàn)出差的環(huán)境穩(wěn)定性并且由于濕度和溫度而發(fā)生很多粘結(jié)失效時，CNT-TCIN混雜膜在極端濕度和溫度下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，而不遭受粘結(jié)失效。最后，當(dāng)TCO膜表現(xiàn)出低載流子遷移率時(在1-100cm²/(V?s))，CNT-TCIN混雜膜能在光電器件和透明場效應(yīng)管中表現(xiàn)出高載流子遷移率，因為CNT膜的本征孔遷移率可以高達10⁵cm²/(V?s)。

而且，當(dāng)CNT膜的可見光透光度僅僅對于某些應(yīng)用可以接受時，CNT-TCIN混雜膜對許多應(yīng)用表現(xiàn)出良好的可見光透光度。當(dāng)紅外反射率對于CNT膜不良而對于TCO膜優(yōu)異時，CNT-TCIN混雜膜能為應(yīng)用而調(diào)節(jié)，其應(yīng)用范圍從樓宇的熱鏡到光調(diào)制器。當(dāng)CNT膜的表面粗糙度因CNT的束集而不能典型地降到低于約3.5nm的RMS粗糙度時，CNT-TCIN混雜膜能表現(xiàn)出較低的表面粗糙度。

本發(fā)明進一步描述了形成CNT-TCIN混雜膜的方法。

一方面，導(dǎo)電碳納米管層包括沉積在基材上的碳納米管層以形成透明且導(dǎo)電的CNT網(wǎng)絡(luò)，該CNT網(wǎng)絡(luò)通過以一定數(shù)量和在一定位置分布于整個網(wǎng)絡(luò)的一組TCIN混雜，以提供導(dǎo)電的透明層。

在一個或更多的實施方案中，該層進一步包括設(shè)置于該層上表面上的膠體透明導(dǎo)電無機納米顆粒的涂層，所述的膠體透明導(dǎo)電納米顆粒具有小于該透明導(dǎo)電無機納米顆粒的顆粒尺寸。

另一方面，制備復(fù)合碳納米管層的方法包括：提供在第一溶劑中的碳納米管第一懸浮液；提供在第二溶劑中的透明導(dǎo)電無機納米顆粒第二懸浮液；向基材施加碳納米管以形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)；并向基材施加膠體透明導(dǎo)電無機納米顆粒以形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)/透明導(dǎo)電無機納米顆粒混雜層。

附圖說明

考慮下面具體的描述，結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其它目的以及優(yōu)勢將變得更加明顯，附圖中同樣的附圖標(biāo)記在全文中指代同樣的部分，并且其中：