[發(fā)明專(zhuān)利]近紅外透明金屬硫族化合物／碳納米管復(fù)合柔性薄膜及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811401356.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111211216A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邰凱平;李穎;靳群
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L35/16
• 分類(lèi)號(hào): H01L35/16;H01L35/22;H01L35/34;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，將兼具柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜和金屬硫族化合物薄膜通過(guò)磁控濺射的方法復(fù)合，形成的復(fù)合薄膜具有三維納米多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此復(fù)合薄膜屬于自支撐復(fù)合膜，從而使得該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)同時(shí)具有柔性和紅外透過(guò)性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物是一種窄帶半導(dǎo)體，理論上對(duì)紅外光波段不吸收，對(duì)于致密的金屬硫族化合物薄膜，其對(duì)紅外光的折射在2％～15％范圍內(nèi)，隨著薄膜厚度的增加，其紅外透過(guò)率明顯下降，當(dāng)其薄膜的厚度在150nm以下時(shí)，具有不小于50％的紅外透過(guò)性能。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，兼具柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜厚度在小于200nm，單壁碳納米管占復(fù)合柔性薄膜體積分?jǐn)?shù)小于10％時(shí)，在近紅外和中紅外波段的紅外透過(guò)率高于80％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的厚度在50～200nm時(shí)，得到大于50％的近紅外和中紅外透過(guò)率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的金屬硫族化合物的晶粒尺寸在10～100nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的金屬硫族化合物的結(jié)晶質(zhì)量可調(diào)，從而復(fù)合膜的載流子濃度穩(wěn)定調(diào)控，進(jìn)而優(yōu)化熱電性能；金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的金屬硫族化合物的晶粒尺寸和結(jié)晶質(zhì)量在變化時(shí)調(diào)節(jié)熱電性能，同時(shí)對(duì)復(fù)合膜的紅外透過(guò)率沒(méi)有影響。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的金屬硫族化合物的厚度的定義是根據(jù)相同沉積狀態(tài)下，沉積在玻璃片上的金屬硫族化合物的厚度來(lái)確定的，金屬硫族化合物的厚度為20～150nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜，其特征在于，金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜的金屬硫族化合物通過(guò)弱范德華力的方式與單壁碳納米管的管束相結(jié)合，金屬硫族化合物沿著單壁碳納米管的管束方向生長(zhǎng)，并連續(xù)地包裹住單壁碳納米管，但不同管束上生長(zhǎng)的金屬硫族化合物并沒(méi)有連在一起，即金屬硫族化合物并未形成連續(xù)的薄膜，使得復(fù)合膜有很多孔洞，有效地吸收復(fù)合膜在形變時(shí)產(chǎn)生的能量；同時(shí)，弱范德華力也容許材料間的相對(duì)位移，從而使復(fù)合材料具有很好的柔性變形性能。

9.一種權(quán)利要求1～8之一所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜的制備方法，其特征在于，首先將具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜基底轉(zhuǎn)移到預(yù)先處理的干凈的支撐材料上；然后將支撐材料上的單壁碳納米管薄膜放入手套箱中在100～500℃溫度下加熱脫附氧氣以及其他吸附在單壁碳納米管薄膜上的雜質(zhì)；待降到室溫后，將脫附后的單壁碳納米管薄膜放入高真空平衡磁控濺射沉積腔體中，待高真空平衡磁控濺射沉積腔體中氣體壓力在(4～8)×10^-5Pa時(shí)開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度為300～500℃時(shí)保溫1～3h，通入體積純度為99.99％的高純氬氣，使平衡磁控濺射沉積腔體內(nèi)氣體壓力維持在0.5～2Pa時(shí)，起輝開(kāi)始制備金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜。

10.按照權(quán)利要求9所述的近紅外透明金屬硫族化合物/碳納米管復(fù)合柔性薄膜的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜支撐材料準(zhǔn)備：

選擇具有導(dǎo)熱系數(shù)高、耐高溫、在高溫下具有剛度的Ti、Mo、Cu、C、不銹鋼或其合金作為薄膜支撐材料，對(duì)制備好的支撐材料進(jìn)行超聲清洗，清洗液包括去離子水、鹽酸、丙酮、酒精或其不同比例的混合溶液；

(2)具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜準(zhǔn)備與轉(zhuǎn)移：

對(duì)步驟(1)中清洗干凈的支撐材料進(jìn)行表面靜電化處理，包括毛皮、絲綢摩擦或者將電荷導(dǎo)入支撐材料表面，利用高靜電力使單壁碳納米管薄膜吸附到支撐材料上，之后再在去除靜電的玻璃器皿里放置，使其貼合緊密；

(3)具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜放置：

將具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜嵌入由耐高溫SiO₂制成的二氧化硅導(dǎo)熱支架上；

(4)具有高柔性和高紅外透過(guò)性的單壁碳納米管薄膜表面脫附處理：

把步驟(3)中的二氧化硅導(dǎo)熱支架和單壁碳納米管薄膜一起放入氧含量2～5ppm的手套箱中，并在里面進(jìn)行加熱脫附處理，加熱溫度為100～500℃，加熱時(shí)間為3～8h，保證其他吸附雜質(zhì)脫附完全；

(5)放入高真空平衡磁控濺射沉積腔體中：

將步驟(4)中的脫附后的單壁碳納米管和二氧化硅導(dǎo)熱支架通過(guò)導(dǎo)電膠粘到用來(lái)加熱和旋轉(zhuǎn)的磁控濺射樣品盤(pán)上，導(dǎo)電膠為碳膠、銅膠或銀膠，并通過(guò)機(jī)械手將磁控濺射樣品盤(pán)傳輸?shù)礁哒婵掌胶獯趴貫R射沉積腔體中，此時(shí)磁控濺射樣品盤(pán)中心與濺射靶材中心垂直距離為6～14cm；

(6)單壁碳納米管薄膜在高真空高溫環(huán)境下進(jìn)行加熱處理：

在平衡磁控濺射沉積腔體中：真空度為(4～8)×10^-5Pa，對(duì)單壁碳納米管薄膜進(jìn)行200～600℃加熱保溫1～3h，使單壁碳納米管薄膜受熱均勻；

(7)金屬硫族化合物薄膜制備：

在平衡磁控濺射沉積腔體內(nèi)進(jìn)行單合金靶濺射/多靶共濺射，濺射靶材為工業(yè)用粉末塊體壓制金屬硫族化合物靶材，真空度為(4～8)×10^-5Pa，工作氣體為0.5～2Pa的體積純度為99.99％的高純氬氣，薄膜生長(zhǎng)加熱溫度范圍為200～600℃，沉積速率為0.2～10nm/min，沉積功率為10～150W，磁控濺射樣品盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度為1～20rpm；

其中：金屬硫族化合物材料包括：(Bi、Sb、W、Ti、Nb)_x(S、Se、Te)_1-x，X的范圍為0X1；

所述的金屬硫族化合物/單壁碳納米管復(fù)合薄膜，在面外彎曲半徑為4mm、彎曲應(yīng)變?yōu)?.94％時(shí)，其復(fù)合膜的相對(duì)電阻變化率小于5％；在面外彎曲半徑為16mm、彎曲應(yīng)變?yōu)?.24％時(shí)，其復(fù)合膜的相對(duì)電阻變化率小于1％。