一種柔性碳納米管導電薄膜的製備方法與流程

2024-03-30 17:55:05 1

本發明涉及導電材料領域，具體涉及一種柔性碳納米管導電薄膜的製備方法。

背景技術：

隨著科學技術的發展，社會對新型材料的需求也越來越多。材料是人類文明進步和科技發展的物質基礎，材料的更新使人們的生活也發生了巨大變化。目前，蓬勃發展的新型透明而又導電的薄膜材料在液晶顯示器、觸控螢幕、智能窗、太陽能電池、微電子、信息傳感器甚至軍工等領域都得到了廣泛的應用，並且正在滲透到其它科技領域中。由於薄膜技術與多種技術密切相關，因而激發了各個領域的科學家們對薄膜製備及其性能的興趣。

透明導電薄膜(TCFs)具有優異的光電特性，而且還具有重量輕、可彎曲、不易破碎、環境友好、可以採用卷對卷工業化連續生產方式等優點，其已被廣泛應用，例如：它們可被用於顯示器、觸板、太陽能電池等領域。所述薄膜一般包括透明的襯底，例如：PET等，在所述襯底上形成透明且導電的塗層或薄膜。目前作為主流的透明導電薄膜材料是氧化銦錫(ITO)薄膜，主要是因為該材料的靶材製備和成膜工藝都比較成熟。

作為一維納米材料的典型代表，單壁碳納米管具有很多優異而獨特的光學、電學和機械學特性，少量的碳納米管就可以形成一層隨機的網絡結構的高透光性低面電阻的薄膜—碳納米管透明導電薄膜(CNT-TCFs)，由於其在導電、透光、強度和柔性方面都呈現良好的特性，在有機發光器件，顯示器，觸控螢幕，薄膜電晶體，光伏器件等方面得到了廣泛研究和應用。CNT薄膜和柔性基底的附著力較高，不易脫落，因此其在柔性顯示領域具有不可比擬的優越性；CNT薄膜光學性質穩定，在400-800nm可見光範圍內CNT薄膜透射光譜平穩，這些極大豐富了碳納米管薄膜的應用範圍，成為替代ITO薄膜製備光電顯示器件的最有發展前景的材料之一。

技術實現要素：

本發明提供一種柔性碳納米管導電薄膜的製備方法，採用碳納米管對PET基底進行化學改性，使得表面被含官能團的偶聯劑修飾的碳納米管能均勻分散在反應體系中並能參與PET的縮聚反應，本發明通過由碳納米管、十二烷基苯磺酸鈉、曲拉通和去離子水製備而成的高性能碳納米管溶液，可以快速、高效地製備出大面積的柔性透明導電薄膜。

為了實現上述目的，本發明提供了一種柔性碳納米管導電薄膜的製備方法，該方法包括如下步驟：

（1）製備碳納米管改性的PET襯底

將碳納米管進行活化處理：將碳納米管浸泡在2-3mol/L的濃硫酸中，在室溫下超聲分散2-3h後，浸泡24-36h，更優選重複該步驟一次，冷卻至室溫後過濾，用蒸餾水洗滌至中性後烘乾至恆重；

在乾燥的甲苯中加入經活化處理後的碳納米管10重量份和矽烷偶聯劑15-20重量份，攪拌均勻，常溫反應10-20h，冷卻至室溫後過濾，用乾燥的甲苯洗滌，烘乾至恆重，得到改性後碳納米管；

將表面改性後碳納米管10-30重量份加入到DMF中超聲分散均勻，而後再加入對苯二甲酸100重量份、乙醇45-50重量份、催化劑三氧化二銻1-2重量份和穩定劑磷酸三苯酯2-3重量份攪拌混合均勻，同時升溫至270-300℃進行縮聚，出料即得聚酯PET切片；將聚酯切片在170℃-190℃下乾燥4.5-5h後，經擠出機在280-300℃溫度下擠出，再經冷鼓製成鑄片；經過雙向拉伸製得碳納米管改性的PET襯底；

（2）製備碳納米管溶液

取質量分數0.1%-0.8%的碳納米管與質量分數0.5%-5.5%的十二烷基苯磺酸鈉以及餘量的去離子水混合，在150-250W的超聲分散儀下超聲分散20-30h，在200-300rpm的轉速下離心分離50-100min；

取上層懸浮液，在50-75℃的水浴中加入質量分數10-25%的曲拉通X-100溶液加熱攪拌60-100min，得到所需的可以塗布的碳納米管溶液；

（3）將碳納米管溶液以繞線棒塗布方式塗布於上述PET襯底上，在溫度為70-95℃的條件下乾燥15-20min，即得柔性碳納米管導電薄膜。

具體實施方式

實施例一

將碳納米管進行活化處理：將碳納米管浸泡在2mol/L的濃硫酸中，在室溫下超聲分散2h後，浸泡24h，更優選重複該步驟一次，冷卻至室溫後過濾，用蒸餾水洗滌至中性後烘乾至恆重。

在乾燥的甲苯中加入經活化處理後的碳納米管10重量份和矽烷偶聯劑15重量份，攪拌均勻，常溫反應10h，冷卻至室溫後過濾，用乾燥的甲苯洗滌，烘乾至恆重，得到改性後碳納米管。

將表面改性後碳納米管10重量份加入到DMF中超聲分散均勻，而後再加入對苯二甲酸100重量份、乙醇45重量份、催化劑三氧化二銻1-2重量份和穩定劑磷酸三苯酯2重量份攪拌混合均勻，同時升溫至270℃進行縮聚，出料即得聚酯PET切片；將聚酯切片在170℃下乾燥4.5h後，經擠出機在280℃溫度下擠出，再經冷鼓製成鑄片；經過雙向拉伸製得碳納米管改性的PET襯底。

取質量分數0.1%的碳納米管與質量分數0.5%的十二烷基苯磺酸鈉以及餘量的去離子水混合，在150W的超聲分散儀下超聲分散20h，在200rpm的轉速下離心分離50-100min.

取上層懸浮液，在50℃的水浴中加入質量分數10%的曲拉通X-100溶液加熱攪拌60min，得到所需的可以塗布的碳納米管溶液.

將碳納米管溶液以繞線棒塗布方式塗布於上述PET襯底上，在溫度為70℃的條件下乾燥15min，即得柔性碳納米管導電薄膜。

實施例二

將碳納米管進行活化處理：將碳納米管浸泡在3mol/L的濃硫酸中，在室溫下超聲分散3h後，浸泡36h，更優選重複該步驟一次，冷卻至室溫後過濾，用蒸餾水洗滌至中性後烘乾至恆重。

在乾燥的甲苯中加入經活化處理後的碳納米管10重量份和矽烷偶聯劑20重量份，攪拌均勻，常溫反應20h，冷卻至室溫後過濾，用乾燥的甲苯洗滌，烘乾至恆重，得到改性後碳納米管。

將表面改性後碳納米管30重量份加入到DMF中超聲分散均勻，而後再加入對苯二甲酸100重量份、乙醇50重量份、催化劑三氧化二銻2重量份和穩定劑磷酸三苯酯3重量份攪拌混合均勻，同時升溫至300℃進行縮聚，出料即得聚酯PET切片；將聚酯切片在190℃下乾燥5h後，經擠出機在300℃溫度下擠出，再經冷鼓製成鑄片；經過雙向拉伸製得碳納米管改性的PET襯底。

取質量分數0.8%的碳納米管與質量分數5.5%的十二烷基苯磺酸鈉以及餘量的去離子水混合，在250W的超聲分散儀下超聲分散30h，在300rpm的轉速下離心分離100min.

取上層懸浮液，在75℃的水浴中加入質量分數25%的曲拉通X-100溶液加熱攪拌100min，得到所需的可以塗布的碳納米管溶液.

將碳納米管溶液以繞線棒塗布方式塗布於上述PET襯底上，在溫度為95℃的條件下乾燥20min，即得柔性碳納米管導電薄膜。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。