《长碳纳米管金属可拉伸透明导电膜》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2018-08-28
  • 柔性透明导体是可大面积柔性显示、可穿戴电子器件和可植入式医学传感器的使能元件,它们可以环绕身体并与身体一起运动。然而,传统的导电材料在拉伸应变作用下会迅速衰减,这对于功能柔性器件构成了很大的障碍。这里,我们展示了通过将长金属双壁碳纳米管与聚二甲基硅氧烷衬底复合,可以同时获得高导电性、机械拉伸性和光学透明性。当拉伸应变达到100%时,加入这些长纳米管(平均约3.2μm)的薄膜在100%拉伸应变和85%光学透过率下达到3316 S cm-1的记录高电导率,比短纳米管对照(平均约0.8μm)高194倍。此外,高电导率可以承受超过1000个重复的拉伸释放周期(在100%和0%应变之间变换),保留率接近96%,而短纳米管控制只表现出10%。力学研究表明,长管可以缩小在拉伸过程中产生的微尺度间隙,从而保持高导电性。当安装在人体关节上,这种弹性透明导体可以适应大幅运动,以提供稳定,大电流输出。这些结果表明透明导体能够在机械应变下获得高电导率和光透射率,从而允许在柔性电子器件的操作和使用中可能发生的大的形状变化。

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  • 《高性能碳纳米管透明导电薄膜研究取得重要进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-05-08
    •  透明导电薄膜是触控屏、平板显示器、光伏电池、有机发光二极管等电子和光电子器件的重要组成部件。氧化铟锡(ITO)是当前应用最为广泛的透明导电薄膜材料,但ITO不具有柔性且铟资源稀缺,难以满足柔性电子器件等的发展需求。单壁碳纳米管(SWCNT)相互搭接形成的二维网络结构具有柔韧、透明、导电等特点,是构建柔性透明导电薄膜的理想材料。但已报道SWCNT薄膜的透明导电性能仍与ITO材料有较大差距。因此,进一步提高SWCNT薄膜的透明导电特性是实现其器件应用的关键。分析表明,SWCNT透明导电薄膜中的管间接触电阻和管束聚集效应是制约其性能提高的主要瓶颈。一方面,由于SWCNT之间的接触面积小且存在肖特基势垒,载流子在搭接处的隧穿效应较弱,使得管间接触电阻远高于SWCNT的自身电阻;另一方面,虽然SWCNT的直径一般仅为1-2nm,但由于范德华力的作用其通常聚集成直径几十、上百纳米的管束以降低表面能;管束内部的SWCNT会吸光而降低薄膜的透光率,但对薄膜的电导几乎没有贡献。因此,研制高性能SWCNT柔性透明导电薄膜的关键是获得单根分散、低接触电阻的SWCNT网络结构。   最近,中国科学院金属研究所与上海科技大学物质学院联合培养的博士研究生蒋松在金属所先进炭材料研究部的导师指导下与合作者采用浮动催化剂化学气相沉积法制备出具有“碳焊”结构、单根分散的SWCNT透明导电薄膜(图1A)。通过控制SWCNT的形核浓度,所得薄膜中约85%的碳管以单根形式存在(图1B),其余主要为由2-3根SWCNT构成的小管束。进而,通过调控反应区内的碳源浓度,在SWCNT网络的交叉节点处形成了“碳焊”结构(图1A)。研究表明该碳焊结构可使金属性-半导体性SWCNT间的肖特基接触转变为近欧姆接触(图1C-F),从而显著降低管间接触电阻。由于具有以上独特的结构特征,所得SWCNT薄膜在90%透光率下的方块电阻仅为41Ω □-1;经硝酸掺杂处理后,其方块电阻进一步降低至25Ω □-1,比已报道碳纳米管透明导电薄膜的性能提高2倍以上,并优于柔性基底上的ITO(图2A-B)。利用这种高性能SWCNT透明导电薄膜构建了柔性有机发光二极管(OLED)原型器件,其电流效率达到已报道SWCNT OLED器件最高值的7.5 倍(图2C-D),并具有优异的柔性和稳定性。   本研究从SWCNT网络结构的设计与调控出发,有效解决了限制其透明导电性能提高的关键问题,获得了具有优异柔性和透明导电特性的SWCNT薄膜,可望推动SWCNT在柔性电子及光电子器件中的实际应用。主要研究结果于2018年5月4日在Science Advances在线发表(Sci. Adv. 4, eaap9264 (2018),DOI: 10.1126/sciadv.aap9264)。该研究工作得到了科技部、基金委、中国科学院等部署的相关项目的支持。
  • 《一种调节碳纳米管性能的新技术》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-08-06
    • 来自Skoltech光子学和量子材料中心(CPQM)的研究人员已经开发出一种新技术,通过在其表面上涂覆雾化掺杂剂溶液来微调单壁碳纳米管(SWCNT)的光电特性,从而铺设 新型SWCNT在光电子领域应用的途径。 研究结果发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。 最近几个月,市场上出现了可折叠和可弯曲的屏幕,推动了独家材料的发展,并为下一代几乎所有尺寸和形状的产品开辟了道路。 使用先进解决方案SWCNT生产的透明导电膜(TCF)被视为柔性和透明电子器件的核心元件。 与常规的n型透明刚性导体(例如铝掺杂的氧化锌或锡掺杂的氧化铟)相比,柔性和可拉伸的SWCNT膜具有p型(空穴型)导电性。 然而,对SWCNT电子特性的微弱控制是其广泛工业应用的关键威慑力。 这对于光电应用尤其如此,其中通常需要对导电率和费米能级进行有效控制。 通常用掺杂剂处理碳纳米管。 由Albert Nasibulin教授指导的Skoltech实验室的研究人员制定了一种新方法,保证了SWCNT的均匀,可控和易于重复的气溶胶掺杂。 使用新技术实现的性能引领了这一趋势,通过柔性和透明的电子设备激发了目前广泛使用的刚性透明金属氧化物导体的替代,并开发了基于极其导电透明薄膜的新应用。 “我们的方法可以通过时间控制的掺杂气溶胶粒子沉积来轻松调整SWCNT薄膜参数,”Alexey补充道。 项目科学家观察到,特别针对碳纳米管开发的新型微调方法可应用于其他低维材料的电子结构。