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《基于银纳米线和单壁碳纳米管的透明导电薄膜用于透明加热薄膜》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2019-03-26

  • 本文将银纳米线与单壁碳纳米管(SWCNTs)相结合，设计了一种混合透明导电薄膜(TCFs)，并对基于该薄膜的透明加热薄膜(THFs)进行了评价。通过对比材料的透光率、片材电阻、显微组织和加热曲线等性能，我们发现SWCNTs/AgNWs非常适合制备THFs。详细研究了物理法(热轧法)和化学法(硝酸-聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液)的后处理方法，优化了板材的电阻和透明度，以满足THF的要求。通过对不同后处理方法的研究表明，热轧压机能快速、有效地改善产品性能，而硝酸比PDAC更有利于产品的长期稳定性。结果表明，添加少量的SWCNTs可以快速有效地散热，提高可承受的最大电流，最大电流流量可达4a。测试了THFs的热稳定性和脱蛙性能，表明该复合膜具有抗电流冲击的优点，获得了良好的热效率。研制的热性能稳定的TCFs具有挡风玻璃加热器的性能。

    ——文章发布于2019年3月19日

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相关报告

  • 《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。
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  • 《新闻稿:物理学家解释薄碳纳米管薄膜的金属导电性》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2017-11-29
    • 一个来自MIPT的国际研究团队;列别捷夫物理研究所,RAS;Prokhorov综合物理研究所，RAS;Skoltech;Aalto大学(芬兰)研究了基于单壁碳纳米管的薄宏观薄膜的光学和介电特性，并利用红外和tera赫兹光谱学对其导电性的金属性质进行了解释。研究结果发表在《碳与纳米技术》杂志上。 一个单壁碳纳米管，或SWNT，可以被描绘成一个石墨烯薄片卷成圆柱体。轻、强、耐高温，SWNTs可作为复合材料的添加剂，使其更耐用，或作为制造气溶胶过滤器和电化学传感器的积木。透明和灵活的碳纳米管薄膜——也就是由相互交叉的纳米管形成的二维结构——有各种各样的潜在应用，例如在柔性电子设备上的超级电容器或透明电极——可以弯曲、折叠和扭曲而不断裂的电子设备。因此，研究这些薄膜的电荷转移机制对于基础研究和实际应用都很重要。 物理学家们用特拉赫茨-红外光谱(terahertz -红外光谱)测量了不同温度下的薄膜的光学和电特性，从- 268摄氏度到室温，以及一系列不同的辐射波长——从紫外光到太赫兹(波长约1毫米)。通过对薄膜与辐射相互作用的研究，得出了有关薄膜电动力学的基本数据。 采用气溶胶化学气相沉积法合成了SWNT薄膜。简单地说，一种催化剂前体茂铁的蒸汽被供应到CVD反应器中，在那里它在一氧化碳的大气中分解，形成纳米级的催化剂颗粒。在它们表面，一氧化碳(CO)歧化-同时氧化和还原-发生，最后SWNTs生长。反应器出口的气流经过过滤，SWNTs被收集到硝基纤维素过滤器上。通过改变采集时间的长短，可以获得不同厚度的膜。重要的是，SWNT薄膜可以很容易地通过干燥的沉积或在其独立的形式中使用，也就是说，没有底物。这种方法可以生产高质量的纳米管，没有无定形的碳杂质。 由于SWNTs中的所有碳原子都位于它们的表面，所以相对容易改变这种独特材料的电性。我们可以通过将掺杂剂加入纳米管或用电子受体或受体分子涂层来提高薄膜的电导率，”Skoltech的Albert Nasibulin教授说。在他们的研究中，科学家们在样本中涂上了氯化金，其溶液充当了兴奋剂，并通过将碘和氯化铜填充在适当的蒸汽中，从纳米管中获得薄膜。这样的处理增加了填充管的电荷载体密度，减少了它们之间的接触电阻，使柔性透明的电极和材料具有选择性电荷转移，用于光电子和自旋电子学。 为了在电子产品中使用，电影需要是有效的电荷载体，所以物理学家们研究了他们介电常数的宽带谱。但柔性电子技术也将要求薄膜是透明的，因此它们的光学导电性也被测量了。这两种分析都是在一个广泛的温度范围内进行的，从绝对零度以上到室温。特别感兴趣的是在特拉赫兹和远红外线区域获得的数据。虽然先前的研究结果指出了tera赫兹电导率光谱的峰值(根据研究的不同，频率在0.4到30之间)，但这篇论文并没有明确指出这一现象。作者将这样的结果归因于他们电影的高质量。 由于分析了1000 cm- 1以下频率下的薄膜的光学和介电特性，揭示了典型的导电材料的光谱特征，如金属，研究小组决定采用由Paul Drude开发的相应的电导率模型。根据这个模型，导体中的电荷被自由的载体所转移:就像理想气体分子一样，它们在晶格中的离子之间移动，与它的振动、缺陷或杂质相碰撞。在这项研究中，电荷载体也分散在单个纳米管的交叉处的能量屏障上。然而，正如分析所指出的那样，这些障碍是无关紧要的，并且允许电子在胶片上自由移动。利用德鲁德模型，可以定量地分析各载体有效参数的温度依赖性，即浓度、移动性、平均自由程和碰撞时间之间的关系，这对电影的电动力特性负责。 “我们的研究清楚地表明，tera赫兹光谱学为研究宏观尺度碳纳米管薄膜的电导率机制提供了一种有效的工具，并确定了非接触方式电荷载体的有效参数。”我们的研究结果表明，这些薄膜可以成功地作为各种微电子和纳米电子器件中的组件或组件使用，”MIPT的Terahertz光谱实验室的副主任埃琳娜·朱可娃说。 这篇报道的研究得到了俄罗斯联邦教育和科学部的支持(项目5 - 100，联邦目标项目批准号)。RFMEFI59417X0014)和俄罗斯基础研究基础(第15 -12- 30041号)。 ——文章发布于2017年11月23日
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