CN104021879B - 碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，对对苯二甲酸乙二醇酯PET基底依次进行硝酸浸泡、水洗和晾干的预处理，并以此预处理后的PET为基底喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜FTCFs；所述喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜FTCFs的具体步骤为：将放有PET的加热板加热至60‑90℃预喷涂温度，低速喷涂10‑20次，随后升温至100‑130℃，高速喷涂30‑50次制得FTCFs。本发明可有效提高SWCNTs在PET上的附着力，而超声波共振法也为FTCFs附着力的检测提供了一种有效途径。此外，本发明操作过程简单，无污染，易于实施，效果明显。

Description

碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备，属于纳米材料、显示材料、光电子器件、通讯技术领域。

背景技术

对苯二甲酸乙二醇酯(对苯二甲酸乙二醇酯)作为一种碳纳米管柔性透明导电薄膜优选的柔性基底，具有透光率高，耐形变，柔性好等优点，因而在电子发光器件中得到广泛应用。

碳纳米管具有良好的导电性能和柔韧性，由其制备的碳纳米管柔性透明导电薄膜在在电子发光器件，太阳能电池，液晶显示器等领域具有广泛应用。采用喷涂法以对苯二甲酸乙二醇酯为基底制备碳纳米管柔性透明导电薄膜，速度快，膜表面均匀，柔软耐形变，操作简便快捷。

然而，直接将碳纳米管溶液喷涂到对苯二甲酸乙二醇酯基底上，其内层碳纳米管在对苯二甲酸乙二醇酯基底上的均匀性不佳，附着力也比较低。同时，由于技术的限制碳纳米管在对苯二甲酸乙二醇酯基底上的附着力很难直接测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，该方法操作过程简单、无污染、易于实施、效果明显，可有效提高SWCNTs在对苯二甲酸乙二醇酯上的附着力。

本发明的另一目的是提供上述碳纳米管柔性透明导电薄膜SWCNTs附着力的检测方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：对对苯二甲酸乙二醇酯基底依次进行硝酸浸泡、水洗和晾干的预处理，并以此预处理后的基底喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜；所述喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜的具体步骤为：将放有对苯二甲酸乙二醇酯的加热板加热至60-90℃预喷涂温度，低速喷涂10-20次，随后升温至100-130℃，高速喷涂30-50次制得碳纳米管柔性透明导电薄膜。

所述制得的碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力检测方法是：

①选取透光率在60％-90％的柔性碳纳米管薄膜作为超声检测样品，超声频率30-50KHz，超声功率40-60W，并用秒表计时；

②以预处理对苯二甲酸乙二醇酯为基底的柔性碳纳米管薄膜超声检测步骤：

(a)将烘干后的碳纳米管柔性透明导电薄膜垂直放入盛有去离子水的烧杯中；

(b)启动超声波清洗机，待超声稳定后，将烧杯放入超声波清洗机内；

(c)每超声3-10s取出观察碳管是否从对苯二甲酸乙二醇酯基底表面脱落，直至观察到有部分脱落为止；

(d)测量多组样品取时间平均值，实验过程计时并对样品拍照。

所述对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇酯基底的预处理工艺具体依照下列步骤进行：

①将原始对苯二甲酸乙二醇酯基底放入到乙醇中，在30-50KHZ、50-200W功率下超声浸泡1-5h，然后放入到硝酸中静置浸泡1-5h；

②取出①中的对苯二甲酸乙二醇酯放入到去离子水中静置1-3h，除去对苯二甲酸乙二醇酯表面的硝酸，并使对苯二甲酸乙二醇酯表面在水中发生水解变化；

③将②中对苯二甲酸乙二醇酯放在通风橱中静置晾干10-15h。

所述碳纳米管溶液按质量百分比，由以下组分组成：

碳纳米管 0.005％-0.05％

十二烷基苯磺酸钠 0.5％-5％

去离子水 99.495％-94.95％

上述组分总量为100％。

所述碳纳米管溶液配制，包括以下步骤：

①以质量比0.005％-0.05％的比例称取碳纳米管粉末，0.5％-5％的十二烷基苯磺酸钠，溶于50-200ml去离子水中，在超声波清洗器里50-100W功率下超声1-3h，然后再在分散仪中100-150W功率下超声0.5-1h制得碳管分散液；

②将①步骤制备的碳管分散液1000-5000rpm转速下离心分离1-2h，取上层离心液于一小烧杯中用保鲜膜覆盖静置待用。

所述碳纳米管直径为0.8-3nm、长度为5-30μm、纯度为60-99％。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、本发明通过对对苯二甲酸乙二醇酯基底表面进行预处理可很好地提高其对碳纳米管溶液的亲和性能，使得喷涂过程中碳纳米管更加均匀的分布在对苯二甲酸乙二醇酯基底表面。

2、本发明通过对碳纳米管柔性透明导电薄膜进行附着力超声共振检测可间接表征对苯二甲酸乙二醇酯基底对碳纳米管的附着力大小。

3、本发明操作过程简单，易于实施，对环境无污染。

附图说明

图1为碳纳米管柔性透明导电薄膜的预处理及低高温喷涂过程示意图；

图2为强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力检测方法示意图；

图3为对不同基底及后处理方式得到的碳纳米管柔性透明导电薄膜进行附着力超声检测示意图，其中：图3-a是水洗对苯二甲酸乙二醇酯为基底水洗碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力超声测试示意图，图3-b是预处理对苯二甲酸乙二醇酯为基底酸洗碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力超声测试示意图；

图4为表征超声后碳纳米管柔性透明导电薄膜不同部位碳纳米管的拉曼光谱图。

具体实施方式

一、如图1所示：一种强附着力的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1、对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇酯基底1的预处理：

①将原始对苯二甲酸乙二醇酯基底放入到乙醇中，在30-50KHZ、50-200W功率下超声浸泡1-5h，然后放入到2-12M硝酸中静置浸泡1-5h；

②取出①中的对苯二甲酸乙二醇酯放入到去离子水中静置1-3h，除去对苯二甲酸乙二醇酯表面的硝酸，并使对苯二甲酸乙二醇酯表面在水中发生水解变化；

③将②中对苯二甲酸乙二醇酯放在通风橱中静置晾干10-15h。

2、喷涂用碳纳米管溶液的制备：

①以质量比0.005％的比例称取碳纳米管(SWCNTs)2粉末，以质量比0.5％的比例称取十二烷基苯磺酸钠(SDBS)3，溶于100ml去离子水中，在超声波清洗器里100W功率下超声1.5h，然后再在分散仪中120W功率下超声1h。

②将①步骤制备的碳管分散液1000rpm转速下离心分离1h，取上层离心液于一小烧杯中用保鲜膜覆盖静置待用。

所述碳纳米管2直径为0.8-3nm、长度为5-30μm、纯度为60-99％。

3、制备碳纳米管柔性透明导电薄膜碳纳米管柔性透明导电薄膜：将放有对苯二甲酸乙二醇酯的加热板加热至80℃预喷涂温度，低速喷涂15次，随后升温至110℃，高速喷涂30次制得碳纳米管柔性透明导电薄膜。

将刚喷涂制备的碳纳米管柔性透明导电薄膜碳纳米管柔性透明导电薄膜需在去离子水中静置0.5-2h，部分除去SDBS，然后在60-100℃温度下干燥0.5-1.5h，最后在2-12M硝酸中酸洗1-5h，以除去对苯二甲酸乙二醇酯表面的结合水，制成碳纳米管柔性透明导电薄膜样品。

二、将喷涂用碳纳米管溶液均匀喷涂在原始对苯二甲酸乙二醇酯基底4和预处理对苯二甲酸乙二醇酯基底1上，制得相应碳纳米管柔性透明导电薄膜，分别对其进行水洗和酸洗后处理，并对以上两种碳纳米管柔性透明导电薄膜进行附着力超声共振检测。

选取透光率在80％的柔性碳纳米管薄膜作为超声检测样品，超声频率45KHz，超声功率60W，并用秒表计时。

1、以预处理对苯二甲酸乙二醇酯为基底制得的柔性碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力超声检测步骤如下：

①将烘干后的碳纳米管柔性透明导电薄膜垂直放入盛有去离子水的烧杯中。

②启动超声波清洗机，待超声稳定后，将烧杯放入超声波清洗机内。

③每超声5s取出观察碳管是否从对苯二甲酸乙二醇酯基底表面脱落，直至观察到有部分脱落为止。

④多次测量多组样品取时间值。实验过程计时并对样品拍照。

2、以水洗对苯二甲酸乙二醇酯为基底制得的碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力超声检测步骤重复上述①②③④步骤。

如图2、3所示：两者附着力超声表征：

对以水洗及预处理对苯二甲酸乙二醇酯为基底的碳纳米管柔性透明导电薄膜s进行碳纳米管SWCNTs超声脱落时间计时，通过比较各自脱落时间长短可间接比较附着力大小。通过Raman spectroscope对超声前后碳纳米管柔性透明导电薄膜不同位置处的碳纳米管做拉曼光谱，可检测随碳纳米管薄膜厚度的变化碳纳米管结构性能的变化。

Claims (6)

1.一种碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：对对苯二甲酸乙二醇酯基底依次进行硝酸浸泡、水洗和晾干的预处理，并以此预处理后的基底喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜；所述喷涂碳纳米管溶液制得碳纳米管柔性透明导电薄膜的具体步骤为：将放有对苯二甲酸乙二醇酯的加热板加热至60-90℃预喷涂温度，低速喷涂10-20次，随后升温至100-130℃，高速喷涂30-50次制得碳纳米管柔性透明导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述制得的碳纳米管柔性透明导电薄膜附着力检测方法是：

①选取透光率在60％-90％的柔性碳纳米管薄膜作为超声检测样品，超声频率30-50KHz，超声功率40-60W，并用秒表计时；

②以预处理对苯二甲酸乙二醇酯为基底的柔性碳纳米管薄膜超声检测步骤：

(a)将烘干后的碳纳米管柔性透明导电薄膜垂直放入盛有去离子水的烧杯中；

(b)启动超声波清洗机，待超声稳定后，将烧杯放入超声波清洗机内；

(c)每超声3-10s取出观察碳管是否从对苯二甲酸乙二醇酯基底表面脱落，直至观察到有部分脱落为止；

(d)测量多组样品取时间平均值，实验过程计时并对样品拍照。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述对苯二甲酸乙二醇酯基底的预处理工艺具体依照下列步骤进行：

①将原始对苯二甲酸乙二醇酯基底放入到乙醇中，在30-50KHZ、50-200W功率下超声浸泡1-5h，然后放入到硝酸中静置浸泡1-5h；

②取出①中的对苯二甲酸乙二醇酯放入到去离子水中静置1-3h，除去对苯二甲酸乙二醇酯表面的硝酸，并使对苯二甲酸乙二醇酯表面在水中发生水解变化；

③将②中对苯二甲酸乙二醇酯放在通风橱中静置晾干10-15h。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管溶液按质量百分比，由以下组分组成：

碳纳米管 0.005％-0.05％

十二烷基苯磺酸钠 0.5％-5％

去离子水 99.495％-94.95％

上述组分总量为100％。

5.根据权利要求1或4所述的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管溶液配制，包括以下步骤：

①以质量比0.005％-0.05％的比例称取碳纳米管粉末，0.5％-5％的十二烷基苯磺酸钠，溶于50-200ml去离子水中，在超声波清洗器里50-100W功率下超声1-3h，然后再在分散仪中100-150W功率下超声0.5-1h制得碳管分散液；

②将①步骤制备的碳管分散液1000-5000rpm转速下离心分离1-2h，取上层离心液于一小烧杯中用保鲜膜覆盖静置待用。

6.根据权利要求4所述的碳纳米管柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管直径为0.8-3nm、长度为5-30μm、纯度为60-99％。