實現柔性碳納米薄膜的透明導電協同提升和大面積制備 | 進展

需要增透減反技術可以聯系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

未來的電子、光電、能源等領域迫切需要大面積柔性透明導電薄膜（TCF）。而在現代技術中廣泛應用的氧化銦錫（ITO）TCF，由于銦是****資源且價格昂貴，以及ITO固有的脆性，難以滿足科技發展（尤其是新一代柔性電子器件）的需求。目前，已開發出碳納米薄膜、金屬納米線、導電高分子等替代ITO的透明導電材料。其中，碳納米薄膜被認為是*有潛力的候選材料之一，因其具有優異的電學和光學特性，柔性和出色的穩定性，以及未來**應用和航空航天領域亟需的輕質、抗輻照以及超耐疲勞等特性。然而，實現柔性透明導電薄膜廣泛應用的前提不僅要求其克服透光率和導電性之間的相互制約，而且還須能夠大面積甚至規模化制備。這是多年來一直困擾碳納米材料領域乃至TCF領域的丞待解決的一個難題。

圖1.（a-c）漂浮在水面上的自支撐G-RSWNT薄膜照片，尺寸分別為1m×10cm，A4尺寸，A3尺寸。（d-g）不同碳納米薄膜的透射光譜、面電阻、品質因子、應力-應變曲線和拉曼光譜。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心先進材料與結構分析實驗室“納米材料與介觀物理”研究組（A05組），長期致力于低維碳納米材料和納米結構的制備、物性與應用基礎研究逾30載，取得了一系列**成果。在研發出一種吹脹氣溶膠法連續直接制備出自支撐透明導電碳納米管薄膜（CNT TCF）（Advanced Materials, 32, 2004277, 2020；發明**ZL 201310164499.5, ZL 201811117042.8, PCT**US 10,144,647 B2）的基礎上，*近，針對上述挑戰性難題，該課題組博士生岳盈，在周維亞研究員指導下，基于這種CNT TCF，提出了一種先進的碳納米管網絡重組（CNNR）策略，設計并研發出一種**性的刻面驅動CNNR（FD-CNNR）技術，突破了碳納米薄膜關鍵性能之間相互制約的瓶頸，實現了大面積制備和無損轉移，為解決大面積柔性TCF“卡脖子”問題提供了一個有效方案。

圖2.（a）FD-CNNR技術原理示意圖。（b）FD-SWNT重組機制示意圖。（c，d）重組過程的原位SEM圖像，比例尺從左到右分別為10μm、2μm和500nm。（e-h）G、SWNT、RSWNT和G-RSWNT的SEM圖像，標尺為2μm。

該工作基于FD-CNNR技術的獨特機制，**在單壁碳納米管（SWNT）和Cu-O重構之間引入一種相互作用，使SWNT網絡重組為更高效的導電路徑。利用FD-CNNR技術，設計并制備出A3尺寸甚至米級長度的大面積柔性自支撐重組碳納米透明導電薄膜（RNC-TCF），包括重組 SWNT（RSWNT）薄膜和石墨烯與重組 SWNT（G-RSWNT）復合薄膜，后者的面積是現有該種自支撐復合薄膜的1200多倍，并且使這些輕質薄膜表現出優異的柔韌性，具有協同增強的高力學強度、出色的透光率和導電率以及顯著的FOM 值。

圖3.典型Cu晶面上的SWNT重組過程的原位SEM圖像。

所制備的大面積RNC-TCF 能夠在水面自支撐，并能無損轉移至其它目標基底上而不受污染。基于大面積G-RSWNT TCF結合液晶層，制作了A4尺寸的新型柔性智能窗，具有快速加熱、可控調光和除霧等多功能。FD-CNNR技術不但可以擴展到大面積甚至規模化制造TCF，而且可為TCF和其它功能薄膜的設計提供新的思路。該工作彌補了大面積石墨烯-碳納米管復合薄膜領域研究的短板，有望推動大面積、柔性、自支撐、輕質、透明導電碳納米薄膜的規模化制備和其在未來的柔性電子、光電器件、光學工程、人工智能、現代建筑、交通運輸甚至航空航天等領域的應用。

圖4.（a，b）SWNT重組過程的參數優化。（c）本工作與其他報道中的碳納米薄膜面電阻和透光率的比較。（d）本工作與其他報道中的碳納米薄膜的多種性能比較。（e）A3尺寸和1m×10cm的轉移至PET襯底的 G-RSWNT TCF照片。

相關研究成果申請了中國發明**，研究論文以“Large-Area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-Walled Carbon Nanotube Networks”為題在《Advanced Materials》刊發。該組博士生張迪、博士生王鵬宇、夏曉剛博士、博士生吳欣、博士生張月娟、博士生梅杰、李少青博士、博士生李明明等人參與了該項研究工作，并得到該組劉華平研究員、王艷春**工程師、張霄特聘研究員、魏小均副研究員的積極合作和支持。在此，特別致謝并深切緬懷該組的創始人解思深院士。

圖5.（a）基于G-RSWNT薄膜和液晶層的柔性智能窗的結構和原理示意圖。（b）智能窗在不同電壓密度下的溫度變化。（c）智能窗在不同穩態溫度下所需的功率密度。（d）智能窗在ON/OFF狀態下的透光率。（e, f）室溫25℃，展平和彎曲狀態下，通過電壓調控智能窗透明度變化。（g）20℃下的除霧測試，智能窗工作溫度為28℃。

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  卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
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