碳纳米管/导电聚合物透明柔性导电薄膜的制备与性能研究

碳纳米管薄膜材料以其良好的光透过性、导电性、柔性可以满足作为静电屏蔽材料、电子器件以及透明电极材料的不同要求，在显示技术、柔性电子器件、太阳能电池等方面具有很好的应用前景。研制光透过率高、导电性好的碳管薄膜材料的关键是降低管与管间的接触电阻。本项目拟通过引入导电聚合物，利用其良好的导电、掺杂、分散及成膜性来提高碳管薄膜材料的性能。研究导电聚合物的种类、数量、与碳纳米管的复合方式等对碳纳米管薄膜材料的光透过率、导电性、柔性、稳定性等的影响规律，探索不同种类导电聚合物与单壁碳纳米管之间的掺杂和导电机制。为碳纳米管薄膜材料在抗静电、电磁屏蔽、透明电极等方面的应用打下坚实的工作基础。预期研究结果将发表SCI收录论文3-5篇，培养博士或硕士1-2名，申请中国发明专利1-2项。

传统的氧化锌及铟锡氧化物（ITO）透明导电薄膜材料是采用高温真空溅射法制备的，其原材料稀缺昂贵、制备工艺复杂。另一个无法克服的缺点是这种薄膜的断裂形变小于1％，柔性差。因此，寻找可能替代ITO的新材料一直吸引着大家的研究兴趣。碳纳米管薄膜材料以其良好的光透过性、导电性以及柔性可满足作为静电屏蔽材以及透明电极材料的不同要求，在显示技术、柔性电子器件以及光伏器件等方面具有良好的应用前景。决定碳纳米管薄膜导电性的因素有两个，一个源于碳管自身的电阻RNT；另一个是形成网络结构时碳管与碳管间的接触电阻Rjct。根据渗透理论，碳纳米管形成连通网络时的碳管含量称之为“突增界限值”，当碳管含量超过突增界限值时，管与管间的接触电阻对薄膜的导电性起决定作用。因此如何降低管-管之间的接触电阻成为研制碳纳米管薄膜材料的关键。本项目围绕“碳纳米管柔性导电薄膜的制备与性能研究”着重开展了以下四个方面的工作:. 1）PEDOT/PSS复合单壁碳纳米管透明导电薄膜的研制。在碳纳米管透明导电薄膜中如何提高碳纳米管之间的电学连通度降低其接触电阻对于在确保薄膜透明度的基础上降低薄膜电阻具有非常重要的意义。为了实现上述目标，创新性地将单壁碳纳米管与PEDOT/PSS透明导电聚合物进行复合，很好地解决了碳纳米管透明导电薄膜导电率和透明度之间存在的矛盾关系。所得单壁碳纳米管与EDOT/PSS复合透明导电薄膜在550nm可见光波长的透过率高达90%左右，而其电阻率只有118 Ω/sq。材料的性能达到国际同类先进水平。. 2）以生物大分子DNA/RNA为分散剂的透明导电薄膜的研制。以生物分子DNA及RNA为分散剂，制备了稳定的单壁碳纳米管溶液，研制了透明导电的柔性碳纳米管薄膜材料；发展了多种对碳纳米管薄膜进行后处理的方法，在不影响薄膜透过率和稳定性的前提下，使其导电性有数量级的提高。. 3）有效后处理制备高性能SWCNT-GO复合薄膜。将SWCNT和GO（氧化石墨烯）同时分散到RNA溶液中，并用真空过滤法制备了其复合薄膜。提出了一套有效还原GO，同时除去RNA分子的后处理方法。处理后，薄膜电阻大大下降，下降为原来的1/4-1/13。. 4）碳纳米管/聚苯胺柔性薄膜的制备与性能研究。