碳纳米管透明导电薄膜的可控制备

doi:10.7503/cjcu20210626

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (3): 20210626.doi: 10.7503/cjcu20210626

碳纳米管透明导电薄膜的可控制备

闫文卿¹^,², 张则尧¹^,³^,⁴(), 李彦¹^,²^,³^,⁴()

^1.北京分子科学国家研究中心, 纳米器件物理与化学教育部重点实验室, 稀土材料化学及应用国家重点实验室, 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871
^2.北京大学前沿交叉学院, 北京 100871
^3.北京大学深圳研究院, 深圳 518057
^4.深港产学研基地, 深圳 518057

收稿日期:2021-08-31 出版日期:2022-03-10 发布日期:2021-11-18
通讯作者: 张则尧,李彦 E-mail:zeyaozhang@pku.edu.cn;yanli@pku.edu.cn
基金资助:
国家科技重大专项(2016YFA0201904);国家自然科学基金(21631002);深圳市基础研究项目(JCYJ20170817113121505);深圳市海外高层次人才创新创业专项资金(KQTD20180411143400981);北京分子科学国家研究中心(BNLMS-CXTD-202001)

Controlled Preparation of Carbon Nanotube Transparent Conductive Films

YAN Wenqing¹^,², ZHANG Zeyao¹^,³^,⁴(), LI Yan¹^,²^,³^,⁴()

^1.Beijing National Laboratory for Molecular Science，Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices，State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications，College of Chemistry and Molecular Engineering，Peking University，Beijing 100871，China
^2.Academy for Advanced Interdisciplinary Studies，Peking University，Beijing 100871，China
^3.Peking University Shenzhen Institute，Shenzhen 518057，China
^4.PKU?HKUST Shenzhen?Hongkong Institution，Shenzhen 518057，China

Received:2021-08-31 Online:2022-03-10 Published:2021-11-18
Contact: ZHANG Zeyao,LI Yan E-mail:zeyaozhang@pku.edu.cn;yanli@pku.edu.cn
Supported by:
the National Science and Technology Major Project of China(2016YFA0201904);the National Natural Science Foundation of China(21631002);the Shenzhen Basic Research Project, China(JCYJ20170817113121505);the Shenzhen KQTD Project, China(KQTD20180411143400981);the Project of Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, China(BNLMS-CXTD-202001)

摘要/Abstract

摘要：

碳纳米管具有优秀的导电性能、透光性能和十分突出的柔性, 在柔性透明导电薄膜中有着良好的应用前景. 如何制备同时拥有良好导电性能和透光性能的碳纳米管薄膜是这一领域研究的核心问题. 本综述介绍了碳纳米管薄膜的制备方法, 并重点讨论了基于漂浮催化剂化学气相沉积法的碳纳米管薄膜的可控制备. 在生长过程中限制碳纳米管的团聚、增加碳纳米管的长度、降低杂质的含量是提高碳纳米管薄膜性能的主要策略.

关键词: 碳纳米管, 透明导电薄膜, 化学气相沉积, 柔性

Abstract:

Carbon nanotubes have excellent electrical conductivity， light transmission properties， and outstanding flexibility， which gives them great application potential in flexible transparent conductive films. Preparation of carbon nanotube films with both good electrical conductivity and light transmission properties is the critical issue in this field. This review introduces the preparation methods of carbon nanotube films， and focuses on the controlled preparation of carbon nanotube films based on floating catalyst chemical vapor deposition. During the growth process， limi- ting the bundling of carbon nanotubes， increasing their length， and reducing the impurities are the main strategies to improve the performance of carbon nanotube films.

Key words: Carbon nanotube, Transparent conductive film, Chemical vapor deposition, Flexibility

中图分类号:

O613

TrendMD:

闫文卿, 张则尧, 李彦. 碳纳米管透明导电薄膜的可控制备. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210626.

YAN Wenqing, ZHANG Zeyao, LI Yan. Controlled Preparation of Carbon Nanotube Transparent Conductive Films. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210626.

图/表 9

Fig.1 Requirements for the performance of trans? parent conductive films in several types of devices

Fig.2 Schematic diagram of preparing carbon nanotube films by the FCCVD method

Fig.3 Schematic diagram of preparing carbon nanotube films by solution method[8]（A） Dipping method；（B） LB method；（C） spin coating method；（D） spraying method；（E） vacuum filtration method. Copyright 2016， American Chemical Society.

Fig.4 Carbon nanotube films prepared by FCCVD with different carbon sources（A） CO［53］. The left side of （A） is a nitrocellulose filter paper， and the right side is a polyethylene terephthalate film with holes. Copyright 2011， American Chemical Society. （B） Methane［50］. Copyright 2007， American Chemical Society. （C） Xylene［48］. Copyright 2010， the Royal Society of Chemistry.

Fig.5 Effect of catalyst concentrations on carbon nanotube films[58]（A） Transparent and conductive properties of carbon nanotube films grown with different catalyst concentrations；（B）—（D） AFM height maps of carbon nanotube films deposited with three catalyst concentrations；（E）—（G） corresponding statistical results of the height information of carbon nanotubes or tube bundles. The columns located in the red area represents individual carbon nanotubes， for the height of those nanotubes are below 1.8 nm. Copyright 2016， Elsevier Ltd.

Fig.6 Effect of carbon nanotube bundle length on film properties[59]（A） Statistics of the length of tube bundles in carbon nanotube films grown with different conditions；（B） corresponding film properties. Copyright 2010， American Chemical Society.

Fig.7 Effect of carbon nanotube aggregation degree on film properties（A） The transparent and conductive properties of the films with different carbon nanotube aggregation conditions； the inset is the absorption spectrum of the S11 region of the corresponding films；（B） corresponding to the length distribution of the carbon nanotube bundles in the three films［61］. Copyright 2015， American Institute of Physics. （C） Typical TEM image of carbon-welded isolated SWCNTs；（D） statistical data of the numbers of isolated and bundled SWCNTs in the network［62］. Copyright 2018， American Association for the Advancement of Science. （E） Continuous fabrication of meter-scale SWCNT films［63］. The upper part of the figure is a schematic showing the apparatus designed for the synthesis， deposition， and transfer of SWCNT films. Below that is a SWCNT thin film transferred on a flexible PET substrate with a length of more than 2 m. Copyright 2018， John Wiley & Sons Inc.

Fig.8 Effect of dopants on the properties of carbon nanotube films（A） The relationship between light transmittance and square resistance of carbon nanotube films before and after SOCl2 doping［68］. Copyright 2007， American Institute of Physics. （B） Effect of AuCl3 solution of different concentrations on the square resistance of carbon nanotube films［69］. Copyright 2008， American Chemical Society. （C） The change of resistance after the films doped with AuCl3 and three organic molecules with TFSI functional groups［76］. Copyright 2010， American Chemical Society. （D） Effect of MoO3 doping on the transparent conductivity of carbon nanotube films［72］. Copyright 2012， American Chemical Society.

Fig.9 Limitations of existing dopants（A） The ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of carbon nanotube films doped by HNO3 with the increase of drying time［66］. Copyright 2009， IOP Publishing. （B） The picture on the left shows the change of the square resistance of AuCl3 doped carbon nanotube films annealed at different temperatures in Ar for 1 h. The two pictures on the right are TEM pictures of carbon nanotube films before and after doping［70］. Copyright 2011， American Chemical Society. （C） The absorption spectrum of the TCNQ doped carbon nanotube films after vacuum heating. The curves from bottom to top are： TCNQ doped carbon nanotube film， 200 ℃ heating， 250 ℃ heating， 300 ℃ heating and original absorption spectrum of carbon nanotube film［74］. Copyright 2003， Springer Nature. （D） Performance changes of carbon nanotube films doped with MoO3 and F4-TCNQ under different conditions. The inset shows the doping results of other dopants［72］. Copyright 2012， American Chemical Society.

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碳纳米管透明导电薄膜的可控制备

Controlled Preparation of Carbon Nanotube Transparent Conductive Films

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图/表 9

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