Controlled Preparation of Carbon Nanotube Transparent Conductive Films

doi:10.7503/cjcu20210626

Abstract

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

CLC Number:

O613

TrendMD:

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

Figures/Tables 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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