碳纳米管/聚碳酸酯柔性透明导电薄膜连续化制备及性能研究

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透明导电薄膜(TCF)是指通过物理或者化学镀膜方法制备的一种既具有好的导电性又在可见光范围内具有透光性的均匀薄膜。目前,铟锡氧化物(ITO)在TCF的市场应用中占据主导地位,但是由于铟储量稀少及ITO自身的脆性,无法满足柔性电子设备的长远发展。因此人们开始探究新型的替代材料,其中碳纳米管(CNTs)与柔性基体结合受到人们的广泛研究。本文以聚碳酸酯(PC)为基体,多壁碳纳米管(MWNTs)、单壁碳纳米管(SWNTs)为导电粒子,通过自主设计的卷对卷(R2R)喷涂装置,连续制备出MWNTs/PC透明导电薄膜以及SWNTs/MWNTs/PC透明导电薄膜,主要研究内容以及结论如下:(1)MWNTs/PC透明导电薄膜的连续化制备及性能研究通过超声处理和离心分离的方法制备出0.01 wt%MWNTs分散液,然后借助R2R喷涂装置制备出MWNTs/PC透明导电薄膜。研究了薄膜的光电性能和MWNTs的质量分数分别与循环喷涂次数的关系。结果表明透光率随着循环喷涂次数增加线性降低,表面电阻在循环喷涂3次之后几乎保持恒定,MWNTs的质量分数与循环喷涂次数成线性关系。综合考虑,循环喷涂3次的MWNTs/PC透明导电薄膜(PM3)具有最佳的透光性和导电性,因此我们选择它做进一步的研究。通过分析PM3在内外不同弯曲形变以及动态循环弯曲下的电阻变化来研究它的柔韧性,结果发现PM3的电阻没有发生显著变化表明它具有良好的柔韧性。随后,我们对PM3进行了简易热压处理(PM3/HP),用3M胶带对PM3和PM3/HP进行了粘附性检测,结果发现热压显著提高了MWNTs与PC薄膜的结合力。最后,我们研究了PM3和PM3/HP对3种不同有机气体的敏感行为,结果表明PM3/HP对被测的任意一种有机气体的响应度都明显低于PM3,但是循环稳定性高于PM3。此外,PM3和PM3/HP对甲苯的敏感行为最佳。这为大面积制备透明的气敏传感器提供了有效的途径。(2)SWNTs/MWNTs/PC透明导电薄膜的连续化制备及性能研究为了同时提高薄膜的导电性和粘附性,将SWNTs和MWNTs进行联合使用。以循环喷涂1次的MWNTs/PC透明导电薄膜(PM1)为基体,循环喷涂SWNTs分散液,制备出SWNTs/MWNTs/PC透明导电薄膜。研究了薄膜的光电性能与循环喷涂次数的关系,结果表明循环喷涂1次的SWNTs/MWNTs/PC透明导电薄膜(PM1S1)的表面电阻为3 k?/sq,标准差为1 k?/sq;透光率为82%,相对于PC薄膜仅仅下降了6%。为了更好分析了薄膜的导电性和透光性,通过扫描式电子显微镜观察了PM1S1表面CNTs的分布情况。随后,对PM1S1进行了FTIR、XRD、Raman和DSC分析,表明CNTs与PC薄膜之间具有很好的结合力。接着,对PM1S1进行了粘附性测试和耐户外环境测试,表明它具有很好的粘附性以及耐气候稳定性。通过分析PM1S1在内外不同弯曲形变以及动态循环弯曲下的电阻变化来研究它的柔韧性,结果发现PM1S1的电阻没有发生显著变化表明它具有良好的柔韧性。最后,对薄膜在透光性转变以及热致变色方面的应用进行了研究,结果表明通断电可以循环调控透光性或者颜色转变。这为柔性智能窗的发展提供了一个很好的方向,具有重要的参考价值。
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