A3面積、米級長度！新型柔性碳納米薄膜
A3面積、米級長度！新型柔性碳納米薄膜
需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313
上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
在現(xiàn)代技術(shù)中，透明導(dǎo)電薄膜（TCF）是許多電子、光電、能源等設(shè)備的重要組成部分。其中，氧化銦錫（ITO）以其優(yōu)異的透明導(dǎo)電性成為了工業(yè)生產(chǎn)中的主流。然而，銦是****資源且價格昂貴，ITO固有的脆性更是使其難以應(yīng)用在日漸發(fā)展的柔性可穿戴器件中。目前，已開發(fā)出碳納米薄膜、金屬納米線、導(dǎo)電高分子等替代ITO的透明導(dǎo)電材料。其中，碳納米薄膜被認(rèn)為是*有潛力的候選材料之一，因其具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性，柔性和出色的穩(wěn)定性，以及未來**應(yīng)用和航空航天領(lǐng)域亟需的輕質(zhì)，抗輻照，以及超耐疲勞等特性。然而，實(shí)現(xiàn)柔性透明導(dǎo)電薄膜廣泛應(yīng)用的前提不僅要求其有高質(zhì)量，而且還須能夠大面積甚至規(guī)模化制備。
為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國科學(xué)院物理研究所周維亞研究員指導(dǎo)博士生岳盈等，研發(fā)了一種新穎的刻面驅(qū)動碳納米管網(wǎng)絡(luò)重組方法（FD-CNNR），用于制備大面積柔性自支撐碳納米透明導(dǎo)電薄膜，使重組薄膜的力學(xué)強(qiáng)度、透光率和電導(dǎo)率等多種性能得到協(xié)同提升，并且其面積可達(dá)A3尺寸，長度可達(dá)米級。基于該薄膜，設(shè)計并構(gòu)筑了一種新型柔性智能窗。相關(guān)工作以“Large-area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-walled Carbon Nanotube Networks”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。
/ 碳納米薄膜的透明導(dǎo)電性、力學(xué)性能得到協(xié)同提升 /
目前，工業(yè)界大多認(rèn)為應(yīng)用于智能窗、觸摸屏、可穿戴設(shè)備等的TCF應(yīng)保持85%以上的透光率，并且在實(shí)際應(yīng)用中的TCF面電阻需小于100 Ω/sq。圖1a-c為使用FD-CNNR方法制備的A4、A3尺寸，以及長度為米級的大面積自支撐重組碳納米薄膜照片，薄膜厚度僅幾十納米，自支撐地漂浮在水面上。對單獨(dú)的石墨烯（G），原始單壁碳納米管（SWNT），重組單壁碳納米管（RSWNT），以及重組碳納米管-石墨烯（G-RSWNT）薄膜的透明導(dǎo)電性進(jìn)行測試，結(jié)果顯示在圖1d中。制備的RSWNT TCF在90%透光率下，面電阻僅110 Ω/sq，G-RSWNT TCF更是在86%的透光率下具有僅69 Ω/sq的面電阻，相比于原始的SWNT，導(dǎo)電性提升了2.3倍，透光率提升了11%，實(shí)現(xiàn)了透明導(dǎo)電性的協(xié)同提升。并且， RSWNT TCF 和 G-RSWNT TCF的力學(xué)強(qiáng)度也得到了協(xié)同提升，楊氏模量分別為~35和~45 MPa，約為原始SWNT-TCF（~5 MPa）的8倍（圖1e）。
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1 m×10 cm，A4尺寸，A3紙尺寸。（d）不同碳納米薄膜的透射光譜和面電阻。（e）不同碳納米薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，斜率代表?xiàng)钍夏Ａ俊?
/ 刻面驅(qū)動重組機(jī)制助力形成大面積Y型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) /
FD-CNNR方法的示意圖如圖2a和2b所示。SWNT貼合在光滑的銅箔上，在真空中加熱。隨著溫度的升高，銅與吸附的微量氧發(fā)生表面重構(gòu)，產(chǎn)生鋸齒狀的微觀結(jié)構(gòu)，稱之為“刻面”。具體的，在高溫下，化學(xué)吸附的氧將蒸發(fā)的銅原子捕獲到流體相，流體相中的Cu-O前體在表面凝聚成Cu-O 鏈，該過程涉及大量的銅原子傳輸。隨著溫度的升高，刻面的寬度從*初的幾納米逐漸變大。在900 ℃左右刻面的寬度可達(dá)幾十至幾百納米，這時 SWNT的位置會顯著受到銅原子傳輸?shù)挠绊懀纯堂骝?qū)動SWNT發(fā)生移動，相鄰的SWNT逐漸靠近并形成連接，SWNT重組開始。當(dāng)溫度升高到1030 ℃，由于接近銅熔點(diǎn)，預(yù)熔顯著，刻面的形貌逐漸消失，RSWNT重組也基本完成，此時可通入碳源進(jìn)一步制備G-RSWNT。原位的SEM表征證實(shí)了這一過程（圖2c和2d）。獲得的RSWNT和G-RSWNT的形貌圖像如圖2e和2f所示，表面干凈平整，呈現(xiàn)出大面積的Y型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這是一種更高效的導(dǎo)電路徑和更堅韌的力學(xué)網(wǎng)絡(luò)，是協(xié)同提升重組碳納米薄膜多種性能的關(guān)鍵因素。
圖 2. （a，b）刻面驅(qū)動SWNT網(wǎng)絡(luò)重組示意圖。（c，d）RSWNT和G-RSWNT的SEM圖像。
【大面積自支撐碳納米透明導(dǎo)電薄膜可被無損轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底】
將重組碳納米管薄膜的各項(xiàng)性能與*近的代表性柔性TCF相關(guān)的報道進(jìn)行比較，如圖3a和3b所示。可見，重組碳納米薄膜不僅透明導(dǎo)電性處于**水平，還具有自支撐、潔凈轉(zhuǎn)移等優(yōu)異特性。同時，該工作擬補(bǔ)了大面積石墨烯-碳納米管復(fù)合薄膜領(lǐng)域的研究短板。
在實(shí)際應(yīng)用中，大面積、均勻的G-RSWNT薄膜可以通過Batch-to-Batch方法自支撐轉(zhuǎn)移至任意襯底。該工藝十分簡單，并且具有良好的兼容性。圖3c展示了PET襯底上的大面積G-RSWNT薄膜照片。
圖 3. （a）本工作與其他報道中的碳納米薄膜的面電阻和透光率比較。（b）本工作與其他報道中的碳納米薄膜的多種性能比較。（c）A3尺寸和1 m×10 cm的G-RSWNT TCF照片，襯底為PET。
/ 基于重組碳納米透明導(dǎo)電薄膜和相變液晶的柔性智能窗 /
優(yōu)異的透明度和導(dǎo)電性以及大面積的制備使得重組碳納米薄膜成為下一代透明導(dǎo)電材料的有力競爭者。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，滿足節(jié)能環(huán)保等多功能需求的智能化設(shè)備日益受到重視。在建筑，交通運(yùn)輸甚至航空航天等領(lǐng)域，用于分隔內(nèi)外空間的窗戶往往會帶來額外的能源耗散，在一些惡劣的環(huán)境下還會面臨起霧和結(jié)冰等問題。這一方面會帶來能源的浪費(fèi)，另一方面還會對窗戶的**性和實(shí)用性造成影響。為了解決這些問題，本工作制備了一種基于G-RSWNT薄膜和相變液晶的柔性智能窗，可以實(shí)現(xiàn)可控調(diào)光，快速加熱，除霧等功能。其原理示意和性能測試如圖4a和4b所示。
根據(jù)需求，當(dāng)環(huán)境溫度低于相變溫度（~30°C）時，智能窗處于透明狀態(tài)（OFF），此時會有更多的陽光進(jìn)入室內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度較高，或需要保護(hù)隱私、投影等功能時，可通過增加電壓（2 V cm-1）將智能窗調(diào)節(jié)到不透明狀態(tài)（ON）。當(dāng)窗戶遇到霧氣時，智能窗可以通過焦耳加熱（0.04 W cm-2）來除霧。圖4e-g展示了A4 尺寸的柔性智能窗的實(shí)際工作照片。得益于 G-RSWNT TCF 的出色穩(wěn)定性，智能窗在人工控制服役期間同樣具有出色的環(huán)境穩(wěn)定性。
這種性能**的多功能柔性智能窗未來可用于顯示窗、顯示鏡、顯微鏡、相機(jī)鏡頭等設(shè)備。此外，它在航空航天飛行器、建筑房屋（商店、辦公室等）、農(nóng)作物種植、運(yùn)輸設(shè)備（輪船、飛機(jī)等）以及在極寒地區(qū)使用的裝甲車等場景中也有很大的使用價值。
圖 4. （a）基于G-RSWNT薄膜的柔性智能窗的結(jié)構(gòu)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(wěn)態(tài)溫度下的功率面密度。（d）智能窗在ON/OFF狀態(tài)下的透射率。（e, f）室溫25 ℃，展平和彎曲狀態(tài)下，通過電壓調(diào)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 ℃。
/ 總結(jié) /
為了克服碳納米薄膜的一些關(guān)鍵特性（透明度、導(dǎo)電性、力學(xué)強(qiáng)度等）之間的相互制約，本工作提出了一種先進(jìn)的FD-CNNR 策略來設(shè)計并制備重組碳納米薄膜（包括 RSWNT TCF和 G-RSWNT TCF）。這些薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性、高力學(xué)強(qiáng)度、輕質(zhì)、出色的透光率和導(dǎo)電性、以及穩(wěn)定性。同時，還可以實(shí)現(xiàn)大面積甚至規(guī)模化制備。基于大面積柔性 G-RSWNT TCF 的新型 A4 尺寸柔性智能窗已經(jīng)研制成功，可以實(shí)現(xiàn)可控調(diào)光和快速除霧，在智能制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
柔性、輕質(zhì)、高強(qiáng)度、大面積的碳納米透明導(dǎo)電薄膜可應(yīng)用于柔性電子、光電器件、光學(xué)工程、人工智能、現(xiàn)代建筑、交通運(yùn)輸甚至航空航天等領(lǐng)域。此外，F(xiàn)D-CNNR 策略不僅能為 TCF 的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能優(yōu)化提供新的視角，還能為其他功能薄膜（高強(qiáng)度薄膜、保護(hù)膜等）的研究提供新的啟示。
原文：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313971
來源：DT-Carbontech
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。卷柔新技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤空間和競爭優(yōu)勢，為中國的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
