實(shí)現(xiàn)柔性碳納米薄膜的透明導(dǎo)電協(xié)同提升和大面積制備 | 進(jìn)展

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(hào)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)。

未來的電子、光電、能源等領(lǐng)域迫切需要大面積柔性透明導(dǎo)電薄膜（TCF）。而在現(xiàn)代技術(shù)中廣泛應(yīng)用的氧化銦錫（ITO）TCF，由于銦是****資源且價(jià)格昂貴，以及ITO固有的脆性，難以滿足科技發(fā)展（尤其是新一代柔性電子器件）的需求。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克服透光率和導(dǎo)電性之間的相互制約，而且還須能夠大面積甚至規(guī)模化制備。這是多年來一直困擾碳納米材料領(lǐng)域乃至TCF領(lǐng)域的丞待解決的一個(gè)難題。

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1m×10cm，A4尺寸，A3尺寸。（d-g）不同碳納米薄膜的透射光譜、面電阻、品質(zhì)因子、應(yīng)力-應(yīng)變曲線和拉曼光譜。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室“納米材料與介觀物理”研究組（A05組），長期致力于低維碳納米材料和納米結(jié)構(gòu)的制備、物性與應(yīng)用基礎(chǔ)研究逾30載，取得了一系列**成果。在研發(fā)出一種吹脹氣溶膠法連續(xù)直接制備出自支撐透明導(dǎo)電碳納米管薄膜（CNT TCF）（Advanced Materials, 32, 2004277, 2020；發(fā)明**ZL 201310164499.5, ZL 201811117042.8, PCT**US 10,144,647 B2）的基礎(chǔ)上，*近，針對上述挑戰(zhàn)性難題，該課題組博士生岳盈，在周維亞研究員指導(dǎo)下，基于這種CNT TCF，提出了一種先進(jìn)的碳納米管網(wǎng)絡(luò)重組（CNNR）策略，設(shè)計(jì)并研發(fā)出一種**性的刻面驅(qū)動(dòng)CNNR（FD-CNNR）技術(shù)，突破了碳納米薄膜關(guān)鍵性能之間相互制約的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大面積制備和無損轉(zhuǎn)移，為解決大面積柔性TCF“卡脖子”問題提供了一個(gè)有效方案。

圖2.（a）FD-CNNR技術(shù)原理示意圖。（b）FD-SWNT重組機(jī)制示意圖。（c，d）重組過程的原位SEM圖像，比例尺從左到右分別為10μm、2μm和500nm。（e-h）G、SWNT、RSWNT和G-RSWNT的SEM圖像，標(biāo)尺為2μm。

該工作基于FD-CNNR技術(shù)的獨(dú)特機(jī)制，**在單壁碳納米管（SWNT）和Cu-O重構(gòu)之間引入一種相互作用，使SWNT網(wǎng)絡(luò)重組為更高效的導(dǎo)電路徑。利用FD-CNNR技術(shù)，設(shè)計(jì)并制備出A3尺寸甚至米級(jí)長度的大面積柔性自支撐重組碳納米透明導(dǎo)電薄膜（RNC-TCF），包括重組 SWNT（RSWNT）薄膜和石墨烯與重組 SWNT（G-RSWNT）復(fù)合薄膜，后者的面積是現(xiàn)有該種自支撐復(fù)合薄膜的1200多倍，并且使這些輕質(zhì)薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性，具有協(xié)同增強(qiáng)的高力學(xué)強(qiáng)度、出色的透光率和導(dǎo)電率以及顯著的FOM 值。

圖3.典型Cu晶面上的SWNT重組過程的原位SEM圖像。

所制備的大面積RNC-TCF 能夠在水面自支撐，并能無損轉(zhuǎn)移至其它目標(biāo)基底上而不受污染。基于大面積G-RSWNT TCF結(jié)合液晶層，制作了A4尺寸的新型柔性智能窗，具有快速加熱、可控調(diào)光和除霧等多功能。FD-CNNR技術(shù)不但可以擴(kuò)展到大面積甚至規(guī)模化制造TCF，而且可為TCF和其它功能薄膜的設(shè)計(jì)提供新的思路。該工作彌補(bǔ)了大面積石墨烯-碳納米管復(fù)合薄膜領(lǐng)域研究的短板，有望推動(dòng)大面積、柔性、自支撐、輕質(zhì)、透明導(dǎo)電碳納米薄膜的規(guī)模化制備和其在未來的柔性電子、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)域的應(yīng)用。

圖4.（a，b）SWNT重組過程的參數(shù)優(yōu)化。（c）本工作與其他報(bào)道中的碳納米薄膜面電阻和透光率的比較。（d）本工作與其他報(bào)道中的碳納米薄膜的多種性能比較。（e）A3尺寸和1m×10cm的轉(zhuǎn)移至PET襯底的 G-RSWNT TCF照片。

相關(guān)研究成果申請了中國發(fā)明**，研究論文以“Large-Area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-Walled Carbon Nanotube Networks”為題在《Advanced Materials》刊發(fā)。該組博士生張迪、博士生王鵬宇、夏曉剛博士、博士生吳欣、博士生張?jiān)戮辍⒉┦可方堋⒗钌偾嗖┦俊⒉┦可蠲髅鞯热藚⑴c了該項(xiàng)研究工作，并得到該組劉華平研究員、王艷春**工程師、張霄特聘研究員、魏小均副研究員的積極合作和支持。在此，特別致謝并深切緬懷該組的創(chuàng)始人解思深院士。

圖5.（a）基于G-RSWNT薄膜和液晶層的柔性智能窗的結(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)溫度下所需的功率密度。（d）智能窗在ON/OFF狀態(tài)下的透光率。（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℃。

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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(hào)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)。

  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(jià)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(jià)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(dòng)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。