[发明专利]包括掺杂的CNT和纳米线复合材料的大面积透明导电涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的某些示例性实施例涉及包含碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)与纳米线复合材料的大面积透明导电涂层(Transparent conductive coatings，TCCs)，及制备所述透明导电涂层的方法。本发明的某些示例性实施例尤其涉及通过稳定的化学掺杂和/或合金化CNT基薄膜，用于提高可施用到玻璃和/或其他衬底的整个面积上的σ_dc/σ_opt比值。在某些示例性实施例中，一种CNT薄膜可被沉积，然后通过化学功能化和/或用银和/或钯的合金化进行掺杂。本发明的不同实施例中可同时用到p型与n型的掺杂剂。在某些示例性实施例中可提供银和/或其他纳米线,例如进一步降低表面电阻率。

背景技术

碳纳米管（CNT）由于其特殊的电学、光学、机械和化学性能，是一种有前景的透明导电材料。对基于渗流限额以上的碳纳米管网络的超薄薄膜具有有益属性，如刚度和化学稳定性，使得它在某些应用中优于铟锡氧化物（ITO）。CNT纳米网状薄膜表现出灵活性，允许薄膜沉积在柔韧衬底，易于锐角弯曲、变形，没有压裂所述涂层。制模工作表明CNT薄膜可以提供潜在的优势，例如，由于在所述纳米管尖端和表面的所述大面积区域和场增强效应，可调的电子特性通过化学处理和增强载流子注入。虽然ITO是一种n型导体，这种CNT薄膜可以掺杂p型，并且同样地可应用于例如所述阳极或向OLED器件注入空穴，倘若所述薄膜有1.5nm的表面粗糙度（RMS）是平滑的。

尽管ITO薄膜在薄膜导电和透明度方面仍然领先于CNT薄膜，上述优点连同潜在的成本降低刺激了开发碳纳米管薄膜作为透明导体替代ITO的选择。为了符合它的预想，CNT薄膜应该显示出它的高透明度和低表面电阻率的性能。用以薄导电膜的高透明度和低表面电阻率之间的关系是由直流导电率和光电导比值（即σ_dc/σ_opt）所控制，如此以致高比值值是典型最理想的。

然而，迄今为止，可行的CNT合成方法产生各种手性管的多分散混合物，其中大约有三分之一是金属，其余为半导体。这些薄膜的低σ_dc/σ_opt性能指标，主要与半导体种类的大部分有关。这些半导体管，反过来，也导致所述管集束，往往会提高薄膜网络的接头电阻。

CNT薄膜的σ_ορt特征值取决于薄膜的密度。超过渗流限制，在550nm时这个值就趋于1.7×10⁴S/m，尽管所述直流导电率迄今为止在5×10⁵S/m区域内。然而，工业规格需要超过90%的传输和低于90欧姆/平方米（ohm/square）的表面电阻率。为了实现这些数值，尽可能确定必要直流导电率超过7×10⁵S/m。因此，可理解为有必要在工艺中提高甚至为最好的CNT薄膜的电子质量，反之σ_dc/σ_opt比值将被提高。这一多分散度源于单壁碳纳米管（Single Wall Carbon Nanotubes，SWNTs）的唯一结构，并且使得它们的性能对于所述纳米管的半径高度灵敏。

发明内容

本发明的某些示例性实施例涉及在玻璃衬底上的纳米网状（nano-mesh）CNT薄膜的沉积，特别是高σ_dc/σ_opt涂覆在稀薄、低铁或无铁钠钙玻璃和/或其他衬底（例如，其他玻璃衬底，如：其他钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃）上的发展。此外，本发明的某些示例性实施例涉及（1）寻找可行的途径（avenue），怎样通过稳定化学掺杂和/或CNT基薄膜的合金化来提高σ_dc/σ_opt度量值；（2）发展一种适合玻璃的大面积涂覆技术，像大多数工作都集中在柔性塑胶衬底上，某些示例性实施例也属于一个将所述薄膜的形态性能与所述σ_dc/σ_opt比值关联起来的模型。

在本发明的某些示例性实施例中，一种制备涂覆物的方法包括：提供一个支撑CNT薄膜的衬底。提供一种含CNT的墨水，所述墨水被施于所述衬底以形成一个中间涂层。在所述中间涂层上提供一种材料，以提高对于所述衬底的附着性。准备一种PdCl₂溶液，将所述中间涂层暴露在所述PdCl₂溶液中，以便Pd在所述中间涂层内的多处接头处成核，从而降低所述在中间涂层上形成含CNT薄膜的孔隙率。在所述暴露之后将一种外覆层或钝化层施用到所述中间涂层之上。