碳纳米管薄膜简介
栏目:行业新闻 发布时间:2021-10-22
碳纳米管薄膜是经过物理或化学方法,填充自由排列的碳纳米管阵列形成的二维碳纳米管网络结构。

碳纳米管薄膜定义

碳纳米管薄膜是经过物理或化学方法,填充自由排列的碳纳米管阵列形成的二维碳纳米管网络结构。碳纳米管薄膜具有很好的力学性能,电学性能和独特的导热性能,化学性质稳定,是未来可预知的将被广泛使用的新兴材料之一。

     国内可以大批量制备碳纳米管薄膜的捷迪纳米科技有限公司已将碳纳米管薄膜应用于智能穿戴行业。

性能表格

 

中文名称

碳纳米管薄膜

危险性描述

该产品无危害

英文名称

Carbon nanotube films

成分

C

密度

1.33~1.40g/cm3

外观

黑色/透明

水溶性

不溶于水

应用

柔性电极、智能穿戴、高温加热

 

 

目录

1  发现历史

2  结构特征

3  理化性质

4  制备方法

5  主要应用

 

发现历史

1991年,日本NEC公司的饭岛澄男(Iijima) 用高分辨透射电镜观察到了碳纳米管并在Nature杂志上进行了报道。

1972年,通过对苯等蒸发碳氢化合物的热分解的平均­,成功生长出碳纤维,为FCCVD方法的发展奠定了基础。

1998年,为了实现高质量单、低成本的大规模合成,Cheng及其同事首次报道了一种采用改进的FCCVD工艺的新型合成方法。

2005年,Baughman研究组在Science杂志上报道了从碳纳米管垂直阵列中连续地抽出碳纳米管透明薄膜,薄膜长度可达米级。

2016年 中科院苏州纳米所先进材料部李清文团队首次利用共轭小分子4HP实现高纯度半导体性碳纳米管的高效分离,并且这种共轭小分子具有光降解性可用于制备表面“干净”的碳管薄膜。

随着碳纳米管的发现,FCCVD方法得到了用于合成碳纳米管的方法。CNT组装的结构控制和连续制备是FCCVD法合成CNT的主要发展方向。经过20多年的快速发展,FCCVD工艺已发展成为大规模制备CNT薄膜和纤维的重要技术,并在一些应用领域取得了工业生产成果。

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结构特征

   碳纳米管(Carbon nanotube,CNT),是由石墨片卷曲而形成的无缝中空管体。碳纳米管中的碳原子以sp2方式进行杂化成键,以六元环为基本结构单元,这使得碳纳米管具有很高的杨氏模量,是具有高断裂强度的材料,在弯曲情况下不容易损坏。碳纳米管薄膜是由单个碳纳米管形成的宏观薄膜结构,性能与碳纳米管构型、取向、缺陷程度、长径比等相关。

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理化性质

力学性能

FCCVD方法制备的碳纳米管薄膜拉伸强度达到了9.6Gpa,弹性模量20Gpa。同时保持非常好的柔韧性,可10万次弯折。

 

电学性能

湿法制备的碳纳米管薄膜方块电阻约为130 Ω·sq−1,透光率为69%,并且通过控制浸渍的次数,可以很容易地调整薄膜的透明度和薄膜阻。另采用喷涂法可制备出导电率达到2100 S·cm−1的碳纳米管薄膜。

载流容量

碳纳米管薄膜的载流容量可以最高可以达到1GA/cm2,铜线在1000kA/cm2时即烧毁,因而可以适配非常高的电压。

 

高温稳定性

碳纳米管薄膜真空中可稳定至2800℃,空气中可稳定至650℃,加热方式为面加热,能量利用率较传统加热方式更高。

 

制备方法

碳纳米管薄膜制备方法包括湿处理和干处理。

湿法处理方法一般涉及表面活性剂吸附和超声分散、超离心等高能过程,更进一步划分为以下:

真空过滤法

通过超声获得在水中均匀分散的碳纳米管溶液,再通过真空抽滤的方法使碳纳米管沉积在滤膜上形成薄膜,在用去离子水冲洗后,得到干净的碳纳米管薄膜。

浸涂法

浸涂法是将基底浸入碳纳米管分散液中使碳纳米管吸附在基底上,一段时间后将其从溶液中拿出,待干燥后自然成膜从而得到连续的碳纳米管薄膜。

 

电化学沉积法

通过电场实现了排列规则的碳纳米管薄膜的制备

 

自组装法  
  自组装是指基本结构单元(单根碳纳米管)自发形成有序结构的一种技术。

 

干法制备碳纳米管薄膜,主要包括两种方法:

抽膜法

从碳纳米管垂直阵列的基体中直接抽取、拉丝形成碳纳米管薄膜。

 

化学气相沉积法

从漂浮的催化剂化学气相沉积(FCCVD)体系中沉积CNT薄膜。


主要应用

 

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智能穿戴

碳纳米管薄膜具备优异的电热转化特性,且轻薄、柔软、耐水洗,与织物有非常好的相容性,是可穿戴加热的理想材料。

2022年冬奥智能加热服装关键技术研讨会在北京服装学院召开,交流了“国内智能加热技术”研究进展的情况。

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透明导电薄膜

单壁碳纳米管(SWCNT)相互搭接形成的二维网络结构具有柔韧、透明、导电等特点,制备的透明的碳纳米管薄膜可以用于触控屏、平板显示器、光伏电池、有机发光二极管等电子和光电子器件。

柔性压力传感器

碳纳米管薄膜或粉体与高弹性的高分子材料复合,制备出电阻随压力线性变化的柔性压力传感器。

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轻质屏蔽薄膜

柔性轻量化、厚度最小、机械性能优异、可靠性优异的高性能电磁干扰屏蔽材料是第五代(5G)通信领域的高度要求,但制造难度极高。碳纳米管薄膜具有优异的机械性能和超高的屏蔽效能,是制备轻质屏蔽膜的理想材料。

 

其他

碳纳米管薄膜在军工、化工、复合材料、航空航天、电子器件等领域,都展示非常大的应用潜力。

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