[发明专利]制造碳纳米管膜的方法,具有夹层结构的碳纳米管膜,阳极,有机发光二极管和碳纳米管元件

说明书

技术领域

本发明涉及制造碳纳米管(CNT)膜的方法，具体地涉及制造柔性透明导电碳纳米管膜的方法，以及由所述方法制备的CNT膜。与常规方法相比，本发明的方法可以提高所得柔性透明导电碳纳米管(CNT)膜的导电性。本发明也涉及使用亚硫酰溴(SOBr₂)作为掺杂剂处理CNT膜的方法、新的具有夹层结构的CNT膜、包括该CNT膜的柔性透明阳极，包括该阳极的有机发光二极管(LED)以及碳纳米管元件。

背景技术

对于一维纳米材料，碳纳米管(CNT)越来越成为多学科研究的焦点，并且它们独特的物理和化学性质以及它们用于实际应用的前景给基础科学和新技术带来了许多崭新的机会。CNT同时具有强度和柔性，所以它们非常适用于柔性电子组件。最近，由CNT制成的柔性透明的导电薄膜引起了众多关注，并且已经成为了目前兴趣的焦点，这在某种程度上是因为它们能够应用于电致发光、光导体和光伏器件中。

虽然任选地透明和高导电性的铟锡氧化物(ITO)已经广泛地用于光电应用中，但是ITO的固有脆性严重限制了膜的柔性。CNT薄膜的性质使得它们适合于代替ITO。例如，能够重复地弯曲CNT膜而不破碎。具有低薄层电阻的CNT薄膜在可见光和红外区域也是透明的。而且，低成本和可调的电子性质赋予了CNT薄膜进一步优势。

已知由各种制备方法获得的最初的CNT在水和有机液体中具有较差的溶解性和低的分散性，这导致在处理它们和将它们结合到各种基质中时有一定的困难。因为高度可极化、侧面光滑的纳米管易于形成平行的束或捆(其范德华结合能为约500eV/微米管管接触)，所以聚集是尤其突出的问题，参见例如：Moore，V.C.；Strano，M.S.；Haroz，E.H.；Hauge，R.H.；Smalley，R.E.Nano Lett.2003，3，1379。这种捆束扰乱了CNT的电子结构，并且造成无法进行匀质的化学反应。得到的基于CNT的膜会显示出远低于期望值的强度、模量和导电性(参见例如Baughman，R.H.；Zakhidov，A.A.；deHeer，W.A.Science 2002，297，787)。

另一方面，虽然Yurekli，K.；Mitchell，C.A.；Krishnamooti，R.J.Am.Chem.Soc.2004，126，9902中已经示出，一些表面活性剂能够通过在CNT上的随机吸附导致稳定分散，但是它们的确会覆盖CNT或使CNT变性(参见O’Connell，M.J.；Boul，P.；Ericson，L.M.；Huffman，C.；Wang，Y.H.；Haroz，E.；Kuper，C.；Tour，J.；Ausman，K.D.；Smalley，R.E.Chem.Phys.Lett.2001，342，265.Matarredona，O.；Rhoads，H.；Li，Z.R.；Harwell，J.H.；Balzano，L.；Resasco，D.E.J.Phys.Chem.B 2003，107，13357.Moore，V.C.；Strano，M.S.；Haroz，E.H.；Hauge，R.H.；Smalley，R.E.Nano Lett.2003，3，1379)。

最近，Geng，H.Z.等(Geng，H.Z.et al.J.Am.Chem.Soc.2007，129，7758)提出酸处理可有效地除去表面活性剂。但是，Hu，H.等(Hu，H.；Zhao，B.；Itkis，M.E.；Haddon，R.C.J.Phys.Chem.B 2003，107，13838)，Zhang，M.等(Zhang，M.；Yudasaka，M.；Iijima，S.J.Phys.Chem.B 2004，108，149)，和Ziegler，K.J.等(Ziegler，K.J.；Gu，Z.N.；Peng，H.Q.；Flor，E.L.；Hauge，R.H.；Smalley，R.E.J.Am.Chem.Soc.2005，127，1541)指出在酸处理的过程中，破坏了大部分CNT，这将大大影响基于这些CNT膜的器件的性质。

而且，虽然基于过滤方法制备CNT膜的方法简单并且容易进行，但是除去薄膜过滤器的步骤需要大量的时间，并且在浸渍过程中需要大量的“清洗剂”(例如丙酮)。如果不能够完全除去该薄膜过滤器，就将会增加CNT膜的薄层电阻，并降低它们的透光度。因此，在分散CNT然后将其制成膜之后，找到除去表面活性剂和薄膜过滤器而不损害CNT的方法是很重要的。

发明内容