[发明专利]双壁碳纳米管电灯泡及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双壁碳纳米管电灯泡及其制备方法，属于电致发光和纳米材料应用技术领域。

背景技术

目前，全球正面临着能源危机，各国在能源上的竞争愈演愈烈。最近几年，由于电力紧张，我国许多城市和地区在用电高峰期都出现过拉闸限电现象。因此，提高电光源的发光效率以节约能源就成为电光源研究的重要任务。自爱迪生发明白炽灯以来，在照明用的白炽灯灯丝材料上没有太大的改进，依然沿用钨丝作为灯丝材料，靠黑体辐射发光。为了提高白炽灯的发光效率，就需要提高灯丝的温度，使得光谱发生蓝移，但与此同时白炽灯的发热需要消耗更多的电能，并且由于钨丝的熔点有限，白炽灯的发光效率已快到了尽头。欧盟、澳大利亚和美国分别将于2009年、2010年和2020年以前淘汰白炽灯。

研究和开发新型电光源的工作一直在全球范围内进行着。人类至今已经开发出了应用于不同场合的电光源，如主要用于工地和广场照明的碘钨灯，用于日常照明的日光灯，用于道路照明的钠灯。这些电光源虽然具有比白炽灯高的发光效率，但是人类的眼睛却不适应它们发出的光谱。最近科学家们利用半导体电致发光制成了二极管灯。由于二极管灯的光效率很高，为节约能源和改善环境污染带来福音。但是，二极管灯的发光半导体材料主要是通过分子束外延生长方式合成的，尚存在制作工艺要求高、生长速度慢、成本高等问题，因此二极管灯的应用和推广尚需时日。

日本电镜学家Iijima S等人(Iijima S，et al.，Nature 1991，354：56-58)在电镜下发现了碳纳米管。2004年，Wei JQ等人(Wei JQ，et al.，Appl.Phys.Lett.2004，84：4869-4871)在美国杂志《Applied Physics Letters》刊载了关于碳纳米管作为灯丝的初步研究结果，提出了碳纳米管电灯泡概念。《Nature》编辑部说，这是爱迪生钨丝灯泡的一种“回归”。《Science》编辑部则预计这可能成为“第一个碳纳米管技术得到应用的清楚可见的实例”。

Bachilo SM等人(Bachilo SM，et al.，Science 2002，298：2361-2366)发现碳纳米管具有光致发光特性；Bonard JM等人(Bonard JM，et al.，Phys.Rev.Lett.1998，81：1441-1444)发现碳纳米管具有电致发光特性；Kim JY等人(Kim JY，et al.，Opt.Mater. 2003，21：147-151)发现碳纳米管载流能力高达10⁹A/cm²，比导电良好的铜高出1000倍，且在很高的载流密度下依然保持较高的热稳定性。碳纳米管柔性好，弹性模量很高，密度低，可以方便的进行宏观操作。Cheng HM等人(Cheng HM，et al.，J.Appl.Phys.2005，98：044306)证明单壁碳纳米管的发光不属于黑体热辐射特性；Bonard等人(Bonard JM，et al.，Phys.Rev.Lett.1998，81：1441)报道多壁碳纳米管的发光不是由于黑体辐射或者由电流引起的热发光；Wei JQ等人(Wei JQ，et al.，Appl.Phys.Lett.2004，84：4869-4871)证明双壁碳纳米管的发光不完全等同于黑体辐射，使得碳纳米管能达到更高的光效。并且，碳纳米管可以制备成具有不同功率的电灯泡以适应不同需要，其灯丝材料的元素是碳，不会造成环境污染。此外，由于Li YL等人(Li YL，et al.，Science2004，304：276-278)实现碳纳米管连续生长，且Motta M等人(Motta M，et al.，Nano lett.2005，5：1529-1533)证明碳纳米管具有优良的拉伸强度，使碳纳米管电灯泡具有迅速推广到市场的可能。目前Shu QK等人(Shu QK，et al.，J.Appl.Phys.2007，101：084306)已经研制的双壁碳纳米管电灯泡的光效为白炽灯的2.2倍，但相对于荧光灯等节能灯还有相当的差距，不具有足够的市场竞争力。

目前现有技术中已成功制取性能优异的双壁碳纳米管长丝及薄膜(专利号：ZL 03 143102.X；Wei JQ et al.，J Phys Chem B，2004，108：8844-8847)、大面积超薄碳纳米管薄膜(专利申请号：200510123986.2，公开号：CN1803594)和碳纳米管灯丝(专利申请号：200310103042.X，公开号：CN1540713)。

发明内容