[发明专利]高分散、粘度可控的碳纳米管透明电极墨水

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有碳纳米管的导电墨水，特别是涉及一种高分散、粘度可控性好的碳纳米管复合导电墨水。

背景技术

碳纳米管是一种具有典型的层状中空结构特征的碳材料，构成碳纳米管的管身由六边形石墨碳环结构单元组成，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级)的一维量子材料。它的管壁构成主要为数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。碳纳米管的碳原子的P电子形成大范围的离域π键，因此共轭效应显著。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，具有很好的电学性能。为此碳纳米管作为一种电极材料在电子科学领域中受到较大的关注，其优势在于作为透明电极材料优异的光电性能，超顺排的碳纳米管以其优良的机械性能可以纺丝拉膜，此外碳纳米管的耐环境腐蚀性能较强，不会受到环境的影响而降低。

然而，由于碳纳米管之间很强的范德华作用力(～500eV/μm)和大的长径比(>1000)，通常容易形成大的管束，难以分散，极大地制约了其优异光电性能的发挥和实际应用的开发。虽然碳纳米管超顺排薄膜通过拉膜工艺制备的透明电极在触摸屏上得以大面积应用(CN1016254665A)，但其方阻较大(大于1000Ω/□)，透过率80％。相对于电阻要求更高高透明电极薄膜的电子器件来说，此类碳纳米管薄膜的功耗很大，会由于电极自身的热效应影响器件的性能。

发明内容

本发明立足于碳纳米管溶液的共混工艺在透明电极材料中的应用，提供一种高分散、粘度可调控的碳纳米管透明电极墨水，通过超声波分散、机械搅拌、细胞粉碎等工艺方法复合技术，实现了碳纳米管与有机载体的均匀分散，制备的墨水稳定性好、粘度可调控。

高分散、粘度可控的碳纳米管透明电极墨水，由下列成分及其重量百分含量组成：

所述载体一为烷基化季铵碱，载体二为水溶性阴离子型酸性物质，所述溶剂为水。

所述烷基化季铵碱为十六烷基三甲基氢氧化铵，十二烷基三甲基氢氧化铵、十四烷基三甲基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵中的一种或几种组合。

所述水溶性阴离子型酸性物质为丁基苯甲酸(P-T)十二烷基苯磺酸、邻苯二甲酸，对叔丁基苯甲酸，对羟基苯甲酸，β-苯丙烯酸、苯乙酸、水杨酸一种或几种组合。

所述碳纳米管粉体是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者改性的碳纳米管。

高分散、粘度可控的碳纳米管透明电极墨水的制备方法，包括如下步骤；

(1)取部分溶剂将载体一、载体二制备成水溶液，

(2)将纯净碳纳米管粉体材料分散于载体一的水溶液中，

(3)再加入余下溶剂，

(4)在搅拌下滴加载体二的水溶液。

所述步骤(2)、(3)采用超声分散，所述步骤(4)采用磁力搅拌。

所述纯净碳纳米管粉体的制备方法为：将碳纳米管在甲醇中超声分散成悬浊液，再将碳纳米管悬浊液放入UV光清洗机中照射，离心，得碳纳米管粉体；将此粉体加入到浓HNO₃与过硫酸铵的混合水溶液中，磁子搅拌，120℃下回流反应5h，离心，用去离子水反复离心冲洗至中性，干燥得纯净碳纳米管粉体。

所述纯净碳纳米管粉体的制备方法为：将碳纳米管在有机溶剂分散成悬浊液，静置溶胀，离心，清洗；再加入到浓硝酸中，120℃下反应4h，离心，清洗至中性，干燥得纯净碳纳米管粉体。

本发明发现，载体一和载体二以一定浓度混合时，会形成一种粘度可调的粘弹态的溶液体系。本发明采用其粘度可调特性来分散高浓度的碳纳米管，并且粘态的分散体系易于成膜。成膜后的载体容易在乙醇中脱附，在经过进一步水洗后在膜层表面残留很少。

载体一和载体二混合后形成的分散体系的粘度在10-20Pa.s时，可有效分散碳纳米管。

本发明墨水分散性好、稳定性好，粘度可调，形成的碳纳米管透明导电膜层具有良好的导电性能和可见光范围内光学透过率以及柔性。此柔性碳纳米管透明导电膜导电性可在(100Ω/□-1MΩ/□)可调。此碳纳米管导电墨水制备成本低，节能环保，产品对人体无毒无副作用，工艺简单。

附图说明

图1纯单壁碳纳米管(SWCNT)形貌，

其中A，B为不同放大倍数图像。

图2纯单壁碳纳米管薄膜(SWCNT)的SEM图像，

其中A，B，C为不同放大倍数图像。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。