單壁碳納米管作為典型的一維納米材料，由于其獨特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的物理及化學性質(zhì)，在力學，電學，光學及電化學等方面有著潛在的應(yīng)用。如何實現(xiàn)碳納米管的潛在應(yīng)用，以及提高碳納米管在實際應(yīng)用中的性能是目前研究者們關(guān)注的焦點。
圖1 碳納米管薄膜減薄過程示意圖。(a)碳納米管薄膜平整過程示意圖;(b)利用轉(zhuǎn)移印刷法將碳納米管薄膜從基底轉(zhuǎn)移到PET過程示意圖;(c)重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法減薄碳納米管薄膜過程示意圖。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室“納米材料與介觀物理”課題組多年來一直致力于碳納米管薄膜的制備、物性與應(yīng)用研究，取得了一系列成果( Adv. Mater. 2009 , 21 , 603;Nano Lett. 2009 , 9 , 2855; Nanoscale 2011 , 3 , 3731; Nano Lett. 2011 , 11 , 4636; Energ. Environ. Sci. 2011 , 4 , 1440)。最近，該課題組牛志強博士、周維亞研究員、解思深院士等與本所清潔能源實驗室黃學杰研究組馮國星博士、李泓研究員、胡勇勝研究員，新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院陳曉東教授和澳大利亞臥龍崗大學智能聚合物研究所陳俊博士合作，充分利用直接生長的自支撐柔性碳納米管薄膜獨特的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高電導(dǎo)率、高力學強度、高透光率等特點，研究了這種碳納米管薄膜在儲能器件和透明柔性電子學等領(lǐng)域的應(yīng)用。
碳納米管透明薄膜是替代氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜的理想材料，更重要的是有望廣泛地應(yīng)用于柔性電子器件。利用浮動催化法直接制備的自支撐碳納米管薄膜具有獨特的二維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)異的電學和力學性能(Nano. Lett. 2007, 7, 2307)。但是由于受其制備條件的約束，小于100 納米的自支撐透明導(dǎo)電薄膜難以利用此方法直接來獲得，這限制了其進一步的應(yīng)用。為了解決這一問題，他們發(fā)展了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)，提出了一種基于靜電吸附的減薄碳納米管薄膜的方法——重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法，通過利用離子靜電吸附效應(yīng)提高低表面能基底的表面能，使得碳納米管薄膜可以從高表面能的基底轉(zhuǎn)移到原本表面能較低的基底上。結(jié)合具有特殊二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜與靜電吸附重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法，可在PET襯底上得到不同厚度甚至近于亞單層的超薄碳納米管薄膜，透明度可達90%以上。此方法不僅可以有效提高碳納米管的利用率，保持碳納米管薄膜的結(jié)構(gòu)，還可以有效提高超薄碳納米管薄膜的制備效率，簡化了實驗過程。該方法正在申請中國發(fā)明專利(201210270061.0)。基于所制備的超薄碳納米管薄膜，研究人員組裝了柔性透明碳納米管薄膜超級電容器，超級電容器表現(xiàn)出了一定的透光性和良好的電化學性能。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Small (DOI: 10.1002/smll.201201587)上，并得到編輯的較高評價。
