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1、2014年第59卷第33期：3313~3321专辑:纳米碳材料评述www.scichina.comcsb.scichina.com《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜研究进展宁静,智林杰*国家纳米科学中心,北京100190*联系人,E-mail:zhilj@nanoctr.cn2014-06-10收稿,2014-07-29接受国家自然科学基金(21173057,21273054)、科技部重大纳米专项(2012CB933403)和北京市科学技术委员会纳米专项(Z121100006812003)资助摘要随着电子器件的便携化发展,柔性电子器件越来越
2、引起人们的关注.透明导电薄膜同时关键词具有良好的导电性和光学透过性,已作为电极被广泛应用于光电功能器件领域.然而,目前普透明导电薄膜柔性遍使用的透明导电材料氧化铟锡(ITO)由于含有储量有限的铟元素而存在成本高的问题,并且由于氧化物本身的脆性,其所制薄膜的柔性也不理想,并不能完全满足目前柔性电子器件的发展要求.因而,对于可替代ITO的其他廉价、可大量制备、具有优异性能的柔性透明导电薄膜的研究近年来受到研究者的广泛关注.碳纳米材料因同时具备高的电子传输率、透光率以及良好的机械柔性可以满足目前柔性电子器件的应用需求,此外,碳纳米材料更具备来源广泛、制备方式灵活多样等特有优势,可以降低材料和生产
3、成本,因而更具有实用价值.本文简要综述碳纳米材料碳纳米管石墨烯了近几年基于碳纳米材料(以碳纳米管和石墨烯为主)的柔性透明导电膜的研究工作,结合材料制备和性能调控以及薄膜制备(特别是连续化制备)的方法,阐述了该领域最近的研究成果及应用,最后简要讨论了基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜目前存在的问题及可能的发展方向.随着电子器件的迅速发展,可弯折的电子器件,导电膜材料具有重要的意义[6].如柔性太阳能电池、柔性显示器、柔性触摸屏等新型电子器件已经走入了人们的生活[1~4].作为这些柔性自2004年石墨烯被发现以来,碳纳米材料家族又多了一颗冉冉升起的新星[7],人们对于碳纳米材料光电功能器件的重要
4、组成部分——透明电极也相应的研究也因此更加深入和全面.石墨烯是由单层sp2
背负上了柔性化的发展使命.目前,广泛使用的商业杂化的碳原子组成的六边形蜂窝状晶格的二维结构,化透明导电薄膜多为氧化铟锡(ITO),这种氧化物透能够构筑出其他各种维度的碳纳米材料,如翘曲成明导电膜性能优异,可以达到90%以上的透光率和零维的富勒烯,卷成一维的碳纳米管,或叠成三维的
小于30Ω/□的方块电阻[5].然而ITO作为柔性透明导石墨片(图1),因而其物理性质也可以作为这一类碳电薄膜,尤其是在需求量不断增长的大环境下,存在纳米材料的代表.单层石墨烯是零带隙半导体,具有
不容忽视的问题.首先,ITO中不可避免地用
5、到储量超过106cm2/(Vs)的电子迁移率,而只有2.3%的可见
有限而且价格昂贵的铟元素,且制备高质量的ITO光吸收,是非常理想的透明导电材料[8,9].石墨烯的
膜通常要采用磁控溅射等镀膜工艺,导致整体器件杨氏模量在1TPa数量级,超过钢的强度100多倍,具成本较高;另一方面,氧化物本身具有脆性大的缺点,有很高的机械强度和耐弯折性,在柔性器件制备方
即便能够在柔性基底上制备薄膜,所得到的透明导面已经有诸多应用[3].此外,碳纳米材料具有来源广
电膜的耐弯折性也并不理想.因此,寻找一种廉价、泛、质量轻、制备方式多样化的特点,很多方法甚至制备简便、取材广泛并且易于集成于柔性器件的透明可以
6、实现连续化大量制膜,从而真正与生产和实引用格式:宁静,智林杰.基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜研究进展.科学通报,2014,59:3313–3321NingJ,ZhiLJ.Advancesinflexibletransparentconductivefilmsbasedoncarbonnanomaterials(inChinese).ChinSciBull(ChinVer),2014,59:
3313–3321,doi:10.1360/N972014-005912014年11月第59卷第33期经可以达到与ITO同等的数量级30Ω/□.作者还初步展示了该透明导电薄膜的柔性(图2(a),(b)
7、),该工作为碳纳米管在柔性透明导电薄膜中的应用拉开了序幕.目前,碳纳米管基透明导电膜的制备方式主要分为干法和湿法2种.干法是指直接通过化学气相沉积(CVD)生长碳纳米管薄膜或者由碳纳米管阵列拉成薄膜;而湿法是指将碳纳米管分散在合适的溶剂中,通过液相成膜的方法沉积在相应基底上.1.1干法制备碳纳米管柔性透明导电膜图1石墨烯是不同维度碳材料的构筑单元材料[7]用干法直接生长碳纳米管薄膜的工作最早由中国科学院物理研究所的解思深
