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碳納米管薄膜簡介
欄目:行業新聞 發布時間:2021-10-22
碳納米管薄膜是經過物理或化學方法,填充自由排列的碳納米管陣列形成的二維碳納米管網絡結構。

碳納米管薄膜定義

碳納米管薄膜是經過物理或化學方法,填充自由排列的碳納米管陣列形成的二維碳納米管網絡結構。碳納米管薄膜具有很好的力學性能,電學性能和獨特的導熱性能,化學性質穩定,是未來可預知的將被廣泛使用的新興材料之一。

     國內可以大批量制備碳納米管薄膜的捷迪納米科技有限公司,已將碳納米管薄膜應用于智能穿戴行業。

性能表格

 

中文名稱

碳納米管薄膜

危險性描述

該產品無危害

英文名稱

Carbon nanotube films

成分

C

密度

1.33~1.40g/cm3

外觀

黑色/透明

水溶性

不溶于水

應用

柔性電極、智能穿戴、高溫加熱

 

 

目錄

1  發現歷史

2  結構特征

3  理化性質

4  制備方法

5  主要應用

 

發現歷史

1991年,日本NEC公司的飯島澄男(Iijima) 用高分辨透射電鏡觀察到了碳納米管并在Nature雜志上進行了報道。

1972年,通過對苯等蒸發碳氫化合物的熱分解的平均-,成功生長出碳纖維,為FCCVD方法的發展奠定了基礎。

1998年,為了實現高質量單、低成本的大規模合成,Cheng及其同事首次報道了一種采用改進的FCCVD工藝的新型合成方法。

2005年,Baughman研究組在Science雜志上報道了從碳納米管垂直陣列中連續地抽出碳納米管透明薄膜,薄膜長度可達米級。

2016年 中科院蘇州納米所先進材料部李清文團隊首次利用共軛小分子4HP實現高純度半導體性碳納米管的高效分離,并且這種共軛小分子具有光降解性可用于制備表面“干凈”的碳管薄膜。

隨著碳納米管的發現,FCCVD方法得到了用于合成碳納米管的方法。CNT組裝的結構控制和連續制備是FCCVD法合成CNT的主要發展方向。經過20多年的快速發展,FCCVD工藝已發展成為大規模制備CNT薄膜和纖維的重要技術,并在一些應用領域取得了工業生產成果。

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結構特征

   碳納米管(Carbon nanotube,CNT),是由石墨片卷曲而形成的無縫中空管體。碳納米管中的碳原子以sp2方式進行雜化成鍵,以六元環為基本結構單元,這使得碳納米管具有很高的楊氏模量,是具有高斷裂強度的材料,在彎曲情況下不容易損壞。碳納米管薄膜是由單個碳納米管形成的宏觀薄膜結構,性能與碳納米管構型、取向、缺陷程度、長徑比等相關。

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理化性質

力學性能

FCCVD方法制備的碳納米管薄膜拉伸強度達到了9.6Gpa,彈性模量20Gpa。同時保持非常好的柔韌性,可10萬次彎折。

 

電學性能

濕法制備的碳納米管薄膜方塊電阻約為130 ?·sq?1,透光率為69%,并且通過控制浸漬的次數,可以很容易地調整薄膜的透明度和薄膜阻。另采用噴涂法可制備出導電率達到2100 S·cm?1的碳納米管薄膜。

載流容量

碳納米管薄膜的載流容量可以最高可以達到1GA/cm2,銅線在1000kA/cm2時即燒毀,因而可以適配非常高的電壓。

 

高溫穩定性

碳納米管薄膜真空中可穩定至2800℃,空氣中可穩定至650℃,加熱方式為面加熱,能量利用率較傳統加熱方式更高。

 

制備方法

碳納米管薄膜制備方法包括濕處理和干處理。

濕法處理方法一般涉及表面活性劑吸附和超聲分散、超離心等高能過程,更進一步劃分為以下:

真空過濾法

通過超聲獲得在水中均勻分散的碳納米管溶液,再通過真空抽濾的方法使碳納米管沉積在濾膜上形成薄膜,在用去離子水沖洗后,得到干凈的碳納米管薄膜。

浸涂法

浸涂法是將基底浸入碳納米管分散液中使碳納米管吸附在基底上,一段時間后將其從溶液中拿出,待干燥后自然成膜從而得到連續的碳納米管薄膜。

 

電化學沉積法

通過電場實現了排列規則的碳納米管薄膜的制備

 

自組裝法  
  自組裝是指基本結構單元(單根碳納米管)自發形成有序結構的一種技術。

 

干法制備碳納米管薄膜,主要包括兩種方法:

抽膜法

從碳納米管垂直陣列的基體中直接抽取、拉絲形成碳納米管薄膜。

 

化學氣相沉積法

從漂浮的催化劑化學氣相沉積(FCCVD)體系中沉積CNT薄膜。


主要應用

 

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智能穿戴

碳納米管薄膜具備優異的電熱轉化特性,且輕薄、柔軟、耐水洗,與織物有非常好的相容性,是可穿戴加熱的理想材料。

2022年冬奧智能加熱服裝關鍵技術研討會在北京服裝學院召開,交流了“國內智能加熱技術”研究進展的情況。

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透明導電薄膜

單壁碳納米管(SWCNT)相互搭接形成的二維網絡結構具有柔韌、透明、導電等特點,制備的透明的碳納米管薄膜可以用于觸控屏、平板顯示器、光伏電池、有機發光二極管等電子和光電子器件。

柔性壓力傳感器

碳納米管薄膜或粉體與高彈性的高分子材料復合,制備出電阻隨壓力線性變化的柔性壓力傳感器。

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輕質屏蔽薄膜

柔性輕量化、厚度最小、機械性能優異、可靠性優異的高性能電磁干擾屏蔽材料是第五代(5G)通信領域的高度要求,但制造難度極高。碳納米管薄膜具有優異的機械性能和超高的屏蔽效能,是制備輕質屏蔽膜的理想材料。

 

其他

碳納米管薄膜在軍工、化工、復合材料、航空航天、電子器件等領域,都展示非常大的應用潛力。

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