Wetenschap
Bereiding op grote schaal van flexibele koolstofnanofilms met synergetisch verbeterde transmissie en geleidbaarheid
Flexibele transparante geleidende films (TCF's) met een groot oppervlak zijn dringend nodig voor toekomstige elektronica, opto-elektronica, energie-apparaten en andere gebieden. Indiumtinoxide (ITO) TCF, dat veel wordt gebruikt in de moderne technologie, wordt geconfronteerd met moeilijkheden bij het voldoen aan de behoeften van wetenschappelijke en technologische ontwikkeling (vooral een nieuwe generatie flexibele elektronische apparaten), omdat indium een niet-hernieuwbare hulpbron is en duur, en ITO is van nature bros.
Momenteel zijn koolstofnanofilms, metalen nanodraden, geleidende polymeren en andere transparante geleidende materialen ontwikkeld om ITO te vervangen. Onder hen wordt een koolstofnanofilm beschouwd als een van de meest veelbelovende kandidaten vanwege zijn uitstekende elektrische en optische eigenschappen, flexibiliteit en uitstekende stabiliteit, evenals lichtgewicht, stralingsweerstand en weerstand tegen ultravermoeidheid, die in de toekomst vooral nodig zijn. ruimtevaart- en militaire toepassingen.
Om de wijdverspreide toepassing van flexibele TCF's te realiseren, is het echter niet alleen nodig om de wederzijdse beperking tussen transmissie en geleidbaarheid te overwinnen, maar ook om ze op een groot oppervlak of zelfs op grote schaal te kunnen fabriceren. Dit is een lastig probleem dat onderzoekers op het gebied van koolstofnanomaterialen en zelfs op het gebied van TCF's al vele jaren in verwarring brengt.
Onderzoekers van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen zijn al meer dan 30 jaar bezig met het fundamentele onderzoek naar de bereiding, eigenschappen en potentiële toepassingen van laagdimensionale koolstofnanomaterialen en nanostructuren, en hebben een reeks innovatieve en belangrijke resultaten bereikt resultaten.
De studie, getiteld "Large-Area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-Walled Carbon Nanotube Networks", werd gepubliceerd in Advanced Materials .
Gebaseerd op hun ontwikkelde vrijstaande transparante geleidende koolstofnanobuisfilm (CNT TCF), continu en direct vervaardigd door de blaasaërosolmethode, met het oog op de bovengenoemde uitdagende problemen, heeft Yue Ying, een Ph.D. kandidaat, onder supervisie van prof. Zhou Weiya, stelde een geavanceerde koolstofnanobuisnetwerkreorganisatie (CNNR) -strategie voor, ontwierp en ontwikkelde een innovatieve facetgestuurde CNNR (FD-CNNR) -techniek, doorbrak het knelpunt van wederzijdse beperking tussen de belangrijkste eigenschappen van koolstofnanofilms, en bereikte de fabricage en verliesloze overdracht van CNT-films op grote oppervlakken.
Het biedt een effectief plan om het probleem van flexibele TCF's met een groot oppervlak op te lossen.
Gebaseerd op het unieke mechanisme van de FD-CNNR-techniek, introduceerden de onderzoekers voor het eerst een interactie tussen enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWNT) en Cu-O-herconfiguratie, waardoor het SWNT-netwerk zich kan reorganiseren in een efficiënter geleidend pad.
Met behulp van deze techniek werden flexibele en vrijstaande gereorganiseerde koolstofnanobuis-TCF's (RNC-TCF's) met een groot oppervlak of zelfs een meterlengte ontworpen en vervaardigd, inclusief de gereorganiseerde SWNT (RSWNT) -film en de hybride film van grafeen en gereorganiseerde SWNT (G-RSWNT), deze laatste heeft een oppervlakte die ruim 1.200 keer groter is dan die van de bestaande vrijstaande hybride films.
Bovendien zorgt de FD-CNNR-techniek ervoor dat deze lichtgewicht films uitstekende flexibiliteit vertonen, met synergetisch verbeterde hoge mechanische sterkte, uitstekende transmissie en geleidbaarheid, en significante FOM-waarden. De voorbereide RNC-TCF's met een groot oppervlak kunnen vrijstaand op het wateroppervlak staan en kunnen zonder vervuiling en schade worden overgebracht naar andere doelsubstraten.
-
(a,b) Parameteroptimalisatie van het SWNT-reorganisatieproces. (c) Vergelijking van plaatweerstand en transmissie van het huidige werk met andere gerapporteerde koolstofnanofilms. (d) Vergelijking van meerdere eigenschappen van het huidige werk met andere gerapporteerde koolstofnanofilms. (e) Foto's van G-RSWNT TCF met A3-formaat en 1m×10cm overgebracht naar PET-substraat. Credit:Instituut voor Natuurkunde -
(a) Schematische structuur en principe van flexibel slim venster op basis van G-RSWNT-film en vloeibaar-kristallaag. (b) Temperatuurvariatie van het slimme venster bij verschillende spanningsdichtheden. (c) De vereiste vermogensdichtheid van het slimme venster bij verschillende stabiele temperaturen. (d) Transmissie van het slimme venster in AAN/UIT-status. (e,f) Transparantieverandering van slim venster door spanningsregeling bij kamertemperatuur 25 ° C, spreidings- en buigtoestanden. (g) Ontwasemingstest bij 20°C met een Smart Window-bedrijfstemperatuur van 28°C. Credit:Instituut voor Natuurkunde
Gebaseerd op een G-RSWNT TCF met een groot oppervlak en een laag met vloeibare kristallen, werd een nieuw flexibel slim venster van A4-formaat met multifuncties zoals snelle verwarming, regelbaar dimmen en ontwasemen vervaardigd. De FD-CNNR-techniek kan niet alleen worden uitgebreid tot grootschalige of zelfs grootschalige bereiding van TCF's, maar kan ook een nieuw idee bieden voor het ontwerp van TCF's en andere functionele films.
Dit werk compenseert de tekortkomingen van het onderzoek op het gebied van hybride films van grafeen-koolstofnanobuisjes met een groot oppervlak, en zal naar verwachting de grootschalige voorbereiding bevorderen van flexibele, vrijstaande, lichtgewicht en transparante geleidende koolstofnanofilms met een groot oppervlak. en hun toekomstige toepassingen op het gebied van flexibele elektronica, fotovoltaïsche apparaten, optische techniek, kunstmatige intelligentie, geavanceerde architectuur, transport en zelfs ruimtevaart, enz.