Flexibla transparenta konduktiva filmer (TCF) med stor yta är ett akut behov för framtida elektronik, optoelektronik, energiutrustning och andra områden. Indiumtennoxid (ITO) TCF, som används flitigt i modern teknik, har svårigheter att möta behoven av vetenskaplig och teknisk utveckling (särskilt en ny generation av flexibla elektroniska enheter) eftersom indium är en icke-förnybar resurs och dyr, och ITO är i sig spröd.
För närvarande har kolnanofilmer, metallnanotrådar, ledande polymerer och andra transparenta ledande material utvecklats för att ersätta ITO. Bland dem anses en kolnanofilm vara en av de mest lovande kandidaterna på grund av dess utmärkta elektriska och optiska egenskaper, flexibilitet och utmärkta stabilitet, samt lättvikt, strålningsbeständighet och ultratrötthetsbeständighet som är särskilt nödvändiga i framtiden flyg- och militära tillämpningar.
Men för att förverkliga den utbredda tillämpningen av flexibla TCF:er är det inte bara nödvändigt att övervinna den ömsesidiga begränsningen mellan transmittans och konduktivitet, utan också att kunna tillverka dem på ett stort område eller till och med i stor skala. Det här är ett kvistigt problem som har förbryllat forskare inom området kolnanomaterial och till och med inom området TCF i många år.
Forskare från Institute of Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin har varit engagerade i den grundläggande undersökningen av förberedelser, egenskaper och potentiella tillämpningar av lågdimensionella kolnanomaterial och nanostrukturer i mer än 30 år, och har uppnått en rad innovativa och viktiga resultat.
Studien, med titeln "Flexibla kolnanofilmer i stort område med synergistiskt förbättrad transmittans och konduktivitet, framställda genom att omorganisera enväggiga kolnanorörsnätverk", publicerades i Advanced Materials .
Baserat på deras utvecklade fristående transparenta konduktiva nanorörsfilm av kol (CNT TCF) kontinuerligt och direkt framställd med den blåsande aerosolmetoden, med tanke på ovanstående utmanande problem, har Yue Ying, en Ph.D. kandidaten, under överinseende av prof. Zhou Weiya, föreslog en avancerad strategi för omorganisation av kolnanorörsnätverk (CNNR), designade och utvecklade en innovativ facettdriven CNNR-teknik (FD-CNNR), bröt igenom flaskhalsen med ömsesidig begränsning mellan nyckelegenskaperna av kolnanofilmer, och uppnådde tillverkning av stora ytor och förlustfri överföring av CNT-filmer.
Det tillhandahåller ett effektivt system för att lösa problemet med flexibla TCF:er för stora områden.
Baserat på den unika mekanismen för FD-CNNR-tekniken introducerade forskarna för första gången en interaktion mellan enkelväggigt kolnanorör (SWNT) och Cu-O-omkonfiguration, vilket gör att SWNT-nätverket kan omorganiseras till en mer effektiv ledande väg.
Med denna teknik designades och förbereddes flexibla och fristående omorganiserade kolnanorör-TCF (RNC-TCF) med A3-storlek eller till och med meterlängd, inklusive den omorganiserade SWNT (RSWNT)-filmen och hybridfilmen av grafen och omorganiserad SWNT (G-RSWNT), den senare har en yta på mer än 1 200 gånger större än de befintliga fristående hybridfilmerna som rapporterats.
Dessutom gör FD-CNNR-tekniken det möjligt för dessa lätta filmer att uppvisa utmärkt flexibilitet, med synergistiskt förbättrad hög mekanisk hållfasthet, enastående transmittans och konduktivitet och betydande FOM-värden. De förberedda stora RNC-TCF:erna kan stå fristående på vattenytan och kan överföras till andra målsubstrat utan kontaminering och skada.
Baserat på en storarea G-RSWNT TCF och ett flytande kristallskikt tillverkades ett nytt flexibelt smart fönster i A4-storlek med multifunktioner som snabb uppvärmning, kontrollerbar dimning och avimning. FD-CNNR-tekniken kan inte bara utvidgas till att omfatta storarea eller till och med storskalig beredning av TCF:er, utan också ge en ny idé för design av TCF:er och andra funktionella filmer.
Detta arbete kompenserar för bristerna i forskningen inom området grafen-kol-nanorörhybridfilmer med stor yta och förväntas främja storskalig framställning av flexibla, fristående, lätta och transparenta ledande kolnanofilmer med stor yta. och deras framtida tillämpningar inom områdena flexibel elektronik, fotovoltaiska enheter, optisk teknik, artificiell intelligens, avancerad arkitektur, transport och till och med flyg, etc.
Mer information: Ying Yue et al, flexibla kolnanofilmer för stort område med synergistiskt förbättrad transmittans och konduktivitet framställda genom omorganisering av enkelväggiga kolnanorörsnätverk, avancerat material (2024). DOI:10.1002/adma.202313971
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
