Preparação de grandes áreas de nanofilmes de carbono flexíveis com transmitância e condutividade sinergicamente aprimoradas
(a-c) Fotografias de filmes G-RSWNT independentes flutuando na superfície da água com 1m×10cm, tamanho A4 e tamanho A3, respectivamente. (dg) Espectros de transmissão, resistências de folhas, fatores de qualidade, curvas tensão-deformação e espectros Raman de diferentes nanofilmes de carbono. Crédito:Instituto de Física Filmes condutores transparentes flexíveis (TCFs) de grandes áreas são urgentemente necessários para a futura eletrônica, optoeletrônica, dispositivos de energia e outros campos. O óxido de índio e estanho (ITO) TCF, que é amplamente utilizado na tecnologia moderna, enfrenta dificuldades em atender às necessidades do desenvolvimento científico e tecnológico (especialmente uma nova geração de dispositivos eletrônicos flexíveis) porque o índio é um recurso não renovável e caro, e o ITO é inerentemente frágil.
Atualmente, nanofilmes de carbono, nanofios metálicos, polímeros condutores e outros materiais condutores transparentes foram desenvolvidos para substituir o ITO. Entre eles, um nanofilme de carbono é considerado um dos candidatos mais promissores devido às suas excelentes propriedades elétricas e ópticas, flexibilidade e excelente estabilidade, bem como leveza, resistência à radiação e resistência à ultrafadiga, que são particularmente necessárias no futuro. aplicações aeroespaciais e militares.
Contudo, para concretizar a aplicação generalizada de TCFs flexíveis, não é apenas necessário superar a restrição mútua entre transmitância e condutividade, mas também ser capaz de fabricá-los numa grande área ou mesmo em grande escala. Este é um problema complicado que tem intrigado os pesquisadores na área de nanomateriais de carbono e até mesmo na área de TCFs por muitos anos.
Pesquisadores do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências estão envolvidos na investigação fundamental da preparação, propriedades e aplicações potenciais de nanomateriais e nanoestruturas de carbono de baixa dimensão há mais de 30 anos e alcançaram uma série de inovações e importantes resultados.
O estudo, intitulado "Nanofilmes de carbono flexíveis de grande área com transmitância e condutividade sinergicamente aprimoradas, preparados pela reorganização de redes de nanotubos de carbono de parede única", foi publicado na Advanced Materials. . (a) Diagrama esquemático do princípio da técnica FD-CNNR. (b) Diagrama esquemático do mecanismo de reorganização FD-SWNT. (c, d) Imagens SEM in situ do processo de reorganização, com escalas de 10 μm, 2 μm e 500 nm da esquerda para a direita, respectivamente. (e-h) Imagens SEM de G, SWNT, RSWNT e G-RSWNT, com escalas de 2 μm. Crédito:Instituto de Física Com base em seu filme de nanotubo de carbono condutor transparente independente desenvolvido (CNT TCF), preparado contínua e diretamente pelo método de aerossol de sopro, em vista dos problemas desafiadores acima, Yue Ying, Ph.D. O candidato, sob a supervisão do Prof. Zhou Weiya, propôs uma estratégia avançada de reorganização da rede de nanotubos de carbono (CNNR), projetou e desenvolveu uma técnica inovadora de CNNR orientada por facetas (FD-CNNR), rompeu o gargalo da restrição mútua entre as principais propriedades de nanofilmes de carbono e alcançou a fabricação de grandes áreas e transferência sem perdas de filmes CNT.
Ele fornece um esquema eficaz para resolver o problema de TCFs flexíveis de grandes áreas.
Com base no mecanismo único da técnica FD-CNNR, os pesquisadores introduziram pela primeira vez uma interação entre nanotubos de carbono de parede única (SWNT) e reconfiguração de Cu-O, o que permite que a rede SWNT se reorganize em um caminho condutor mais eficiente.
Usando esta técnica, TCFs de nanotubos de carbono reorganizados (RNC-TCFs) de grande área, flexíveis e independentes com tamanho A3 ou mesmo comprimento de metro foram projetados e preparados, incluindo o filme SWNT reorganizado (RSWNT) e o filme híbrido de grafeno e SWNT reorganizado (G-RSWNT), este último tem uma área de mais de 1.200 vezes a dos filmes híbridos independentes existentes relatados.
Além disso, a técnica FD-CNNR permite que esses filmes leves exibam excelente flexibilidade, com alta resistência mecânica sinergicamente aprimorada, excelente transmitância e condutividade e valores significativos de FOM. Os RNC-TCFs de grande área preparados podem ser independentes na superfície da água e podem ser transferidos para outros substratos alvo sem contaminação e danos.
(a,b) Otimização de parâmetros do processo de reorganização SWNT. (c) Comparação da resistência e transmitância da folha do presente trabalho com outros nanofilmes de carbono relatados. (d) Comparação de múltiplas propriedades do presente trabalho com outros nanofilmes de carbono relatados. (e) Fotografias do TCF G-RSWNT em tamanho A3 e 1m×10cm transferidas para substrato PET. Crédito:Instituto de Física
(a) Estrutura esquemática e princípio de janela inteligente flexível baseada em filme G-RSWNT e camada de cristal líquido. (b) Variação de temperatura da janela inteligente em diferentes densidades de tensão. (c) A densidade de potência necessária da janela inteligente em diferentes temperaturas de estado estacionário. (d) Transmitância da janela inteligente no estado ON/OFF. (e, f) Mudança de transparência da janela inteligente por regulação de tensão à temperatura ambiente de 25°C, estados de espalhamento e flexão. (g) Teste de desembaçamento a 20°C com temperatura de operação da janela inteligente de 28°C. Crédito:Instituto de Física
Com base em um TCF G-RSWNT de grande área e uma camada de cristal líquido, foi fabricada uma nova janela inteligente flexível de tamanho A4 com multifunções, como aquecimento rápido, escurecimento e desembaçamento controláveis. A técnica FD-CNNR não só pode ser estendida à preparação de TCFs em grandes áreas ou mesmo em larga escala, mas também fornecer uma nova idéia para o projeto de TCFs e outros filmes funcionais.
Este trabalho compensa as deficiências da pesquisa no campo de filmes híbridos de grafeno-nanotubos de carbono de grande área e espera-se que promova a preparação em larga escala de nanofilmes de carbono condutores de grande área, flexíveis, independentes, leves e transparentes. e suas futuras aplicações nas áreas de eletrônica flexível, dispositivos fotovoltaicos, engenharia óptica, inteligência artificial, arquitetura avançada, transporte e até aeroespacial, etc.
