高强度自支持碳纳米管超薄膜及其复合膜的制备与性能研究

• 作 者: 石准
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 碳纳米管 超薄膜 自支持 透明柔性导电电极 油水分离 力学性能 湿化学法

自支持超薄膜是厚度在100 nm以下且具有高度各向异性的自支持二维材料，其力学性能特别是拉伸强度极为重要，是自支持超薄膜能够稳定存在和广泛应用的基础。本论文围绕基于一维纳米材料的高强度自支持超薄膜的可控制备和性能研究，以单壁碳纳米管(SWCNT)为基元材料，采用湿化学法，制备了具有网络互穿结构的高强度自支持SWCNT超薄膜，并对其高强度的形成机理和影响因素进行了探讨。在此基础上，研究了该自支持超薄膜的电学、光学性能和柔韧性，探索了其在柔性透明导电电极、光电转换器以及分离膜等领域中的潜在应用。　　主要研究结果和创新点如下:　　1.以不同的SWCNT粉末为原料，之后采用不同的分散剂进行分散，通过湿化学法制备成膜。通过对制备的SWCNT超薄膜的结构和力学性能进行表征和分析，得出高强度自支持SWCNT超薄膜的最佳制备条件，并对其高强度的形成机理和影响因素进行了探讨。结果表明，所制备的高强度自支持SWCNT超薄膜在厚度为20 nm时，其拉伸强度可达到850 MPa，这是迄今为止报道的湿法制备的自支持SWCNT超薄膜强度的最高值。　　2.在制得高强度自支持SWCNT超薄膜的基础上，对其电学性能，透光性，柔韧性等方面进行了系统的研究和表征，并以其作为柔性透明电极材料，开发了在柔性透明电容式触摸屏方面的应用。结果表明，以该自支持超薄膜为透明电极构建的电容式触摸屏具有灵敏度高，信号稳定等优点。　　3.以高强度SWCNT超薄膜和油酸包裹的硒化镉量子点(CdSe QDs)为原料，通过非共价键吸附一步法制备了自支持SWCNT-CdSe QDs复合膜，并对该复合膜的光电转换性能和柔性进行了研究和表征。以该复合膜为光电响应层，自支持SWCNT薄膜为上下两个电极，组装成“sandwich”式的全碳电极光电转换器件。在模拟太阳光照射下，该器件可产生强度高且稳定的光电流。　　4.利用自支持SWCNT超薄膜高强度、纳米级均一孔道结构以及超亲油/疏水的表面性质，研究了其在油水混合物和乳化油水分离中的应用，探讨了自支持SWCNT超薄膜的厚度，有效孔径，表面性质等因素对油水混合物和乳化油水分离通量和分离效率的影响。实现了超高通量、高选择性的油水混合物和油包水乳液的分离。在同等分离条件下，分离通量比传统高分子滤膜高2-3个数量级。