未來，電子、光電、能源等領(lǐng)域需要大面積柔性透明導(dǎo)電薄膜（TCF）。由于銦是不可再生資源且價格昂貴以及氧化銦錫固有的脆性，現(xiàn)代技術(shù)廣泛應(yīng)用的氧化銦錫TCF難以滿足科技發(fā)展尤其是新一代柔性電子器件的需求。目前，科學(xué)家已開發(fā)出碳納米薄膜、金屬納米線、導(dǎo)電高分子等替代氧化銦錫的透明導(dǎo)電材料。其中，碳納米薄膜被認(rèn)為是最有潛力的候選材料之一。然而，實現(xiàn)柔性透明導(dǎo)電薄膜廣泛應(yīng)用不僅要求其克服透光率和導(dǎo)電性之間的相互制約，而且要能夠?qū)崿F(xiàn)大面積甚至規(guī)模化制備。這是困擾碳納米材料領(lǐng)域乃至TCF領(lǐng)域的難題。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室納米材料與介觀物理研究組，基于自支撐透明導(dǎo)電碳納米管薄膜，提出了先進的碳納米管網(wǎng)絡(luò)重組（CNNR）策略，設(shè)計并研發(fā)出創(chuàng)新性的刻面驅(qū)動CNNR（FD-CNNR）技術(shù)，突破了碳納米薄膜關(guān)鍵性能之間相互制約的瓶頸，實現(xiàn)了大面積制備和無損轉(zhuǎn)移，為解決大面積柔性TCF問題提供了方案。

該工作基于FD-CNNR技術(shù)的獨特機制，在單壁碳納米管（SWNT）和Cu-O重構(gòu)之間引入一種相互作用，使SWNT網(wǎng)絡(luò)重組為更高效的導(dǎo)電路徑。該研究利用FD-CNNR技術(shù)，設(shè)計并制備出A3尺寸甚至米級長度的大面積柔性自支撐重組碳納米透明導(dǎo)電薄膜（RNC-TCF），包括重組SWNT（RSWNT）薄膜和石墨烯與重組 SWNT（G-RSWNT）復(fù)合薄膜。后者的面積是現(xiàn)有該種自支撐復(fù)合薄膜的1200多倍。這些輕質(zhì)薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性，具有協(xié)同增強的高力學(xué)強度、出色的透光率和導(dǎo)電率以及顯著的FOM值。研究發(fā)現(xiàn)，大面積RNC-TCF能夠在水面自支撐，并能夠無損轉(zhuǎn)移至其他目標(biāo)基底上而不受污染。進一步，該研究基于大面積G-RSWNT TCF結(jié)合液晶層，制作了A4尺寸的新型柔性智能窗。這一柔性智能窗具有快速加熱、可控調(diào)光和除霧等功能。研究提出，F(xiàn)D-CNNR技術(shù)可以擴展到大面積甚至規(guī)模化制造TCF，并可為TCF和其他功能薄膜的設(shè)計提供新思路。

該工作彌補了大面積石墨烯-碳納米管復(fù)合薄膜領(lǐng)域研究的短板，有望推動大面積、柔性、自支撐、輕質(zhì)、透明導(dǎo)電碳納米薄膜的規(guī)模化制備。

相關(guān)研究成果以Large-Area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-Walled Carbon Nanotube Networks為題，發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）上，并申請了中國發(fā)明專利。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院等的支持。

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物理所實現(xiàn)柔性碳納米薄膜的透明導(dǎo)電協(xié)同提升和大面積制備