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2024-05-24 | 科技島

未來光電 突破奈米薄膜大規模製程瓶頸


未來光電 突破奈米薄膜大規模製程瓶頸


未來不論是電子、光電或是能源元件領域,都迫切需要大面積柔性透明導電薄膜(Transparent Conducting Film, 簡稱TCF)。現代科技中,主要被廣泛應用的TCF材料為氧化銦錫(ITO),但由於銦屬於不可再生資源且價格昂貴,且ITO質地較脆,在滿足科技發展(特別是新一代柔性電子元件)的需求面臨困難。


編譯/高晟鈞





未來光電 突破奈米薄膜大規模製程瓶頸
科學家已經開發出碳奈米膜、金屬奈米線、導電聚合物等透明導電材料來取代氧化銦錫(ITO)。圖取自 Phys.org



未來不論是電子、光電或是能源元件領域,都迫切需要大面積柔性透明導電薄膜(Transparent Conducting Film, 簡稱TCF)。現代科技中,主要被廣泛應用的TCF材料為氧化銦錫(ITO),但由於銦屬於不可再生資源且價格昂貴,且ITO質地較脆,在滿足科技發展(特別是新一代柔性電子元件)的需求面臨困難。




目前,已開發出碳奈米膜、金屬奈米線、導電聚合物等透明導電材料來取代ITO。其中碳奈米膜因其優異的電學和光學性能、柔韌性和優異的穩定性,以及未來特別需要的輕質、抗輻射和超疲勞性能,而被認為是最有前途的候選材料之一。




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然而,要實現柔性TCF的廣泛應用,不僅要克服透射率和導電率之間的相互限制,而且還需要能夠大面積甚至大規模製造它們,這是多年來困擾碳奈米材料領域甚至TCF領域研究人員的棘手問題。對此,中國科學院物理研究所的科學人員成功通過重組單壁碳奈米管網路,並成功製造具有更高透射率和電導率的大面積柔性碳奈米膜。




奈米碳管網路重塑(Carbon Nanotube Network Reorganization, 簡稱CNNR)




研究團隊基於本身所開發的獨立式透明奈米碳管薄膜,提出了網路重組的策略,設計並開發了創新的小維面奈米碳管網路重塑技術(Facet-Driven CNNR FD-CNNR)。這不只,突破了碳奈米薄膜製備的瓶頸,實現了大面積製備和無損轉移,也為解決大面積柔性TCF問題提供了有效的方案。




利用此技術,研究團隊設計並製備了A3尺寸甚至是百公尺長的大面積、柔性、獨立式重組碳奈米管TCF(RNC-TCF),包括:重組SWNT(RSWNT)薄膜、石墨烯與重組SWNT的雜化薄膜( G-RSWNT),後者的面積更是現有通道的獨立式混合薄膜的1,200 倍以上。




此菜,FD-CNNR技術使這些輕質薄膜表現出優異的柔韌性,協同增強的高機械強度、出色的透射率和導電率以及顯著的FOM值。製備的大面積RNC-TCF可以獨立於水面,並且可以無污染和損壞地轉移到其他目標基底。




未來與技術推動




FD-CNNR技術不僅可以擴展到TCF的大面積甚至大規模製備,也為TCF和其他功能薄膜的設計提供了新的思路。這項技術有望推動柔性導電碳奈米薄膜的規模化製備以及它們在柔性電子、光伏器件、光學工程、人工智慧、先進建築、交通、甚至航空航天等領域的未來應用。




資料來源:Phys.org



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