碳納米管薄膜是經過物理或化學方法，填充自由排列的碳納米管陣列形成的二維碳納米管網路結構。碳納米管薄膜具有很好的力學性能，電學性能和獨特的導熱性能，化學性質穩定，是未來可預知的將被廣泛使用的新興材料之一。
碳納米管薄膜套用於導電塑膠、半導體器件、輕質高強複合材料、寬頻段輕質電磁禁止、衝擊防護、智慧型器件等領域。
基本介紹
- 中文名：碳納米管薄膜
- 外文名：Carbon nanotube films
- 密度：1.33 至 1.40 g/cm
- 水溶性：不溶於水
- 危險性描述：該產品無危害
- 成分：C
- 外觀：黑色/透明
- 套用：柔性電極、智慧型穿戴、高溫加熱
發展歷史,結構特徵,理化性質,製備方法,套用領域,
發展歷史
1991年，日本物理學家飯島澄男在電弧法製備的碳材料中觀察到了碳納米管
1972年，通過對苯等蒸發碳氫化合物的熱分解的平均，成功生長出碳纖維，為FCCVD方法的發展奠定了基礎。
1998年，為了實現高質量單、低成本的大規模合成，Cheng及其同事首次報導了一種採用改進的FCCVD工藝的新型合成方法。
2016年，中科院蘇州納米所先進材料部李清文團隊首次利用共軛小分子4HP實現高純度半導體性碳納米管的高效分離，並且這種共軛小分子具有光降解性可用於製備表面“乾淨”的碳管薄膜。
隨著碳納米管的發現，FCCVD方法得到了用於合成碳納米管的方法。CNT組裝的結構控制和連續製備是FCCVD法合成CNT的主要發展方向。FCCVD工藝已發展成為大規模製備CNT薄膜和纖維的重要技術，並在一些套用領域取得了工業生產成果。
基於該團隊的技術，蘇州捷迪納米科技有限公司實現了碳納米管薄膜的產業化，產能達10萬平方米/年，成功開拓了該產品在高端戶外保暖服以及醫療康復等方面的套用。
結構特徵
碳納米管(Carbon nanotube，CNT)，是由石墨片捲曲而形成的無縫中空管體。碳納米管中的碳原子以sp2方式進行雜化成鍵，以六元環為基本結構單元，這使得碳納米管具有很高的楊氏模量，是具有高斷裂強度的材料，在彎曲情況下不容易損壞。碳納米管薄膜是由單個碳納米管形成的巨觀薄膜結構，性能與碳納米管構型、取向、缺陷程度、長徑比等相關。
理化性質
力學性能
FCCVD方法製備的碳納米管薄膜拉伸強度達到了9.6Gpa，彈性模量20Gpa。
高溫穩定性
加熱方式為面加熱，能量利用率較傳統加熱方式更高。
製備方法
碳納米管薄膜製備方法包括濕處理和乾處理。
濕法處理方法一般涉及表面活性劑吸附和超聲分散、超離心等高能過程，更進一步劃分為以下：
真空過濾法：通過超聲獲得在水中均勻分散的碳納米管溶液，再通過真空抽濾的方法使碳納米管沉積在濾膜上形成薄膜，在用去離子水沖洗後，得到乾淨的碳納米管薄膜。
浸塗法：浸塗法是將基底浸入碳納米管分散液中使碳納米管吸附在基底上，一段時間後將其從溶液中拿出，待乾燥後自然成膜從而得到連續的碳納米管薄膜。
電化學沉積法：通過電場實現了排列規則的碳納米管薄膜的製備。
自組裝法： 自組裝是指基本結構單元(單根碳納米管)自發形成有序結構的一種技術。
乾法製備碳納米管薄膜，主要包括兩種方法：
抽膜法：從碳納米管垂直陣列的基體中直接抽取、拉絲形成碳納米管薄膜。
化學氣相沉積法：從漂浮的催化劑化學氣相沉積(FCCVD)體系中沉積CNT薄膜。
套用領域
智慧型穿戴
碳納米管薄膜具備優異的電熱轉化特性，且輕薄、柔軟、耐水洗，與織物有非常好的相容性，是可穿戴加熱的理想材料。
透明導電薄膜
單壁碳納米管（SWCNT）相互搭接形成的二維網路結構具有柔韌、透明、導電等特點，製備的透明的碳納米管薄膜可以用於觸控屏、平板顯示器、光伏電池、有機發光二極體等電子和光電子器件。
柔性壓力感測器
碳納米管薄膜或粉體與高彈性的高分子材料複合，製備出電阻隨壓力線性變化的柔性壓力感測器。
輕質禁止薄膜
柔性輕量化、厚度最小、機械性能優異、可靠性優異的高性能電磁干擾禁止材料是第五代(5G)通信領域的高度要求，但製造難度極高。碳納米管薄膜具有優異的機械性能和超高的禁止效能，是製備輕質禁止膜的理想材料。
其他
碳納米管薄膜在軍工、化工、複合材料、航空航天、電子器件等領域，都展示非常大的套用潛力。
