Small Methods:基于絮凝沉淀法优化碳纳米管的制备过程与使用性能

碳纳米管是一种具有高导电、可溶液法制备、机械稳定性好的纳米材料。碳纳米管在柔性和可折弯电子设备中具有广泛的应用前景。在碳纳米管材料宏量的制备中,需要将导电性不同的碳管通过梯度离心、聚合物包裹、DNA结合以及色谱分离等方法进行分离纯化。然而,基于超声共分散和离心过程的聚合物筛分法具有较低的成本、较高的选择性(大于99%)和较大的产率(大于20%)而收到广泛的关注。为了保证产率,通常需要加入大量的聚合物。为了除去残留在碳管上的大量聚合物,需要额外的加工后处理方法,这为碳纳米管的制备和性能带来了阻碍。制备过程中降低聚合物和碳纳米管的比例是解决这一问题的重要方面。

图片说明:将絮凝沉淀法引入到了碳纳米管的聚合物筛分法制备过程中,降低制备产物中聚合物和碳纳米管比例。

斯坦福大学鲍哲楠教授课题组将絮凝沉淀法引入到了碳纳米管的聚合物筛分法制备过程中,从而达到降低制备产物中聚合物和碳纳米管比例的目的。在使用该研究组制备的筛分聚合物进行碳管纯化的常规步骤后,该研究组向混合物里额外加入了少量丙酮进行絮凝,经离心相分离后,碳管沉淀在溶液下部,大量高分子存在于溶液上部的清液并得以分离,由此便大大降低了碳管产物中高分子的比例。此方法得到的碳管分散液经原子力显微镜计数表明,其对碳管具有很好的选择性,聚合物和碳管的比例很低。随着丙酮添加量的增大,聚合物与碳管的比例进一步减小。该工作为碳纳米管材料纯化制备提供了较好的解决方案,大大减小了聚合物残余,为后处理提供了方便。

由于此方法中聚合物碳管的比例大大降低,得到的碳管分散液在直接制备导电涂层器件时能够具有更好的性能。该研究组将碳管分散液用于二极管电极涂层的制备,经过该方法制备的碳管涂层在二极管中具有良好的性能,尤其是经喷墨打印工艺的器件中,碳管网络密度大大增加且具有很好的稳定性,可达到较高的迁移率(10 cm2 V1 s1)和开关比(106),相比对照组有明显的提升。此外,该研究组提出的方法对其他种类的筛分聚合物同样具有效果,且还可进一步对分离出来的聚合物进行方便的回收利用,具有很大的应用价值。该文章成果在线发表于Small Methods上(DOI:10.1002/smtd.201800189)。

 

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