透明導(dǎo)電膜在現(xiàn)代技術(shù)中（TCF）它是許多電子、光電、能源等設(shè)備的重要組成部分。在這些氧化物中（ITO）由于其優(yōu)異的透明導(dǎo)電性能，已成為工業(yè)生產(chǎn)的主流。但是，ITO是一種不可再生能源，而且價格昂貴，ITO固有的脆性更是使其難以應(yīng)用于軟可穿戴設(shè)備的日益發(fā)展?，F(xiàn)在，已經(jīng)開發(fā)了一種透明的導(dǎo)電材料，如碳納米薄膜、金屬納米線、導(dǎo)電聚合物等。在這些材料中，碳納米薄膜被認(rèn)為是最有前途的替代材料之一，因其具有優(yōu)良的電學(xué)和光學(xué)特性、柔軟性和優(yōu)異的穩(wěn)定性，以及未來軍事應(yīng)用和航空航天領(lǐng)域迫切需要的輕、抗輻照、超抗疲勞等特點。但是，實現(xiàn)軟透明導(dǎo)電膜廣泛應(yīng)用的前提不僅要求其質(zhì)量高，而且要能夠大規(guī)模甚至大規(guī)模制備。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，中國科學(xué)院物理研究所周維亞研究員指導(dǎo)博士生岳盈開發(fā)了一種新穎的模型驅(qū)動碳納米管網(wǎng)絡(luò)重組方法（FD-CNNR），用于制備大規(guī)模軟性自支撐碳納米透明導(dǎo)電膜，協(xié)同提高重組膜的力學(xué)強(qiáng)度、透光率和電導(dǎo)率，其面積可達(dá)A3尺寸，長度可達(dá)米級。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計并構(gòu)建了一種新型的軟智能窗口。以“相關(guān)工作”為基礎(chǔ)。Large-area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-walled Carbon Nanotube Networks"問題出現(xiàn)了《Advanced Materials》上。

/ 通過協(xié)同提高碳納米薄膜的透明導(dǎo)電性和機(jī)械性能。 /

目前，大多數(shù)行業(yè)認(rèn)為應(yīng)用于智能窗口、觸摸屏、可穿戴設(shè)備等的TCF應(yīng)保持85%以上的透光率，TCF面電阻在實際應(yīng)用中應(yīng)低于100%。 Ω/sq。使用FD-CNNR方法制備的A44-c圖1a-c、大尺寸A3，大尺寸自支撐重組碳納米薄膜照片，長度為米級，薄膜厚度只有幾十納米，自支撐地漂浮在水面上。對于獨立石墨烯（G），原來的單壁碳納米管（SWNT），單壁碳納米管的重組（RSWNT），以及重組碳納米管-石墨烯（G-RSWNT）檢測薄膜的透明導(dǎo)電性能，數(shù)據(jù)顯示在圖1d中。RSWNT的制備 在90%透光的情況下，TCF表面電阻僅為110。 Ω/sq，G-RSWNT 在86%的透光率下，TCF只有69%。 Ω與原始SWNT相比，/sq表面電阻的導(dǎo)電性能提高了2.3倍，透光率提高了11%，完成了透明導(dǎo)電性能的協(xié)同提高。而且， RSWNT TCF 和 G-RSWNT 同時，TCF的力學(xué)強(qiáng)度也得到了協(xié)同提高，楊氏模量分別為~35和~45。 MPa，大約是原始SWNT-TCF（~5 MPa）8倍(圖1e)。

圖 1. （a-c）G-RSWNT薄膜照片漂浮在水面上，尺寸分別為1。 m×10 cm，A4尺寸，A3紙尺寸。（d）透射光譜揉面電阻，不同碳納米薄膜。（e）各種碳納米薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，斜率代表楊氏模量。

/ 模仿驅(qū)動重組機(jī)制有助于形成大規(guī)模的Y型互聯(lián)網(wǎng) /

FD-圖2a和2b顯示了CNNR模式的示意圖。SWNT貼合在光滑的銅泊上，在真空中加熱。銅和吸附的少量氧氣隨溫度升高而發(fā)生表面重構(gòu)，產(chǎn)生鋸齒形的微觀結(jié)構(gòu)，稱為“琢型”。具體來說，在高溫下，化學(xué)吸附的氧氣將蒸發(fā)的銅原子捕捉到液相，液相中的Cu-O前體在表面凝結(jié)成Cu。-O 鏈條，這個過程涉及到大量的銅原子傳輸。隨著溫度的升高，從最初的幾納米開始，琢型的寬度逐漸增大。在900 ℃上下琢型的寬度可以達(dá)到幾十到幾百納米，此時此刻， SWNT的位置將受到銅原子傳輸?shù)娘@著影響，SWNT立即被驅(qū)動移動，相鄰的SWNT逐漸靠近并形成連接，SWNT重組開始。當(dāng)氣溫升至1030時 ℃，由于接近銅溶點，預(yù)熔明顯，形狀逐漸消失，RSWNT重組基本完成。此時，G可以通過氮源進(jìn)一步準(zhǔn)備。-RSWNT。SEM表征原點驗證了此過程(圖2c和2d)。RSWNT和G-RSWNT的外觀圖像如圖2e和2f所示，表面干凈平整，顯示出大面積的Y型因特網(wǎng)。它是一種更加有效的導(dǎo)電路徑和更加堅韌的力學(xué)網(wǎng)絡(luò)，是協(xié)同提高碳納米薄膜多種性能的重要因素。

圖 2. （a，b）模仿驅(qū)動SWNT網(wǎng)絡(luò)重組示意圖。（c，d）RSWNT和G-SEM圖像RSWNT。

【大規(guī)模自支撐碳納米透明導(dǎo)電膜可以無損轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底】

將重組碳納米管膜的性能與最近的代表性軟TCF相關(guān)報道進(jìn)行比較，如圖3a和3b所示。可以看出，重組碳納米膜不僅具有透明導(dǎo)電性的領(lǐng)先水平，而且具有自支撐、清潔轉(zhuǎn)移等優(yōu)異特性。同時，這項工作計劃彌補(bǔ)大型石墨烯-碳納米管復(fù)合膜領(lǐng)域的研究不足。

大規(guī)模、均勻的G-RSWNT薄膜可通過Batch使用。-to-Batch方法從支持轉(zhuǎn)移到隨機(jī)襯底。這個過程非常簡單，兼容性也很好。圖3c顯示了PET襯底上大規(guī)模的G-RSWNT薄膜照片。

圖 3. （a）這項工作與其它報告中碳納米薄膜的表面電阻和透光率進(jìn)行了比較。（b）這項工作與其它報道中碳納米薄膜的各種性能進(jìn)行了比較。（c）A3尺寸和1 m×10 cm的G-RSWNT PET是TCF照片的襯底。

/ 軟智能窗口基于碳納米透明導(dǎo)電膜的重組和液晶的改變 /

優(yōu)異的透明度和導(dǎo)電性，以及大規(guī)模的制備，使得重組碳納米薄膜成為下一代透明導(dǎo)電材料的有力競爭對手。伴隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，滿足綠色環(huán)保等多功能需求的智能設(shè)備越來越受到重視。用于分隔內(nèi)外空間的窗戶，在工程、交通甚至航天工程等領(lǐng)域，通常會帶來額外的能源損失，在一些惡劣的環(huán)境中，也會面臨起霧、凍結(jié)等問題。一方面會造成能源浪費，另一方面也會影響窗戶的安全性和實用性。為解決這一問題，本工作制備了一種基于G-RSWNT薄膜和改變液晶的軟智能窗口，可實現(xiàn)可控變光、快速加熱、除霧等功能。圖4a和4b顯示了其原理示意和功能測試。

當(dāng)環(huán)境溫度低于相變溫度時(~30)°C）當(dāng)時，智能窗口處于透明狀態(tài)（OFF），這個時候會有更多的陽光進(jìn)入室內(nèi)。如果環(huán)境溫度較高，或者需要保護(hù)隱私、投射等功能，可以通過增加電壓(2 V cm-1)將智能窗調(diào)整到不透明狀態(tài)（ON）。當(dāng)窗戶遇到霧氣時，智能窗戶可以通過焦耳加熱(0.04) W cm-2）來除霧。圖4e-g顯示了A4。 軟智能窗口尺寸的具體工作照片。歸功于 G-RSWNT TCF 出色的穩(wěn)定性，智能窗戶在人工控制服役期間同樣具有出色的環(huán)境穩(wěn)定性。

這種性能優(yōu)異的多功能軟智能窗口，未來可用于顯示窗口、顯示鏡、顯微鏡、相機(jī)鏡頭等設(shè)施。此外，它還在航空航天飛機(jī)、建筑物(商店、辦公室等)中。)、在極寒地區(qū)使用的作物種植、輸送設(shè)備(輪船、飛機(jī)等)和裝甲車等場景中，也具有很大的實用價值。

圖 4. （a）軟智能窗口的結(jié)構(gòu)和原理示意圖基于G-RSWNT薄膜。（b）不同電壓密度下智能窗的溫度變化。（c）不同穩(wěn)態(tài)溫度下智能窗的功率面密度。（d）ON/OFF狀態(tài)下智能窗口的透射率。（e, f）室溫25 在展平和彎曲條件下，智能窗透明度通過電壓調(diào)節(jié)變化。（g）20 ℃除霧檢測，智能窗戶工作溫度為28。 ℃。

/ 總結(jié) /

本工作提出了先進(jìn)的FD，以克服碳納米薄膜的一些關(guān)鍵特性(透明度、導(dǎo)電性、力學(xué)強(qiáng)度等)之間的相互制約。).-CNNR 對碳納米薄膜進(jìn)行策略設(shè)計和制備(包括 RSWNT TCF和 G-RSWNT TCF）。這類薄膜具有優(yōu)異的柔軟性、高力學(xué)強(qiáng)度、輕質(zhì)性、優(yōu)異的透光性和導(dǎo)電性，以及穩(wěn)定性。與此同時，還可以實現(xiàn)大規(guī)模甚至大規(guī)模的制備?；诖笠?guī)模軟性 G-RSWNT TCF 的新型 A4 已開發(fā)出大小柔軟的智能窗口，可實現(xiàn)可控變光和快速除霧，在智能制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

柔性、輕質(zhì)、高韌性、大面積碳納米透明導(dǎo)電膜可用于柔性電子、光電設(shè)備、光學(xué)工程、人工智能、現(xiàn)代建筑、交通運輸甚至航天工程等領(lǐng)域。另外，F(xiàn)D-CNNR 這種策略不僅可以做到 TCF 結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化提供了一個新的角度，也可以為研究其它功能膜(高韌性膜、保護(hù)膜等)提供新的啟發(fā)。

原文：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313971

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原標(biāo)題：“復(fù)材信息”A3面積，米級長度！新型柔性碳納米薄膜

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