單壁碳納米管作為典型的一維納米材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的物理及化學(xué)性質(zhì)，在力學(xué)，電學(xué)，光學(xué)及電化學(xué)等方面有著潛在的應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)碳納米管的潛在應(yīng)用，以及提高碳納米管在實(shí)際應(yīng)用中的性能是目前研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　圖1 碳納米管薄膜減薄過程示意圖。(a)碳納米管薄膜平整過程示意圖;(b)利用轉(zhuǎn)移印刷法將碳納米管薄膜從基底轉(zhuǎn)移到PET過程示意圖;(c)重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法減薄碳納米管薄膜過程示意圖。

　　中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室“納米材料與介觀物理”課題組多年來一直致力于碳納米管薄膜的制備、物性與應(yīng)用研究，取得了一系列成果( Adv. Mater. 2009 , 21 , 603;Nano Lett. 2009 , 9 , 2855; Nanoscale 2011 , 3 , 3731; Nano Lett. 2011 , 11 , 4636; Energ. Environ. Sci. 2011 , 4 , 1440)。最近，該課題組牛志強(qiáng)博士、周維亞研究員、解思深院士等與本所清潔能源實(shí)驗(yàn)室黃學(xué)杰研究組馮國星博士、李泓研究員、胡勇勝研究員，新加坡南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳曉東教授和澳大利亞臥龍崗大學(xué)智能聚合物研究所陳俊博士合作，充分利用直接生長的自支撐柔性碳納米管薄膜獨(dú)特的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高電導(dǎo)率、高力學(xué)強(qiáng)度、高透光率等特點(diǎn)，研究了這種碳納米管薄膜在儲能器件和透明柔性電子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　碳納米管透明薄膜是替代氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜的理想材料，更重要的是有望廣泛地應(yīng)用于柔性電子器件。利用浮動催化法直接制備的自支撐碳納米管薄膜具有獨(dú)特的二維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能(Nano. Lett. 2007, 7, 2307)。但是由于受其制備條件的約束，小于100 納米的自支撐透明導(dǎo)電薄膜難以利用此方法直接來獲得，這限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。為了解決這一問題，他們發(fā)展了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)，提出了一種基于靜電吸附的減薄碳納米管薄膜的方法——重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法，通過利用離子靜電吸附效應(yīng)提高低表面能基底的表面能，使得碳納米管薄膜可以從高表面能的基底轉(zhuǎn)移到原本表面能較低的基底上。結(jié)合具有特殊二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜與靜電吸附重復(fù)轉(zhuǎn)移印刷法，可在PET襯底上得到不同厚度甚至近于亞單層的超薄碳納米管薄膜，透明度可達(dá)90%以上。此方法不僅可以有效提高碳納米管的利用率，保持碳納米管薄膜的結(jié)構(gòu)，還可以有效提高超薄碳納米管薄膜的制備效率，簡化了實(shí)驗(yàn)過程。該方法正在申請中國發(fā)明專利(201210270061.0)。基于所制備的超薄碳納米管薄膜，研究人員組裝了柔性透明碳納米管薄膜超級電容器，超級電容器表現(xiàn)出了一定的透光性和良好的電化學(xué)性能。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Small (DOI: 10.1002/smll.201201587)上，并得到編輯的較高評價(jià)。