碳纳米管巴基纸导电聚合物复合电极的制备(4)
巴基纸是由相互纠缠的碳纳米管，通过管与管间的范德华力构成的像纸一样的碳纳米管薄层[17]。与碳纳米管薄膜相比，巴基纸为自支撑(Free-standing)结构，具有非常优异的力学性能，同时也具有很好的电学性能，从而使得巴基纸在电容器、制动器、传感器、电极、燃料电池和场发射显示器等领域有着广阔的应用前景[18]。
1.2.2 碳纳米管巴基纸的制备
按照巴基纸的制备过程，可以将巴基纸的制备方法分为两步法和一步法。所谓两步法，是指先制备出碳纳米管，然后再通过适当的后处理过程将碳纳米管制备成巴基纸的方法；而一步法指的是直接生长出巴基纸的方法。目前制备巴基纸的方法以两步法为主，两步法主要包括旋涂法、抽滤法和滚压法。
抽滤法
所谓抽滤法，即将制备好的碳纳米管分散在液体溶剂中形成悬浮液，通过抽滤得到巴基纸的一种方法。1998年美国莱斯大学的Liu等用聚四氟乙烯滤膜过滤碳纳米管的水溶液，得到单壁碳纳米管构成的巴基纸[19]。同样，双壁和多壁碳纳米管均能制备成巴基纸。如M．Endo等通过过滤双壁碳纳米管的水溶液制备了巴基纸[20]，Whitby等制备了多壁碳纳米管构成的巴基纸[21]。
旋涂法
旋涂法是将碳纳米管的溶液滴加到高速旋转的基板上来制备巴基纸的一种方法。制备时首先将多壁碳纳米管在硝酸和硫酸的混合溶液中浸泡2h，以除去碳纳米管中的催化剂颗粒和非晶碳；然后过滤并用去离子水清洗，使得碳纳米管和酸溶液分离，并将碳纳米管溶于水中；最后将碳纳米管的溶液滴加到高速旋转的玻璃或者石英基板上，通过改变碳纳米管的浓度或者旋转速度来调节所制备巴基纸的厚度。这种方法的优点是所制备的巴基纸较平整，厚度很薄，有利于光线的透过，对巴基纸在太阳能电池窗口层材料上的应用非常有利；缺点是工序比较复杂，装置较为昂贵，巴基纸和基板的剥离较困难。
滚压法
清华大学的范守善教授课题组发明了一种利用多米诺效应来制备碳纳米管水平定向排列巴基纸的滚压法[22]。实验过程：在硅基底上用CVD方法制备定向排列的多壁碳纳米管，然后在碳纳米管的顶端覆盖一块多微孔薄膜，薄膜上放一个圆柱形的圆筒，沿着一个方向用恒定压力推动圆筒，这样所有碳纳米管由于范德华力而相互交缠在一起，形成定向排列的碳纳米管巴基纸；由于多微孔薄膜的作用，巴基纸很容易从硅基底上剥离；将乙醇滴在多微孔薄膜上，通过微孔浸透在碳纳米管上，这样巴基纸就很容易从多微孔薄膜上剥离。该方法克服了抽滤法制备的巴基纸中碳纳米管弯曲和结块现象[23]，可以在不用添加任何表面活性剂的情况下制备出力学性能很好的巴基纸，能用于制备碳纳米管很长且平直排列的巴基纸。
1．3 导电聚合物的简介
1.3.1 导电聚合物概述
1971年，日本东京工业大学白川英树研究小组发现，用一种改性的Zigler-Natta型催化体系在高催化荆浓度下可以得到具有金属光泽的膜状聚乙炔。这是一种高规整度、高结晶度、低表观密度(0.4 g•cm-2)的材料，为掺杂提供了极好的基础。1976年，美国宾西法尼亚大学的MacDiarmid了解到白川英树的这一成果后，立即邀请他去宾西法尼亚大学做合作研究。至此，由Heeger和MacDiarmid所领导的跨学科研究小组开始了将聚乙炔经电子受体掺杂为具有金属导电性的高分子的研究。白川英树负责高性能聚乙炔膜的合成研究，经过无数次的尝试和失败，终于实现了第一个全有机的导电高分子——碘“掺杂"的聚乙炔，电导率超过104 S•cm-1。从此，一个多学科交叉的新领域——导电高分子(导电聚合物)诞生了。继发现导电聚乙炔后，1978年发现了导电聚吡咯，1979年发现了导电聚苯乙烯，1980年发现了导电聚苯胺。导电高分子材料的出现打破了有机高聚物与导电无缘的传统观念，为低文固体电子学的建立和完善做出了重要的贡献，为分子电子学打下了基础，具有重要的科学意义[24,25]。
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