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[交流] 东丽量产透明导电薄膜，让双层CNT带电分散成膜

东丽量产透明导电薄膜，让双层CNT带电分散成膜
2012/03/12 00:00

东丽在展会“nano tech 2012”上展出的大日本印刷公司的大尺寸电子纸
　　在电子纸、柔性显示器及柔性太阳能电池领域，透明电极除原有的性能外，还需要具备抗弯性和抗拉伸性。面向上述用途的透明导电薄膜的开发竞争逐步进入量产阶段。

　　东丽2012年2月发布了用于双层碳纳米管（CNT）电子纸的透明导电薄膜量产技术。由此，基本实现了电子纸用透明导电薄膜用于实际时所需要的90％的光透射率、以及500Ω以下的表面电阻值。该产品现已开始向部分厂商样品供货，预定2012年度内开始量产。东丽表示，“希望能在电子纸透明导电薄膜市场上获得较大的份额”。

只给CNT外层增加极性

　　双层CNT的形状是直径不同的两根CNT以同轴的形式圈套在一起的状态。直径约为3nm。与单层CNT相比，即使进行多种加工，性能也不易受损，导电性等也比多层CNT出色。

　　此次东丽通过只让双层CNT的外层带有极性，全球首次开发出了能够防止凝聚问题出现的透明导电薄膜量产技术（图1）。透明导电薄膜是让双层CNT分布在溶液中形成弥散，然后在常压状态下，涂布在PET薄膜上形成的。

图1：带电、防止凝聚
东丽将双层CNT的外层稍微带电，防止了此前遇到的凝聚问题，实现了高效弥散。

　　虽然CNT以前就作为透明导电薄膜材料备受关注，但由于无法解决CNT聚集成团的凝聚问题，因此未能达到薄膜等用途所要求的表面电阻值及光透射率（图2）。东丽的双层CNT由于解决了凝聚问题，所以拥有较其他CNT更为出色的特性。

图2：CNT的透明导电性大幅提高
作为透明导电薄膜材料，对东丽的双层CNT与其他CNT进行了比较。东丽的双层CNT在光透射率和导电性上占优势。根据东丽资料制图。

　　东丽的双层CNT采用“催化剂担载气相沉积法”工艺制造。该工艺以金属粒子为催化剂，首先使这些粒子均匀分散并固定在载体上，然后通过喷射碳化氢在催化剂上生成双层CNT。与其他竞争公司大多没有采用载体的气相沉积法和电弧放电法相比，具有设备投资成本低、制造温度容许范围大等优点。东丽介绍说，采用该工艺制造的双层CNT的纯度高达“90％以上”。

是电子纸的最强候补？

透明电极此前一般采用铟（In）与锡（Sn）的氧化物ITO，但大多是在玻璃上成膜形成的。如果在柔性薄膜上对ITO进行成膜，就会出现弯曲或者拉伸时导电性大幅降低的问题。同时，稀有金属In在确保稳定供应方面也存在问题。

　　因此，作为替代技术，多家公司纷纷提出了采用CNT、金属纳米粒子及导电性树脂等材料的多种技术（图3）。

图3：双层CNT成为电子纸的有力候补
根据东丽与本刊资料，对东丽的开发品与其他透明导电薄膜的特性作了比较（a）。相比低表面电阻值（高导电率），电子纸更注重高光透射率，因此双层CNT薄膜成为有力候补（b）。

　　东丽认为，此次开发的双层CNT薄膜最适合注重光透射率的电子纸。理由是：在保持较高的光透射率的情况下，仍能凭借较低的表面电阻值（即高导电率）来获得与其他薄膜相当的特性。

　　而且，双层CNT薄膜的耐弯曲性和耐拉伸性也大幅高于ITO薄膜及金属纳米粒子薄膜，同时在无色方面，也优于金属纳米粒子薄膜和导电性树脂PEDOT/PSS薄膜。

注）PEDOT/PSS=3，4-乙烯二氧噻吩/聚4苯乙烯磺酸钠。

　　金属纳米粒子方面，住友大阪水泥采用铜粒子作为布线材料。该公司正在开发光透射率为81％时、表面电阻值还不到0.1Ω/□的超低电阻薄膜。东丽也在与美国Cambrios公司联合开发采用银纳米粒子的导电性薄膜。东丽介绍说，“金属纳米粒子技术主要面向需要高导电性的用途。不过，当降低纳米粒子的密度，以便提高光透射率、用于电子纸时，就会出现凝聚现象，无法顺利使用”。而且，PEDOT/PSS“在耐湿热方面还有问题”。

　　看来，这些透明导电薄膜的实现技术，有必要根据不同用途来区别对待。（记者：野泽哲生，《日经电子》）

■日文原文：東レが透明導電フィルムを量産、2層CNTを帯電させて分散

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