独立行政机构产业技术综合研究所[会长：野间口佑]（以下简称“AIST”）电子与光子技术研究部[研究部部长原市聪]细观结构控制组金艺智合作研究员（日本学术振兴会RPD研究员）、研究组组长Reiko Asumi、高级研究员Masayuki Chikamatsu等人开发了一种具有高透光率和导电性的透明导电薄膜，可以通过在基膜上涂覆或印刷碳纳米管（CNT）墨水来生产。
新开发的CNT透明导电薄膜不需要真空或高温工艺，可以采用节省资源和能源的溶液工艺生产，并且可以在室温下成型。当透射率为基膜的透射率的89％至98％时，该透明导电膜的表面电阻率为68％至240％。Ω/□比如说，湿涂法制造的透明导电薄膜相比，它具有世界上最高水平的透明度和导电性。另外，由于CNT独特的柔韧性和附着力，使其具有优异的抗弯曲性和抗冲击性，并且可以折叠。
该结果日期为 2013 年 1 月 25 日应用物理快车发表在杂志上（电子版）。另外，“纳米技术它将在“2013年印刷电子展览会”上展出，该展览会与2013年第12届国际纳米技术展览会和技术会议同时举行。
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塑料基板上制作的CNT透明导电薄膜
LED 灯表明基材即使在弯曲时仍保持导电性。 |
目前，氧化铟锡 (伊藤)膜。然而，ITO膜存在因反复输入操作而容易产生微小裂纹且耐弯曲性差的问题。此外，我们还提供气相沉积和溅射需要大量资金投入，难以大面积推广。此外，由于使用稀有金属铟，受国际形势影响，存在资源枯竭、稳定供应不稳定的担忧。因此，需要能够解决这些问题的替代透明导电材料。
AIST一直致力于CNT的基础研究和应用。特别是关于高品质薄膜的制造方法，CNT取向膜(AIST Today 2002 年 10 月号) 和生物聚合物 (2005 年 2 月 22 日 AIST 新闻稿)和纤维素混合，开发出具有优异光学性能的CNT薄膜。另一方面，AIST纳米管应用研究中心Toshi Saito，研究组组长，可以批量生产碳纳米管，提高质量，控制直径等eDIPS 方法2006 年 5 月 11 日 AIST 新闻稿）。新开发的薄膜包含高品质单壁碳纳米管 (SWNT)被使用了。另外，AIST柔性电子研究中心柔性压力传感器 (2012 年 6 月 8 日 AIST 新闻稿），这一次，我们与印刷电子器件团队研究员 Kiyoshi Uemura 和合作研究员 Yuichi Watanabe（JSPS 研究员 PD）合作，使用 CNT 透明导电薄膜制作了柔性触摸面板原型。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会RPD项目的部分支持。
到目前为止，碳纳米管一直分散在十二烷基硫酸钠等表面活性剂中，旋涂法是啊喷雾法然而，这些方法浪费了大量材料；卷对卷方法是困难的。此次，我们利用eDIPS法生产的高品质SWNT，开发了一种成膜性优异、高浓度、高粘度的新型CNT墨水。 CNT油墨为基材（玻璃、PET、笔、PDMS等)，并通过使用自动装置以恒定速度移动刀片来形成透明导电膜。通过改变基材和刀片之间的距离可以轻松控制薄膜厚度（图1（a））。新开发的制造方法是一种溶液工艺，可以在室温和大气中成膜，因此具有以下优点：1）使用卷对卷方法进行大面积和批量生产，2）纳米级别的膜厚度控制，3）多层堆叠（图1（b）），以及4）使用丝网印刷的图案印刷（图1（c））。此外，可以抑制制造过程中的资本投资。
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| 图1（a）使用CNT墨水制造透明导电薄膜的示意图，（b）多层层压的CNT薄膜，（c）通过丝网印刷图案化的CNT薄膜 |
该CNT墨水含有大量的聚合物（基质聚合物）作为分散剂，以形成均匀的膜，同时分散CNT。由于基体聚合物不导电并且表现出高电阻，因此需要在成膜后去除基体聚合物以获得CNT固有的导电性。在室温下在空气中进行固溶处理或光烘烤处理以除去基质聚合物。在溶液加工中，将薄膜浸入特定溶剂中以选择性地仅溶解基质聚合物。另外，在光烘烤过程中，瞬时照射高强度光以仅加热CNT并通过烧制去除基质聚合物。图 2 (a) 显示了这些处理前后 CNT 薄膜的典型原子力显微镜 (AFM) 图像。尽管在处理前的图像中无法观察到，但在处理后的图像中可以清楚地观察到单独分散的碳纳米管，这表明基质聚合物的去除使碳纳米管彼此接触，形成电流流动的路径。此外，处理前后薄膜的透光率几乎保持不变，表明碳纳米管没有从基材表面剥离。这些结果表明，通过溶液处理或光烘烤处理可以仅去除基质聚合物，而不会引起CNT聚集或膜塌陷。此外，这些 CNT 薄膜还经过硝酸处理兴奋剂，得到如图2(b)所示的高透过率、低电阻的透明导电膜。传统的去除方法是将整个薄膜加热到高温以分解并去除基体聚合物，当基材为低熔点塑料薄膜时无法应用。新开发的去除方法可以在室温和大气中进行处理，因此可以用于去除直接应用于PEN等塑料基材的薄膜中的基质聚合物，从而使创建透明导电薄膜成为可能。
由于碳纳米管特有的柔韧性和粘合性，使用碳纳米管的透明导电膜有望具有优异的耐弯曲性和耐久性。新开发的CNT透明导电膜即使在折叠时也能保持导电性。此外，当我们在PEN基板上使用CNT透明导电膜进行如图2（c）所示的弯曲测试时，即使在弯曲半径为10mm的情况下弯曲20万次后，它仍保持导电性。此外，在弯曲半径为2mm的弯曲试验中，在50,000次弯曲后直到基材断裂为止都维持导电性。
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| 图2（a）去除基体聚合物前后CNT薄膜的AFM图像，（b）固溶处理和掺杂得到的CNT透明导电薄膜的透过率与方块电阻的关系，（c）弯曲测试示意图 |
此外，我们还使用新开发的CNT透明导电膜制作了电阻式触摸屏。首先，利用丝网印刷法在CNT透明导电膜上形成上、下、左、右布线电极，然后通过间隔物将两个膜粘合在一起。图 3 显示了该触摸屏的操作。新开发的采用CNT透明导电薄膜的触摸面板预计将广泛应用于公共设施、医院、商店、活动场所等，作为一个界面，即使是不习惯操作电脑的老人和儿童也能轻松获取他们想要的信息。
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图3 采用CNT透明导电膜的电阻式触摸屏
即使弯曲也能工作，并且笔的轨迹显示在显示屏上。 |
通过进一步提高CNT透明导电膜的导电性和透明度，并通过丝网印刷进行大面积图案化，我们的目标是开发广泛的应用，不仅包括触摸面板，还包括太阳能电池和有机EL显示器。我们还将寻求联合研究公司并考虑商业化问题。