頡蓉(中國科學院金屬研究所炭材料研究部研究員)

頡蓉性別：女最高學歷：博士研究生職　稱：研究員專家類別：碩士生導師部　門：瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室炭材料研究部通訊地址：遼寧省瀋陽市沈可區文化路72號，中國科學院金屬研究所，炭材料研究部簡歷2012.2-2013.2　澳大利亞昆士蘭大學有機光電子中心　訪問學者2012.9-- 金屬所國家實驗室，炭材料研究部　項目研究員2007.9-2012.9　金屬所國家實驗室，炭材料研究部　副研2003.11　法國國家科研中心材料實驗室　訪問學者2003.4-2007.9　金屬所國家實驗室，炭材料研究部　助研瀋陽界面材料研究中心辦公室1999.3-2003.2　金屬所，材料學專業　博士生1996.9-1999.3　東北大學，冶金與物理化學專業　碩士生1992.9-1996.7　東北大學，冶金與物理化學專業　本科生研究領域碳納米管和石墨烯基薄膜材料的製備及其在柔性電子器件等領域的應用研究；碳納米管和石墨烯複合材料的製備與應用研究。承擔科研項目情況碳管透明導電薄膜製備與應用研究：提出了一種超強酸溶脹預分散－碳質副產物選擇性功能化自發分散方法，在無添加劑、且可保持單壁碳納米管結構完整性的前提下，實現了單壁碳納米管在水和常用極性有機溶劑中的自發分散 (圖1)。採用上述自發分散方法，利用無添加劑、高結構完整性的單壁碳納米管分散液，製備出透明導電性優異（透光率為82%和90%時表面電阻分別為76和133 Ω.sq-1）的單壁碳納米管薄膜，已達商用透明導電薄膜的要求。同時，設計組裝了自動噴塗設備，製備出具有優異柔韌性的大尺寸透明導電薄膜（圖2）。此外，在研究發現碳納米管在常壓下可被臭氧官能化並刻蝕的基礎上，建立了光刻─臭氧刻蝕圖形化碳納米管薄膜的方法，獲得了具有不同圖形的碳納米管薄膜（圖3）。該方法快捷方便，三分鐘內即可在常壓下實現碳管薄膜的圖形化，克服了等離子體刻蝕帶來的高成本、相對耗時的缺點。同時將該方法用於石墨烯透明導電薄膜的圖形化研究，不僅獲得了高精度的石墨烯薄膜圖形，還能調控石墨烯薄膜的電學性能，使其可在不同器件中獲得應用。

單壁碳納米管的自發分散及其分散狀態表徵與統計單壁碳納米管在水中自發分散i) 0min，ii) 10min，iii) 1h，iv) 48h的照片；b: a圖中iv)的原子力顯微鏡照片；c: 單壁碳納米管管束大小的統計圖，顯示分散液中的單壁碳納米管大多以單根或小管束的形式存在。利用自發分散單壁碳納米管噴塗法製備的大面積柔性透明導電薄膜

臭氧圖形化碳管薄膜過程示意圖（a）及所得不同圖形的薄膜（b），標尺為100 mm石墨烯薄膜的應用基礎與關鍵技術研究：建立了高效、低成本、大面積製備石墨烯薄膜的氫鹵酸還原方法，通過簡單的浸泡即實現了氧化石墨烯（GO）薄膜在較低的溫度下（≤100°C）的快速、高效還原，所得石墨烯薄膜的碳氧比可達12以上，體積電導率可以達到3×104 S/m，明顯優於已有化學還原方法的效果。更重要的是，還原處理在去除薄膜層間含氧官能團的同時，反應產物以液相的形式從薄膜內部析出，產生的毛細作用力使薄膜厚度明顯減小、結構更加緻密，提高了石墨烯片層之間的結合力，因此還原后得到的石墨烯薄膜在導電性、力學強度和柔韌性等方面都有了顯著的提高（圖4），解決了已有還原方法破壞薄膜結構的瓶頸問題。在此基礎上，提出了“弱氧化—強剝離—後分離”的思路配製出具有良好印刷適性的石墨烯基墨水。建立了噴墨列印－氫碘酸還原的方法製備出大面積、圖形化的石墨烯薄膜（圖5a-c）。列印所得的柔性電路在高頻下具有極低的阻抗值，有望代替傳統複雜的蝕刻工藝和昂貴的貴金屬粒子墨水用於印製無線射頻識別標籤及柔性電路板等。此外，利用該方法，成功實現了柔性全碳晶體管的列印製備，所得晶體管開關比達到了104，遷移率為1~2 cm2 v-1 s-1（圖5d-e），有望在柔性感測器、柔性顯示等器件中獲得廣泛應用。

還原前後薄膜狀態的變化：（a）還原前(GO)和（b）還原后(rGO)薄膜的光學照片；（c）還原前後薄膜的應力-應變曲線；（d）還原后氧化石墨烯薄膜截面的SEM照片（a）採用“弱氧化—強剝離—後分離”的技術配製的GO墨水；（b）噴墨列印－氫碘酸還原的方法製備出大面積、圖形化的石墨烯薄膜及其（c）局部放大；（d）柔性全炭晶體管的製備及其（e）傳輸特性。

碳納米管和石墨烯複合材料的研究與開發：利用碳納米管高導電性、大長徑比及其易形成導電網路的特點，採用干混預分散與熔融共混相結合的技術製備了具有顯著的電阻正溫度係數（PTC）效應、室溫電阻低、循環穩定性好的碳納米管/高密度聚乙烯（HDPE）PTC複合熱敏元件（圖6），有望在溫度感測器、自控溫加熱器和過電流保護器等領域中獲得廣泛應用。此外，為了降低石墨烯的添加量、節約成本，開發了乙醇輔助分散結合熱壓方法，製備出具有偏析網路結構的石墨烯/HDPE複合材料，顯著提高了石墨烯的利用率，同時探討並比較了其與碳納米管導電複合材料在實際應用中所面臨的挑戰（圖7）。鑒於在碳納米管和石墨烯複合材料應用方面的研究工作，應邀撰寫了兩篇綜述論文“The present status and key problems of carbon nanotube based polymer composites”和“The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites”，分別發表在eXPRESS Polym. Lett. 2007, 1(5): 253–273和Macromol. Chem. Phys. 2012, 213: 1060–1077。碳納米管/HDPE複合PTC熱敏器件及其循環穩定性乙醇輔助分散-熱壓法製備的具有偏析網路結構石墨烯複合材料的截面SEM照片（a）及其與多壁碳納米管（MWCNT）複合材料導電性能比較

代表論著

Y. Su, S.F. Pei,J.H. Du, W.B. Liu, C. Liu, H.M. Cheng*, Patterning flexible single–walled carbon nanotube thin films by an ozone gas exposure method,Carbon2012 (Accepted).

J.H. Du, H.M. Cheng,The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites,Macromol. Chem. Phys.2012,213 (10-11):1060–1077 (Invited review).

Y. Zeng, L. Zhao, W. Wu, G. Lu, F. Xu, Y. Tong, W.B. Liu,J.H. Du, Enhanced adsorption of malachite green onto carbon nanotube/polyaniline composites,J. Appl. Polym. Sci. 2012, DOI: 10.1002/app.37947.

Y. Su†,J.H. Du†, S.F. Pei, C. Liu, H.M. Cheng*, Contamination–free and damage–free patterning of single–walled carbon nanotube transparent conductive films on flexible substrates,Nanoscale2011, 3: 4571–4574.

Z. Weng, Y. Su, D.W. Wang, F. Li,J.H. Du, H.M. Cheng,Graphene–cellulose paper flexible supercapacitors,Adv. Energy Mater.2011,1:917–922.

J.H. Du*, L. Zhao, Y. Zeng, L.L. Zhang, F. Li, P.F. Liu, C. Liu, Comparison of electrical properties between multi-walled carbon nanotube and graphene nanosheet/high density polyethylene composites with a segregated network structure,Carbon2011, 49: 1094–1100.

W.B. Liu, S.F. Pei,J.H. Du*, B.L. Liu, L.B. Gao, Y. Su, C. Liu, H.M. Cheng*, Additive-free dispersion of single-walled carbon nanotubes and its application for transparent conductive films,Adv. Funct. Mater. 2011, 21: 2330–2337.

S.F. Pei, J.P. Zhao, J.H. Du*, W.C. Ren, H.M. Cheng*, Direct reduction of graphene oxide films into highly conductive and flexible graphene films by hydrohalic acids,Carbon2010, 48: 4466–4474.

Y. Zeng, P.F. Liu,J.H. Du, L. Zhao, P.M. Ajayan, H.M. Cheng, Increasing the electrical conductivity of carbon nanotube/polymer composites by using weak nanotube–polymer interactions,Carbon2010, 48: 3551–3558.

S.F. Pei,J.H. Du*, Y. Zeng, C. Liu and H.M. Cheng*, The fabrication of a carbon nanotube transparent conductive film by electrophoretic deposition and hot–pressing transfer,Nanotechnology2009,20: 235707.

J.B. Cheng,J.H. Du, S. Bai, Growth and mechanism of carbon microcoil with changing fiber cross–section shape,New Carbon Materials2009, 24(4): 354–358.(《新型炭材料》09年度青年優秀論文)

X.G. Chen, G.H. He,J.H. Du, S.F. Pei, J.D. Guo, Investigation on the thermal conductivity of HDPE/MWCNT composites by laser pulse method,Sci. China, Ser. E 2009, 52: 2767–2772.

D.M. Tang, C. Liu, F. Li, W.C. Ren,J.H. Du, X.L. Ma, H.M. Cheng, Structural evolution of carbon microcoils induced by a direct current,Carbon2009, 47: 670–674.

X.B. Feng, G.X. Liao, W. He, Q.M. Sun, X.G. Jian,J.H. Du, Preparation and characterization of functionalizedcarbonnanotubes/poly(phthalazinone ether sulfone ketone)s composites,Polym. Compos.2009, 4: 365–373.

X.B. Feng, G.X. Liao,J.H. Du, L.M. Dong, K.J. Jin, X.G. Jian, Electrical conductivity and microwave absorbing properties of nickel-coated multiwalledcarbonnanotubes/poly(phthalazinone ether sulfone ketone)s composites,Polym. Eng. Sci. 2008, 48: 1007–1014.

曾尤，趙龍，劉鵬飛，頡蓉，劉暢，基於弱相互作用的石墨化CNT/PMMA複合材料的輸運性能，高等學校化學學報2010, 31(6): 1263–1267.

孫雪，方海濤，余慧龍，儲一，張寶友，頡蓉，王大偉，李峰，二氧化錫包覆多壁碳納米管的室溫氫敏性能，新型炭材料2010, 25(3): 218–224.

張坤，頡蓉*,草酸摻雜磺化聚苯胺/多壁碳納米管複合材料的製備與性能，炭素技術2010, 29: 10–14.

1.