未来的电子、光电、能源等领域迫切需要大面积柔性透明导电薄膜（TCF）。而在现代技术中广泛应用的氧化铟锡（ITO）TCF，由于铟是不可再生资源且价格昂贵，以及ITO固有的脆性，难以满足科技发展（尤其是新一代柔性电子器件）的需求。目前，已开发出碳纳米薄膜、金属纳米线、导电高分子等替代ITO的透明导电材料。其中，碳纳米薄膜被认为是最有潜力的候选材料之一，因其具有优异的电学和光学特性，柔性和出色的稳定性，以及未来军事应用和航空航天领域亟需的轻质、抗辐照以及超耐疲劳等特性。然而，实现柔性透明导电薄膜广泛应用的前提不仅要求其克服透光率和导电性之间的相互制约，而且还须能够大面积甚至规模化制备。这是多年来一直困扰碳纳米材料领域乃至TCF领域的丞待解决的一个难题。

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室“纳米材料与介观物理”研究组（A05组），长期致力于低维碳纳米材料和纳米结构的制备、物性与应用基础研究逾30载，取得了一系列创新成果。在研发出一种吹胀气溶胶法连续直接制备出自支撑透明导电碳纳米管薄膜（CNT TCF）（Advanced Materials, 32, 2004277, 2020；发明专利ZL 201310164499.5, ZL 201811117042.8, PCT专利US 10,144,647 B2）的基础上，最近，针对上述挑战性难题，该课题组博士生岳盈，在周维亚研究员指导下，基于这种CNT TCF，提出了一种先进的碳纳米管网络重组（CNNR）策略，设计并研发出一种创新性的刻面驱动CNNR（FD-CNNR）技术，突破了碳纳米薄膜关键性能之间相互制约的瓶颈，实现了大面积制备和无损转移，为解决大面积柔性TCF“卡脖子”问题提供了一个有效方案。

　　该工作基于FD-CNNR技术的独特机制，首次在单壁碳纳米管（SWNT）和Cu-O重构之间引入一种相互作用，使SWNT网络重组为更高效的导电路径。利用FD-CNNR技术，设计并制备出A3尺寸甚至米级长度的大面积柔性自支撑重组碳纳米透明导电薄膜（RNC-TCF），包括重组 SWNT（RSWNT）薄膜和石墨烯与重组 SWNT（G-RSWNT）复合薄膜，后者的面积是现有该种自支撑复合薄膜的1200多倍，并且使这些轻质薄膜表现出优异的柔韧性，具有协同增强的高力学强度、出色的透光率和导电率以及显著的FOM 值。所制备的大面积RNC-TCF 能够在水面自支撑，并能无损转移至其它目标基底上而不受污染。基于大面积G-RSWNT TCF结合液晶层，制作了A4尺寸的新型柔性智能窗，具有快速加热、可控调光和除雾等多功能。FD-CNNR技术不但可以扩展到大面积甚至规模化制造TCF，而且可为TCF和其它功能薄膜的设计提供新的思路。该工作弥补了大面积石墨烯-碳纳米管复合薄膜领域研究的短板，有望推动大面积、柔性、自支撑、轻质、透明导电碳纳米薄膜的规模化制备和其在未来的柔性电子、光电器件、光学工程、人工智能、现代建筑、交通运输甚至航空航天等领域的应用。

　　相关研究成果申请了中国发明专利，研究论文以“Large-Area Flexible Carbon Nanofilms with Synergistically Enhanced Transmittance and Conductivity Prepared by Reorganizing Single-Walled Carbon Nanotube Networks”为题在《Advanced Materials》刊发。该组博士生张迪、博士生王鹏宇、夏晓刚博士、博士生吴欣、博士生张月娟、博士生梅杰、李少青博士、博士生李明明等人参与了该项研究工作，并得到该组刘华平研究员、王艳春高级工程师、张霄特聘研究员、魏小均副研究员的积极合作和支持。在此，特别致谢并深切缅怀该组的创始人解思深院士。

　　该研究工作致谢科技部重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院项目等经费支持。

　　相关工作链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313971

图1.（a-c）漂浮在水面上的自支撑G-RSWNT薄膜照片，尺寸分别为1m×10cm，A4尺寸，A3尺寸。（d-g）不同碳纳米薄膜的透射光谱、面电阻、品质因子、应力-应变曲线和拉曼光谱。

图2.（a）FD-CNNR技术原理示意图。（b）FD-SWNT重组机制示意图。（c，d）重组过程的原位SEM图像，比例尺从左到右分别为10μm、2μm和500nm。（e-h）G、SWNT、RSWNT和G-RSWNT的SEM图像，标尺为2μm。

图3.典型Cu晶面上的SWNT重组过程的原位SEM图像。

图4.（a，b）SWNT重组过程的参数优化。（c）本工作与其他报道中的碳纳米薄膜面电阻和透光率的比较。（d）本工作与其他报道中的碳纳米薄膜的多种性能比较。（e）A3尺寸和1m×10cm的转移至PET衬底的 G-RSWNT TCF照片。

图5.（a）基于G-RSWNT薄膜和液晶层的柔性智能窗的结构和原理示意图。（b）智能窗在不同电压密度下的温度变化。（c）智能窗在不同稳态温度下所需的功率密度。（d）智能窗在ON/OFF状态下的透光率。（e, f）室温25℃，展平和弯曲状态下，通过电压调控智能窗透明度变化。（g）20℃下的除雾测试，智能窗工作温度为28℃。