[發明專利]一種石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201110288761.8
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN103021503A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 智林杰;方巖;王杰;羅彬;張先鋒;梁明會;何海勇;賈玉瑩;邱騰飛
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01B1/04
• 分類號: H01B1/04;H01B13/00;C01B31/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;周建秋

技術領域

本發明涉及一種石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜及其制備方法。

背景技術

透明導電薄膜可廣泛應用于離子體顯示面板(PDP)、液晶顯示(LCD)元件、發光二極管(LED)，有機發光二極管(OLED)、觸摸板或太陽電池等光電器件中。目前，透明膜最常使用的材料是氧化銦錫(Indium?Tin?Oxide，以下簡稱“ITO″)。ITO具有很多優異的物化性質，人們在其實際工藝方面也積累了很多經驗。但由于氧化銦(In₂O₃)只是鋅礦的副產物，銦資源在地球上的儲量有限，因此ITO供應不穩定、生產成本高；另外ITO膜缺乏柔軟性，無法應用于聚合物基質之類的柔性材料；此外ITO膜在強酸、強堿等強化學腐蝕的環境中不穩定，從而極大地限制了其應用范圍。

自2004年英國曼徹斯特大學的Geim教授等發現石墨烯(Graphene)以來，其獨特的結構和優異的性能引起了科學界的廣泛關注。石墨烯是一種二維平面單原子層厚度六方排列的碳原子所構成的物質，具有導電性能高、透光率強及柔性好等優點，適合作為柔性透明電極原材料。目前在基底上制備石墨烯透明電極的方法包括熱還原處理氧化石墨烯薄膜法，化學試劑還原處理氧化石墨烯薄膜法，以及化學氣相沉積(CVD)法等方法。其中，CVD法成本太高，且不利于大規模生產；化學試劑還原處理氧化石墨烯薄膜法所采用的試劑大多有毒或強腐蝕性，如肼蒸汽、碘化氫等，使得該方法的推廣也存在問題；而熱還原處理氧化石墨烯薄膜法制備的石墨烯薄膜性能有限。除此之外，單純石墨烯薄膜表面極容易產生褶皺，平整度較差，從而限制了石墨烯薄膜在某些對平整度要求高的光電器件中的應用。

此外，基底材料相同的情況下，應用上述方法制備的石墨烯導電薄膜，石墨化程度高即導電性能好時，透光率會相應減小，其透光率(550nm)為85％時，石墨化程度低且面電阻值大于1500Ω/□，導電性能較差，故難以得到導電性能較佳的透明石墨烯導電薄膜。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中透明導電薄膜及其制備所存在的不足，提供一種平整度高、導電性能好的透明導電薄膜及其制備方法。

本發明提供一種石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜的制備方法，該方法包括制備含有氧化石墨和成炭前驅物的混合分散液，使混合分散液在透明基底上成膜，制得氧化石墨烯-成炭前驅物復合薄膜，然后在使氧化石墨烯還原、成炭前驅物炭化的條件下，將所述氧化石墨烯-成炭前驅物復合薄膜進行加熱處理，所述氧化石墨和成炭前驅物的重量比為1∶0.04-5，優選為1∶0.4-3.5。

本發明還提供一種由上述制備方法制得的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜。

通過往氧化石墨烯分散液中添加各種成炭前驅物，然后再進行熱還原得到的石墨烯-炭納米復合薄膜石墨化程度明顯提高，從而大幅提升了產品的導電性能，且又不影響膜的透光率。優選情況下，本發明中的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜的透光率(550nm)大于85％，石墨化程度高且面電阻小于500Ω/□，導電性能好。此外，與單純石墨烯薄膜相比，該薄膜的粗糙度小于0.2nm，平整度高。

本發明的制備方法工藝簡單，所用試劑性質溫和，可以應用于大規模生產，在觸摸屏、太陽能電池、發光二極管等光電領域有著很好的應用前景。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

圖1為蔗糖添加量為氧化石墨50重量％和100重量％的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜透光性演示示意圖。

圖2是以蔗糖作為成炭前驅物制得的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜的透光率(550nm)及面電阻值與蔗糖添加量關系示意圖。

圖3為蔗糖添加量為氧化石墨100重量％的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜的AFM圖像。

圖4為單純石墨烯透明導電薄膜與蔗糖添加量為氧化石墨100重量％的石墨烯-炭納米復合透明導電薄膜(制備時的加熱處理溫度為1100℃)的Raman圖譜。

附圖標記說明

1-1為蔗糖添加量為氧化石墨50重量％的導電薄膜透光性演示示意圖。

1-2為蔗糖添加量為氧化石墨100重量％的導電薄膜透光性演示示意圖。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。