[發(fā)明專利]電泳沉積法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜

無效

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• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102877109A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚亞東;尹光福;宮溢超
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C25D13/02
• 分類號: C25D13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳材料制備領(lǐng)域，具體涉及到一種利用電泳沉積法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法。??

背景技術(shù)

作為光電子器件的重要組成部分，透明導(dǎo)電薄膜在液晶顯示器（LCD）、有機(jī)太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二級管（LCD）等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。氧化銦錫（ITO）憑借其高電導(dǎo)率和透光性，已經(jīng)成為當(dāng)今主要的透明導(dǎo)電薄膜材料。然而由于ITO的制備費(fèi)用高昂及原材料稀缺和價格的持續(xù)上漲，同時ITO的脆性還使其無法滿足一些新應(yīng)用的性能要求，因此，亟需開發(fā)ITO的替代材料。

石墨烯良好的導(dǎo)電性和透光性使其在透明導(dǎo)電薄膜方面有著良好的應(yīng)用前景。與ITO材料相比，石墨烯擁有更高的強(qiáng)度和更好的韌性，用作透明導(dǎo)電薄膜，能夠制成可以彎曲折疊的顯示器件。

目前，石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法主要有：CVD法和基于氧化石墨烯或石墨烯分散液的方法。CVD法可以獲得結(jié)構(gòu)較完美的高質(zhì)量石墨烯，然而CVD法仍存在對設(shè)備要求較高等缺陷。基于氧化石墨烯或石墨烯分散液為原料制備透明導(dǎo)電薄膜的方法，因方法成本較低，適用性較強(qiáng)等，可以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

目前，基于氧化石墨烯或石墨烯分散液制備石墨烯導(dǎo)電薄膜的方法主要有：電泳沉積法、層層組裝法、真空抽濾法、旋轉(zhuǎn)涂覆法、噴射涂覆法等。與其它方法相比，電泳沉積法具有操作簡便、易于控制、成本較低、適于規(guī)模化制備等優(yōu)點(diǎn)，但該方法目前僅有少量報道。

Lee等（Chem.?Mater,?2009,?21(16):?3905-3916）采用電泳沉積法在導(dǎo)電基底上制得了平滑的石墨烯膜。制備途徑包括兩種：第一是利用機(jī)械剝離所得的氧化石墨烯的水分散液為原料，采用電泳沉積將氧化石墨烯沉積到銦錫氧化物涂覆的玻璃基底上，然后將其浸入水合肼的水溶液中，將所沉積的氧化石墨烯還原從而制得石墨烯薄膜；另一種則是先將氧化石墨烯還原，然后將還原所得的石墨烯電泳沉積到基底上。然而，該方法存在石墨烯片結(jié)構(gòu)缺陷較多（還原不完全所致），等不足。Cheng等（Adv.?Mater,?2009,?21(17):?1756-1760）采用化學(xué)剝離的方法在異丙醇溶液中剝離人造石墨從而制得石墨烯分散液，然后在其中加入Mg(NO₃)₂·6H₂O，通過Mg(NO₃)₂·6H₂O的電離，使石墨烯吸附Mg²⁺而帶正電荷，以Mg²⁺吸附石墨烯懸浮液作為電解質(zhì)，在電場作用下，帶正電荷的石墨烯片朝陰極移動并有序地沉積至陰極表面，從而獲得石墨烯薄膜。但該法仍存在荷電Mg²⁺難以從石墨烯薄膜上去除，導(dǎo)致薄膜透光率較差等問題。

針對上述電泳沉積法制備石墨烯導(dǎo)電薄膜的缺陷或不足，本發(fā)明的基本構(gòu)思是：利用石墨粉液相超聲剝離制備石墨烯分散液過程中，引入2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）作為制備石墨烯分散液的添加劑。AMP能夠電離并吸附于石墨烯表面，吸附電荷產(chǎn)生靜電斥力降低吸附堆疊趨勢，從而提高石墨烯分散液的濃度。同時，由于AMP易于揮發(fā)，以該分散液為電解液電泳沉積所得石墨烯薄膜經(jīng)烘干后，雜質(zhì)含量少，薄膜透光性和導(dǎo)電性較好。具體工藝技術(shù)路線包括：用天然石墨粉為原料，以AMP/水/二甲基甲酰胺（DMF）體系為溶劑，采用液相超聲剝離法制備高濃度石墨烯分散液。然后以所制得的分散液為電解液，采用電泳沉積法制備石墨烯薄膜，再將制得的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至玻璃或任意其他基底上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用一種非共價物理吸附的方式使石墨烯荷電，然后采用電泳沉積法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。

具體來講本發(fā)明以天然石墨粉為原料，以AMP/水/DMF體系為溶劑，采用液相超聲剝離法制備高濃度石墨烯分散液。然后以所制得的分散液為電解液，采用電泳沉積法制備石墨烯薄膜，再將制得的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至玻璃基底上。

其具體工序步驟如下：

1、石墨烯分散液的制備

量取0.1-0.2?mLAMP和0.08?mL去離子水加入到20?mLDMF中配置成AMP(0.5-1.0?vol.%)/水(0.4?vol.%)/DMF溶液并混合均勻。稱量0.2-0.4?g石墨粉加入該混合溶液中，然后將其超聲剝離24-30?h（超聲功率72?W）。超聲完成后，將懸浮液轉(zhuǎn)入離心管中，然后用800型離心機(jī)于4000?rpm轉(zhuǎn)速下離心90-120?min。最后用潔凈的滴管取離心管上清液，靜置待用。

2、電泳沉積所用電極的制備