[發明專利]一種大面積多功能石墨烯薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310565145.1
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103738946A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 閔永剛;范天舉;劉屹東;張樂樂;童宋照;宋建軍
• 申請（專利權）人: 鹽城增材科技有限公司;南京新月材料科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01B13/00;H01B5/14;C23C20/06
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技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及到一種大面積多功能石墨烯薄膜的制備方法。

背景技術

導電薄膜可作為電極或一些半導體靜電材料，在有機電制發光顯示（OLED）、太陽能電池、發光二極管、光電顯示和有機存儲器件等方面具有廣泛的應用價值。當前，常用的半導體器件電極是利用傳統無機材料的稀土金屬銦錫氧化物薄膜制備的，如ITO、IZO等，然而隨著稀有金屬的日漸匱乏，價格日趨昂貴，導電電極脆性不足等原因，限制其在光電領域的大規模應用，特別是在柔性、大面積的有機光電功能材料電極器件方面。因此，開發出一種原材料豐富、價格低廉、柔性好和穩定性高的導電薄膜對未來半導體行業及光電功能器件的發展具有經濟效益和戰略意義。

目前，同時具有柔性與導電功能的材料主要有導電聚合物和碳納米管。相對無機金屬導電薄膜，傳統導電聚合物材料導電性較差，如PANI、PPy，而新型導電聚合物導電性較高，如PEDOT、PSS，但是價格很高，因此，導電聚合物不利于大批量生產。碳納米管具有出色的電化學性能以及優異的機械性能，是制備柔性導電薄膜的理想材料之一，但是碳納米管的純化過程中產率較低、分離困難且低效，使得薄膜的制備過程復雜，成本高而限制了其大面積的工業應用。

石墨烯作為一種新型的碳二維納米結構材料，具有較高的遷移率、獨特的量子霍爾效應、優良的導電性能以及機械性能成為近年來的研究熱點，基于石墨烯制成的薄膜成為新一代理想的導電薄膜。目前，石墨烯薄膜的制備方法主要有加熱SiC法、外延生長法、化學氣相沉積法和氧化成膜后再還原法等。其中氧化石墨烯成膜后還原技術彌補了氧化石墨烯薄膜導電性不足，還原后薄膜的導電性能提升，具有效率高、產量大、成本低的特點倍受企業以及研發機構的關注。

發明內容

本發明目的在于提出了一種大面積多功能石墨烯薄膜的制備方法，其具體步驟為：

1.?氧化石墨烯摻雜導電聚合物的制備

取一定量的氧化石墨溶于濃度為0.5?M~2.5?M的酸性溶液中，超聲0.5~4?h后，加入一定量的導電聚合物單體，在常溫下攪拌，將溶液放置在冰浴條件下，緩慢加入少量的氧化劑引發反應，攪拌反應4-18?h，待反應完全后，將溶液放置濾斗中抽濾，將抽濾后得到的摻雜導電聚合物的氧化石墨烯溶于水中，將其放置在60℃~200℃的真空干燥箱中烘干，便得到摻雜導電聚合物的氧化石墨烯。

上述所述的酸性溶液為HCl、HBr、HI、H₂SO₄、H₃PO₄、H₂SO₃中的任意一種。

上述所述的導電聚合物單體為苯胺、乙炔、吡咯、噻吩、環氧乙烷、環氧丙烷、丁二酸乙二醇酯、癸二酸乙二醇、乙二醇亞胺、4-乙撐二氧噻吩、乙烯磺酸鹽中任意一種。導電聚合物的單體用量與氧化石墨的用量之比為1:4~5:1。

上述所述的氧化劑為過硫酸銨、FeCl₃?、高氯酸鐵、過氧化氫和硫酸鐵中的任意一種。氧化劑的用量為導電聚合物用量的25?wt%~200?wt%。

2.?多層摻雜不同性能導電聚合物的氧化石墨烯薄膜的制備

（1）在一個帶有閥門的水槽中，槽底閥門關閉，將基板放入槽內，基板與槽面的傾斜角度為0~90℃，向槽內加入槽體積1/2~4/5超純水，將稱取一定量的摻雜導電聚合物的氧化石墨烯超聲分散在體積比為1:10~1:2的有機溶劑/超純水的50?~200?mL混合液中，再將溶液滴加（4s/滴~20s/滴）在槽中水表面上；

（2）摻雜導電聚合物的氧化石墨烯在有機溶劑的作用下，均勻分布于液體表面，待有機溶劑揮發后，控制槽內超純水的流出，通過移動基板，速度控制在0.1~5?mm/min，摻雜導電聚合物的氧化石墨烯便附著于基板表面上，形成單層摻雜導電聚合物的氧化石墨烯薄膜；

（3）將單層摻雜導電聚合物的氧化石墨烯薄膜的基板，放在30~100?℃的烘箱里烘干，得到單層的摻雜導電聚合物的氧化石墨烯薄膜。再將烘干后的單層摻雜導電聚合物的氧化石墨烯薄膜作為基板，進行二次或多次沉積和烘干薄膜，每次沉積摻雜不同性能的導電聚合物的氧化石墨烯溶液，便可形成多層摻雜不同性能的導電聚合物的氧化石墨烯薄膜。