[發(fā)明專利]石墨烯薄膜及其制法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410042237.6
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN104803372B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金虎;常博文;殷洪康;陳新瑤;王增奎;彭鵬;周振義
• 申請（專利權(quán)）人: 常州二維碳素科技股份有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/19
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11285
• 代理人: 鐘守期,王媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯薄膜及其制法和用途。

背景技術(shù)

石墨烯是由蜂窩狀的單層碳原子組成的二維結(jié)構(gòu)材料，其獨特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的晶體學(xué)特性使其在光電子器件、傳感器和太陽能等領(lǐng)域具有重要的使用價值。

目前石墨烯的制備方法主要有：機械剝離法、氧化還原法、晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、有機合成法和碳納米管剝離法等，其中適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的是化學(xué)氣相沉積法，該方法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，碳原子沉積在加熱的基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)，用CVD法可以制備出高質(zhì)量大面積的石墨烯薄膜，但是目前該工藝通常只在單層基底上制備石墨烯，從而限制了石墨烯薄膜的產(chǎn)量；而且在后期的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移中，需要對其進行裁剪，浪費大量原材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種石墨烯薄膜的制備方法，包含以下步驟：

（1）制備生長石墨烯薄膜的載體，所述載體是由隔板與金屬襯底間隔疊加而形成的多層隔板-金屬襯底結(jié)構(gòu)；

（2）將所述載體置于反應(yīng)爐中，在真空或惰性氣體與還原氣體的混合氣體環(huán)境下加熱；

（3）溫度至900-1100℃時，向反應(yīng)爐中通入惰性氣體和還原氣體并保溫退火，然后施加碳源，在金屬襯底上形成石墨烯薄膜；

（4）將隔板與金屬襯底分離；

（5）將石墨烯薄膜與金屬襯底分離。

通過以上方法可在金屬襯底上形成高質(zhì)量的石墨烯薄膜。

本發(fā)明還提供了由以上方法制備的石墨烯薄膜，本發(fā)明中石墨烯薄膜的尺寸與根據(jù)需要所制作的固定尺寸的金屬襯底相同，避免了裁剪過程，降低原材料的消耗；并且本發(fā)明采用疊加式載體生長石墨烯薄膜，在生長空間一定的情況下增加了生長面積，能獲取更多產(chǎn)品。

本發(fā)明還提供了本發(fā)明的石墨烯薄膜用作透明導(dǎo)電電極的用途，通過將本發(fā)明的石墨烯薄膜根據(jù)需要轉(zhuǎn)移到不同的透明基底上而得到所需透明導(dǎo)電電極。本發(fā)明的透明導(dǎo)電電極，由于所含石墨烯薄膜的質(zhì)量高，而獲得高導(dǎo)電率和高透光率，可用于功率器件、太陽能電池及高亮度LED等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為說明實施例1中的隔板與金屬襯底疊加所形成載體的縱剖示圖。圖2為說明實施例3中的隔板與涂有碳源的金屬襯底疊加所形成載體的縱剖示圖。

圖3為實施例1所得石墨烯薄膜的拉曼光譜。

圖4為實施例3所得石墨烯薄膜的拉曼光譜。

具體實施方式

在本發(fā)明中，如無其他說明，則氣體體積均按25℃、大氣壓條件的數(shù)值計。

本發(fā)明的石墨烯薄膜的制備方法包含以下步驟：

（1）制備生長石墨烯薄膜的載體，所述載體是由隔板與金屬襯底間隔疊加而形成的多層隔板-金屬襯底結(jié)構(gòu)；

（2）將所述載體置于反應(yīng)爐中，在真空或惰性氣體與還原氣體的混合氣下加熱；

（3）溫度至900-1100℃時，向反應(yīng)爐中通入惰性氣體和還原氣體并保溫退火，然后施加碳源，在金屬襯底上形成石墨烯薄膜；

（4）將隔板與金屬襯底分離；

（5）將石墨烯薄膜與金屬襯底分離。

在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案中，步驟（1）按如下方式實施：將隔板與金屬襯底之間以間隔距離10-100μm，優(yōu)選10-50μm，更優(yōu)選10-30μm疊加，疊加方式例如可采用簡單堆疊，該堆疊可在支撐框架中完成，該支撐框架的四周設(shè)有用于標(biāo)識載體高度且可調(diào)節(jié)高度的卡件，卡件的高度通過預(yù)先設(shè)定的隔板與金屬襯底的間距和層數(shù)來確定，載體放置在支撐框架的底板上，由底板處開始向上疊加，直至達到卡件位置處。具體為：在支撐框架的底板上先放置第一層隔板，在第一層隔板上放置第一層金屬襯底，在第一層金屬襯底上放置第二層隔板，第二層隔板上放置第二層金屬襯底，如此依次疊加至卡件位置處，即為所需要的層數(shù)，從而形成多層的隔板-金屬襯底結(jié)構(gòu)，石墨烯薄膜可以很好的生長在金屬襯底上。

本發(fā)明的步驟（1）中，隔板的厚度通常為100μm-500μm，優(yōu)選100-200μm；金屬襯底的厚度為25μm-500μm，優(yōu)選25-150μm，更優(yōu)選50-100μm。隔板將金屬襯底隔開，為石墨烯薄膜的生長提供空間。