[發明專利]一種石墨烯復合柔性透明電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201410165017.2
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103943790A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李福山;吳朝興;郭太良;吳薇;陳偉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L51/52
• 分類號: H01L51/52;H01L51/54;H01L51/56
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，特別是針對以石墨烯為電極的光電器件領域，具體涉及一種石墨烯復合柔性透明電極及其制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，理論比表面積高達?2600m²/g，具有突出的導熱性能(3000W/(m·K))?和力學性能(1060GPa)，以及室溫下高速的電子遷移率(15000cm²/(V·s))。石墨烯特殊的結構，使其具有完美的量子隧道效應、半整數的量子霍爾效應、?從不消失的電導率等一系列性質，這引起了科學界巨大興趣。特別的，作為一種具有大π鍵的二維材料，石墨烯具有卓越的導電性、透明性、柔韌性和耐腐蝕性。因此石墨烯薄膜被認為是基于金屬氧化物透明電極，如ITO，AZO電極的最佳替代品，可廣泛應用于顯示器件，太陽能電池、觸摸屏、傳感器等領域。

盡管采用機械剝離的石墨烯具有最接近理論值的導電性能，然而其制備過程繁瑣且難以實現批量生產。采用化學氧化還原制備的石墨烯薄膜由于存在大量缺陷，難以獲得高導電性。采用液相剝離石墨方法可以大批量制備石墨烯，然而所得產物中包含大量多層石墨烯及石墨微顆粒，且石墨烯的尺寸僅為納米量級，難以獲得具有高透過率、高導電性的電極。因此采用化學氣相沉積方法制備的石墨烯最有可能首先在透明電極方面獲得應用。由于石墨烯生長在諸如金屬基板等襯底表面，因此實際應用是必須將石墨烯薄膜轉移至所需的襯底表面。常規的轉移方法是在石墨烯表面制備一支撐層，后溶解金屬襯底，然后將承載有石墨烯的支撐層轉移到目標襯底表面，最終去除支撐層。該轉移方法存在大量缺點，如：造成金屬襯底的大量浪費，支撐層難以去除干凈，造成石墨烯的污染。后續提出的鼓泡轉移法同樣存在著石墨烯易受聚合物污染的缺陷。采用靜電轉移方法雖然可以避免支撐層的引入，但該方法同樣造成金屬襯底的大量浪費。因此開發一種高效、環保、干凈的化學氣相沉積石墨烯轉移工藝，并形成高質量柔性透明電極將具有重大的應用價值。

發明內容

鑒于現有技術的缺陷，本發明的目的在于提出一種化學氣相沉積石墨烯轉移工藝，并將其應用于柔性透明電極的制備。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯復合柔性透明電極，包括位于柔性透明基板表面的石墨烯復合透明導電薄膜，所述的石墨烯復合透明導電薄膜是由經溶液超聲剝離的化學氣相沉積石墨烯片與導電高分子材料復合而成。

所述的石墨烯采用化學氣相沉積法在生長襯底表面制備。

所述的石墨烯片采用溶液超聲方法從生長襯底表面剝離。

制備方法包括以下步驟：

步驟一：采用化學氣相沉積法在襯底表面生長大面積石墨烯；

步驟二：將生長有石墨烯的襯底浸泡在溶液中，超聲剝離生長在襯底表面的石墨烯，形成石墨烯片懸浮液；

步驟三：將石墨烯片懸浮液與導電高分子材料均勻混合，形成石墨烯導電漿料；

步驟四：采用旋涂、噴涂等方法將石墨烯導電漿料沉積在柔性透明基板表面，經干燥后形成石墨烯復合柔性透明電極。

步驟一的襯底包括銅片、鎳片、鉑片及其合金，及硅片、氧化硅片。

步驟二的溶液包括乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二羥甲基乙烯脲樹脂、環戊酮、二甲基甲酰胺中的一種或多種。

所述的超聲功率為50-300瓦。

所述的超聲時間為1-30分鐘。

所述的石墨烯導電漿料中石墨烯片的含量為250-500?cm²/mL。

所述的石墨烯導電漿料中導電高分子材料的含量為1-10?mg/mL。

本發明的顯著優點在于：

采用溶液超聲剝離的技術，將生長在襯底表面的大面積石墨烯剝離，形成石墨烯片懸浮液。該方法可以形成大量高質量石墨烯片，同時又可以實現襯底的重復利用。

本發明將超聲剝離的石墨烯片懸浮液與導電高分子材料復合，形成具有一定粘度的石墨烯導電漿料，通過后續薄膜液態沉積工藝形成石墨烯復合柔性透明電極。在該石墨烯復合電極中，石墨烯片起導電主體作用，導電高分子在石墨烯片與片之間起電氣與機械連接作用。本發明提供一種石墨烯復合柔性透明電極的制作方法，其制備工藝簡單、生產成本低，電極光電性能、機械性能優異，易于實現工業化量產。