[發明專利]超級石墨烯玻璃及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410725872.4
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN105645778B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 劉忠范;孫靖宇;陳宇濱;張艷鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了一種超級石墨烯玻璃及其制備方法與應用。該方法包括：將作為基底的玻璃清洗干燥后，置于化學氣相沉積系統中進行化學氣相沉積，沉積完畢降溫至室溫，得到所述超級石墨烯玻璃。根據玻璃的種類，選擇性地利用不同種類的化學氣相沉積法在選定的玻璃基底上直接生長高質量且層數可控的石墨烯，從而實現超級石墨烯玻璃的制備。本方法實現了在各種各樣的玻璃基底表面可控厚度的石墨烯薄膜的直接制備，制備出的石墨烯玻璃樣品具有包羅萬象的超級性質。該發明首次關注超級石墨烯玻璃的制備，對于石墨烯玻璃的基礎研究及規模化應用都具有重大意義。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種超級石墨烯玻璃及其制備方法與應用。

背景技術

石墨烯是只有一個原子厚度、具有六邊形蜂窩狀晶體結構的二維原子晶體，它是由碳sp²雜化軌道成鍵而成。石墨烯良好的機械強度、超高的載流子遷移率(理論預測可以高達200,000cm²·V^-1·s^-1)、優異的導電性和層數相關的高透光性等獨特性能，使其在場效應晶體管、透明導電薄膜、超級電容器等領域有廣闊的應用前景。特別是在光學方面，石墨烯在從可見光至遠紅外范圍內保持良好的透光性，單層吸光率僅為2.3％，結合其優異的導電性及柔韌性，石墨烯有望取代ITO，FTO等材料成為下一代的透明導電“明星材料”。

玻璃是一種極其常見的、透明的非晶體材料，通常情況下是一種表面親水的絕緣體。普通玻璃的主要成分是二氧化硅，而摻雜或混入特定成分(如金屬離子)可導致形形色色(如有色)玻璃的制備。玻璃廉價易得，廣泛應用于家居、建筑、裝飾等日常生活的各個方面。石墨烯與玻璃的結合，即將石墨烯覆蓋在玻璃上，使其具有導電、疏水、導熱、生物相容等不同于常規玻璃的新奇物性，又不影響整體的透明度，因此具有重大的現實意義和應用價值。目前，將石墨烯覆蓋(coating)在玻璃上最常見的方法是將在金屬基底上化學氣相沉積(CVD)生長的石墨烯轉移至玻璃基底。然而，這種方法受限于工序繁復、引入雜質缺陷以及降低薄膜質量等因素。因此，發明在玻璃上快捷簡便和低成本的石墨烯直接生產方法，對于石墨烯和玻璃的基礎研究和規?；瘧弥陵P重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種超級石墨烯玻璃(也即石墨烯玻璃)及其制備方法與應用。

本發明提供的超級石墨烯玻璃，由作為基底的玻璃和位于所述玻璃基底上的石墨烯組成；且所述石墨烯位于所述玻璃基底的一面或兩面。

上述超級石墨烯玻璃中，所述玻璃選自白玻璃、藍玻璃、綠玻璃、褐玻璃、石英玻璃、藍寶石玻璃、藍色鈷玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、柔性云母玻璃、硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種；

其中，所述白玻璃、藍玻璃、綠玻璃、褐玻璃和石英玻璃的厚度均為1mm-10mm，具體為4mm；

所述超級石墨烯玻璃也可為按照下述本發明提供的方法制備而得的產品。

本發明提供的制備所述超級石墨烯玻璃的方法，包括如下步驟：

以前述玻璃為基底，于化學氣相沉積系統中，通入碳源進行化學氣相沉積，沉積完畢降溫至室溫，得到所述超級石墨烯玻璃。

該方法使用直接生長的方法進行制備，因而能夠避免通常的轉移方法所引入的水層或高分子膜殘余物等雜質。

上述方法還包括如下步驟：在所述化學氣相沉積步驟之前，將所述基底進行清洗干燥；

所述清洗干燥步驟中，所用清洗劑具體為超純水、異丙醇或丙酮；清洗的方法具體為超聲清洗；超聲的功率具體為70-90W，更具體為80W；

所述清洗干燥更具體包括如下步驟：將所述基底依次用超純水、異丙醇、丙酮和超純水各清洗3-5min，再用氮氣吹干。

所述化學氣相沉積步驟中，碳源選自甲烷和乙烯中的至少一種；