[發明專利]一種穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑與摻雜方法

有效

• 申請號: 201610673816.X
• 申請日: 2016-08-16
• 公開（公告）號: CN107758649B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 馬來鵬;任文才;董世超;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及石墨烯領域，具體為一種穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑與摻雜方法。采用光固化型環氧膠作為穩定摻雜石墨烯的新型摻雜劑，具體摻雜方法為：首先在初始基體上的石墨烯表面形成光固化型環氧膠；然后將石墨烯、光固化型環氧膠和透明目標基體進行結合，對環氧膠進行光固化；最后通過對固化后的環氧膠進行加熱或室溫長期放置處理，實現對石墨烯的穩定摻雜。本發明在轉移之前將光固化型環氧膠與初始基體上生長的石墨烯直接接觸并固化，再通過加熱或室溫長期放置處理實現對石墨烯的穩定摻雜。由于石墨烯的本征表面與摻雜劑直接接觸，避免了雜質對兩者之間界面的污染，可促進環氧膠的摻雜效果。

技術領域:

本發明涉及石墨烯領域，具體為一種穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑與摻雜方法。

背景技術:

石墨烯是由單層碳原子構成的具有蜂窩狀結構的一種新型二維碳材料。石墨烯具有優異的導電性，電導率是銅的1.6倍；石墨烯對近紅外、可見光及紫外光均具有優異的透過性，單層石墨烯的透光性達97.7％；石墨烯的強度可達130GPa，是鋼的100多倍，并具有優異的柔韌性、熱穩定性和化學穩定性。因此，石墨烯在電子、光電子器件中應用可以充分發揮其結構與性能優勢，受到了極大關注。然而，本征態的石墨烯無法滿足電子、光電子器件中對費米能級、電阻等方面的要求，需要對石墨烯進行摻雜處理。在各種摻雜方法中，使用化學摻雜劑可顯著提高石墨烯的載流子濃度而不引入結構缺陷，是目前摻雜石墨烯的典型方法。然而，現有的高效化學摻雜劑存在摻雜穩定性差的問題。因此，目前亟需發展可以高效、穩定摻雜石墨烯的新型化學摻雜劑與摻雜方法。

發明內容:

本發明的目的在于提供一種穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑與摻雜方法，采用光固化型環氧膠作為穩定摻雜石墨烯的新型摻雜劑，通過與初始基體上的石墨烯本征表面接觸并光固化后，再進行加熱或室溫長期放置處理，從而實現對石墨烯的穩定摻雜。

本發明的技術方案是：

一種穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑，化學摻雜劑采用光固化型環氧膠。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑，光固化型環氧膠采用該類膠粘劑之一或兩種以上的組合。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑的摻雜方法，包括如下步驟：

(1)在初始基體上的石墨烯本征表面形成光固化型環氧膠，對石墨烯完全覆蓋；

(2)將石墨烯、光固化型環氧膠和透明目標基體進行結合，再對光固化型環氧膠進行光固化；

(3)通過對光固化后的環氧膠進行加熱或室溫長期放置處理，實現對石墨烯的穩定摻雜。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑的摻雜方法，石墨烯為采用化學氣相沉積方法生長的石墨烯或析出方法生長的石墨烯，位于初始基體上的石墨烯的平均層數為單層、雙層、少層或多層，層數小于50層；石墨烯的本征表面特指轉移前生長在初始基體上的石墨烯表面，未受到轉移過程中轉移介質或溶劑的污染。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑的摻雜方法，在石墨烯表面形成光固化型環氧膠的方法包括浸泡、印刷、輥壓涂覆、刮涂、線棒涂布、噴涂、旋涂、提拉之一或兩種以上，光固化型環氧膠層的典型厚度0.1～50微米。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑的摻雜方法，對光固化后的環氧膠的加熱溫度需取決于具體膠型號的要求，低于其使用溫度的上限，典型的溫度范圍為40～300℃；對光固化后的環氧膠長期放置的時間取決于具體膠型號的要求，典型的時間為5～10天。

所述的穩定摻雜石墨烯的化學摻雜劑的摻雜方法，當初始基體和透明基體同時為柔性基體時，采用卷對卷的方法實現石墨烯、光固化型環氧膠與透明基體的結合，并采用卷對卷的方法實現石墨烯與初始基體的分離；光固化型環氧膠獨立于透明基體之外，不與透明基體形成混合物。