[發(fā)明專利]一種在玻璃上低溫直接生長石墨烯的技術(shù)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680061109.3
• 申請日: 2016-07-07
• 公開（公告）號: CN108137327A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 維賈延·S·維拉薩米
• 申請（專利權(quán)）人: 佳殿玻璃有限公司
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01B32/194
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 張英;沈敬亭

示例性實施例涉及一種在玻璃上低溫直接生長石墨烯的方法和/或相關(guān)的制品/器件。在示例性實施例中，玻璃基板具有形成在其上的含有鎳的層。通過注入氦使含有鎳的層具有預(yù)工程應(yīng)力。在此也可以通過退火和/或類似方式進(jìn)行預(yù)處理。采用遠(yuǎn)程等離子體輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)在含鎳薄膜上下都形成石墨烯。該含鎳薄膜和頂部石墨烯可通過膠帶和/或類似物除去，將石墨烯留在基板上。選擇性地，含硅層可以形成在含鎳層和基板之間。在此還設(shè)想包括該制品的產(chǎn)品和/或制備該制品的方法。

本申請要求2015年8月19日提交的美國申請No.62/207,132，其全部內(nèi)容被納入此處作為參考。

本申請還將美國公開No.2014/0261998、美國公開No.2011/0033688和美國專利No.8,808,810的每一個的全部內(nèi)容納入此處作為參考。

本發(fā)明的示例性實施例涉及一種在玻璃上低溫直接生長石墨烯的技術(shù)和/或相關(guān)的制品/器件。更具體地，本發(fā)明的示例性實施例涉及一種在應(yīng)力工程的含有鎳的膜與涂有硅氧化物(例如SiO₂或其他適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量比)的玻璃基板之間的界面處生長石墨烯的技術(shù)，其溫度遠(yuǎn)低于蘇打石灰硅玻璃的熔點。

發(fā)明背景及發(fā)明內(nèi)容

氧化銦錫(ITO)和氟摻雜氧化錫(FTO或SnO:F)涂層被廣泛用作光電器件中的窗電極。這些透明導(dǎo)電氧化物(TCOs)在各種應(yīng)用中都取得了巨大的成功。然而由于若干原因，ITO和FTO的使用出現(xiàn)許多問題。例如，這些問題包括：地球上可使用元素銦的數(shù)量有限、TCOs在酸或堿存在時不穩(wěn)定、其對從離子導(dǎo)電層的離子擴(kuò)散具敏感性、其在近紅外區(qū)域中透明度有限(例如，富功率光譜可能有益于一些光伏器件)、FTO結(jié)構(gòu)缺陷引起的高泄漏電流等。ITO的脆性和較高的沉積和/或加工溫度也限制了ITO的應(yīng)用。此外，SnO₂:F中的表面凹凸不平可能會在一些應(yīng)用中引起問題。

因此，在本技術(shù)中需要一種具有良好穩(wěn)定性、高透明度和優(yōu)良導(dǎo)電性的光滑、可加圖案的電極材料。

目前正在研究一種具良好穩(wěn)定性、高透明度、導(dǎo)電性好的新型電極材料。該研究的一個方面涉及到找出替代傳統(tǒng)TCOs的可行辦法。在此，本發(fā)明的發(fā)明者開發(fā)了一種可行的基于碳的透明導(dǎo)電涂層(TCC)，更具體地說，基于石墨烯。

石墨烯一詞一般指石墨的一個或多個原子層，例如單個石墨層或SGL可擴(kuò)展到n層石墨(例如，n可約高達(dá)10層，優(yōu)選是約5層)。石墨烯最近的發(fā)現(xiàn)和隔離(通過切割結(jié)晶石墨)是在電子學(xué)中趨向?qū)㈦娐吩某叽缃档郊{米尺度的時候。在此，石墨烯出乎意料地引導(dǎo)出獨特的光電特性的新世界，在標(biāo)準(zhǔn)電子材料中沒有被發(fā)現(xiàn)。這是從線性色散關(guān)系(Evs.k)中出現(xiàn)的，導(dǎo)致石墨烯中的電荷載體具有零靜息質(zhì)量，并表現(xiàn)出類似相對論粒子的行為。離域電子的相對論類行為在碳原子周圍移動是由于其與石墨烯蜂巢晶格的周期勢相互作用而產(chǎn)生的，并產(chǎn)生新的準(zhǔn)粒子，這些粒子在低能(E<1.2eV)下經(jīng)(2+1)維狄拉克方程被精確描述，其光的有效速率為v_F≈c/300＝10⁶ms^–1。因此，量子電動力學(xué)(QED)的成熟技術(shù)(涉及光子)可以在石墨烯的研究中發(fā)揮作用。另一個有利的方面是這種效應(yīng)在石墨烯中被放大了300倍。例如，石墨烯中的普適耦合常數(shù)α接近2，而在真空中為1/137。此外，石墨烯沒有電子帶隙，這將為新型光電應(yīng)用打開大門。

盡管石墨烯只有一個原子厚度(至少)但其具化學(xué)和熱穩(wěn)定性(盡管石墨烯有時在300攝氏度下會被表面氧化)，從而可成功地制備出能夠承受環(huán)境和潛在苛刻條件的基于石墨烯的器件。高質(zhì)量石墨片最初通過采用塊狀石墨微機械解理法被制備。同樣的技術(shù)正在被微調(diào)以提供達(dá)到100μm²尺寸的高質(zhì)量石墨烯微晶。該尺寸對于微電子領(lǐng)域的大多數(shù)研究目的是足夠的。因此，到目前為止開發(fā)的大多數(shù)技術(shù)，主要是在大學(xué)，更多地側(cè)重于顯微樣品，同樣也普遍側(cè)重于器件的制備和表征而不是擴(kuò)大規(guī)模。