[發明專利]一種大面積石墨烯基柔性基底及其制備方法

有效

• 申請號: 202011504076.X
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112695275B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 周靜;王志青;肖勇;何大平;沈杰;陳文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 彭月

本發明公開了一種大面積石墨烯基柔性基底及其制備方法。所述大面積石墨烯基柔性基底包括自下而上依次設置的大片石墨烯層、緩沖層、上插層。所述緩沖層的材質為金屬銀，上插層材質為金屬鈦。所述石墨烯柔性基底還可進一步包括上電極層，所述上電極設置于上插層表面。本發明通過增加緩沖層與上插層，使上電極與石墨烯緊密連接在一起。所述設計解決了石墨烯表面難以與其他材料結合的問題。基底表面原子級平整度為其進一步的功能化提供了技術支持。所述大面積石墨烯基柔性基底在智能皮膚、柔性可穿戴器件和柔性電子器件等領域有著巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及基底領域，具體涉及一種大面積石墨烯基柔性基底及其制備方法。

背景技術

隨著電子和通信技術的蓬勃發展，商用便攜式電子產品(如平板電腦、智能手機等)與人們日常生活的聯系越來越緊密。當代大數據的開發，云計算、通信和電子產品的應用對電子元件的發展提出了柔性、小型化、智能化與高集成化的應用需求。然而，對于趨向小型化、高密度的晶體管和集成電路器件而言，計算能力的提高往往是以增加設備和芯片的熱損耗為代價，這樣將導致產品性能和可靠性急劇降低。

實現器件柔性的核心工藝是在塑料或金屬箔片等柔性襯底上印刷半導體功能薄膜，目前采用的柔性襯底多為高分子聚合物基底(polymer substrates)，超薄玻璃(Ultra-thin glass)，超薄金屬(Ultra-thin metal)和柔性云母片等。然而，高分子聚合物基底的化學穩定性和熱穩定性能差；超薄玻璃的價格昂貴；基于超薄金屬的電子器件在正常工作時會發生向功能材料的熱擴散而直接影響器件性能；柔性云母片雖然可以耐一定高溫，具有一定的化學穩定性，但云母脆性大，不能實現全柔性。

因此，迫切需要找到一種價格便宜且同時擁有超高電導率和熱導率、柔韌性能優異的的柔性多功能基底材料應用于下一代便攜式電子器件和可穿戴器件中。

石墨烯，作為一種單原子層厚度的碳原子以sp²的形式鍵合在一起的蜂窩狀晶格二維納米材料，具有例如高電流密度、彈道輸運、化學惰性、高熱導率和超疏水性等優異的性能。作為以六邊形晶格形式鍵合的單層碳原子，石墨烯是一種擁有卓越導電性和導熱性的超薄材料，其電阻率僅為10^-8Ω·cm，電導率約為10⁶S·m^-1，因此，石墨烯成為最近幾年研究最火熱的材料之一。

石墨烯是層狀二維材料，若直接與電極結合在一起，其界面結合力差，電極層極易脫落。CN108486568B采用大鱗片石墨烯膜作為基底，且在石墨烯膜表面復合一層金屬銅，由此制備出電導率和導熱性、柔韌性良好的復合薄膜。但由于石墨烯的化學惰性，其他材料如金屬鈦很難實現與石墨烯的緊密結合，這也限制了石墨烯在基底領域的實際應用。

因此，在解決大片石墨烯與功能化薄膜界面結合問題的同時，保證所述石墨烯柔性基底材料具備優異的柔韌性、耐彎折性、導電性、導熱性、耐高溫等綜合性能，是目前亟待解決的問題。

發明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種大面積石墨烯基柔性基底及其制備方法，以解決如何大面積使用石墨烯作為基底以及石墨烯基底表面難以與其他材料結合的技術問題，從而制備出柔韌性、耐彎折性、導電性、導熱性、耐高溫等綜合性能優異的石墨烯基柔性基底。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種大面積石墨烯基柔性基底，其包括自下而上依次設置的結構：大片石墨烯層、緩沖層、上插層、上電極。其中，大片石墨烯層可以大面積使用作為柔性基底材料，緩沖層和上插層均選用相應的金屬材料，使得二層之間結合力更強，具體地，金屬銀作為緩沖層，金屬鈦作為上插層。由于鈦不能與石墨烯直接結合，因此需要將金屬銀作為緩沖層，高溫下，通過銀可以使石墨烯和鈦形成非常穩定且結合狀態良好的共融體，從而使得鈦、銀、石墨烯片依次緊緊錨定在一起；金屬鈦作為上插層，由于其活性強，進而可以在上插層之上制備其它功能化的上電極。