專利名稱：石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
2004英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究人員首次制備出單原子層石墨烯，石墨烯展現(xiàn)出的優(yōu)異電學(xué)性能在全世界掀起研究熱潮。石墨烯是碳原子形成的六角蜂巢晶格平面空間內(nèi)排列組成的單原子層兩維材料，又稱為單原子層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它既有高韌性，又有高剛性，化學(xué)穩(wěn)定性好，光學(xué)和電學(xué)性能優(yōu)異。單原子層石墨烯的可見(jiàn)光吸收率僅為2. 3%， 理論面電阻20 ΩΛ氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜(ITO)在太陽(yáng)能電池、觸摸屏、平板顯示器等電子器件中廣泛應(yīng)用，但制備ITO透明電極的原材料銦是稀有貴金屬，且ITO是無(wú)機(jī)氧化物薄膜，呈脆性，限制了其在柔性顯示器件中的應(yīng)用。石墨烯優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能，高柔韌性和豐富的原材料，使其成為ITO理想替代材料。石墨烯最常用也最具有應(yīng)用前景的制備方法是化學(xué)氣相沉積法(CVD法)。該方法石墨烯生成于金屬催化劑表面，須轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底。目前采用輥軋工藝轉(zhuǎn)移，需溶解去除金屬催化劑，除保護(hù)膜，易造成薄膜表面污染及無(wú)法重復(fù)利用催化劑等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，實(shí)現(xiàn)了薄膜無(wú)損、無(wú)污染、低成本轉(zhuǎn)移。本發(fā)明方法采用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)以過(guò)渡金屬銅或鎳催化劑為基底，高溫保溫后快速冷卻，制備成1 5個(gè)碳原子層厚度的石墨烯導(dǎo)電層，然后轉(zhuǎn)移到透明基底層表本發(fā)明方法的具體步驟是
步驟(1).將金屬片用濃度為0. 5 1. 5M的鹽酸浸洗5 10秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈桑湃腚姞t的石英管中；
所述的金屬片的金屬為鐵、銅、鎳、銅鎳合金、鐵鎳合金或銅鐵合金。步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為5 15:10,將電爐溫度升至900 1000°C后保溫5 30分鐘。步驟(3).同時(shí)向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1 2:1，20 30分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體。步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為20 30°C /min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出金屬片。步驟(5).將透明襯底用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑， 粘結(jié)劑厚度為0. 05 0. 1毫米；
所述的透明襯底為氧化硅玻璃或透明塑料薄膜；
所述的粘結(jié)劑為環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸酯樹(shù)脂中的一種。
步驟(6).將步驟(4)獲得的金屬片平貼在透明襯底表面，烘箱中40 60°C保溫 8 12小時(shí)，粘結(jié)劑固化。步驟(J).將貼有金屬片的透明襯底取出，用機(jī)械外力撕去金屬片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為透明襯底層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。本發(fā)明方法通過(guò)粘結(jié)劑將過(guò)渡金屬表面生長(zhǎng)的石墨烯與透明襯底粘結(jié)在一起，通過(guò)機(jī)械外力將過(guò)渡金屬與石墨烯分離，分離后的石墨烯轉(zhuǎn)移至透明襯底表面。該方法制備的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，尺寸大、電導(dǎo)率高、可見(jiàn)光透光率高，表面無(wú)污染。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
步驟(1).將鐵片(3cm X 2cm χ 0. 05cm)用濃度為0. 5Μ的鹽酸浸洗10秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為1:2，將電爐溫度升至900°C后保溫30分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1:1，30分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為20°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出鐵片；
步驟(5).將氧化硅玻璃用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0. 05毫米；
步驟(6).將步驟(4)獲得的鐵片平貼在氧化硅玻璃表面，烘箱中40°C保溫12小時(shí)，粘結(jié)劑固化；
步驟(7).將貼有鐵片的氧化硅玻璃取出，用機(jī)械外力撕去鐵片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為氧化硅玻璃層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。實(shí)施例2:
步驟(1).將銅片(3cm χ 3cm χ 0. (Mcm)用濃度為0. 6Μ的鹽酸浸洗9秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為3:5，將電爐溫度升至920°C后保溫25分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1.2:1，25分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為M°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出銅片；
步驟(5).將透明塑料薄膜用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0. 06毫米；
步驟(6).將步驟⑷獲得的銅片平貼在透明塑料薄膜表面，烘箱中45°C保溫11小時(shí)， 粘結(jié)劑固化；
步驟(7).將貼有銅片的透明塑料薄膜取出，用機(jī)械外力撕去銅片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為透明塑料薄膜層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。實(shí)施例3:
步驟(1).將鎳片(4cm χ 3cm χ 0. 05cm)用濃度為0. 8Μ的鹽酸浸8秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為4:5，將電爐溫度升至950°C后保溫20分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1.5:1, 分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為25°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出鎳片；
步驟(5).將氧化硅玻璃用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑丙烯酸酯樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0. 08毫米；
步驟(6).將步驟(4)獲得的鎳片平貼在氧化硅玻璃表面，烘箱中50°C保溫10小時(shí)，粘結(jié)劑固化；
步驟(7).將貼有鎳片的氧化硅玻璃取出，用機(jī)械外力撕去鎳片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為氧化硅玻璃層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。實(shí)施例4:
步驟(1).將銅鎳合金片(2cm χ 2cm χ 0. 03cm)用濃度為1. OM的鹽酸浸洗7秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為1:1，將電爐溫度升至980°C后保溫15分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1.6:1，22分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為^°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出銅鎳合金片；
步驟(5).將透明塑料薄膜用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈桑砻婢鶆蛲扛舱辰Y(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0.1毫米；
步驟(6).將步驟(4)獲得的銅鎳合金片平貼在透明塑料薄膜表面，烘箱中55°C保溫9 小時(shí)，粘結(jié)劑固化；
步驟(7).將貼有銅鎳合金片的透明塑料薄膜取出，用機(jī)械外力撕去銅鎳合金片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為透明塑料薄膜層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。實(shí)施例5:
步驟(1).將鐵鎳合金片(5cm χ 5cm χ 0. 06cm)用濃度為1. 2M的鹽酸浸洗6秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為6:5，將電爐溫度升至1000°C后保溫10分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為2:1，20分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為30°C /min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出鐵鎳合金片；
步驟(5).將氧化硅玻璃用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑聚氨酯樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0. 05毫米；
步驟(6).將步驟(4)獲得的鐵鎳合金片平貼在氧化硅玻璃表面，烘箱中60°C保溫8小時(shí)，粘結(jié)劑固化；
步驟(7).將貼有鐵鎳合金片的氧化硅玻璃取出，用機(jī)械外力撕去鐵鎳合金片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為氧化硅玻璃層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。實(shí)施例6:
步驟(1).將銅鐵合金片(3cm χ 2cm χ 0. (Mcm)用濃度為1. 5Μ的鹽酸浸洗5秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；
步驟O).石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為3:2，將電爐溫度升至1000°C后保溫5分鐘；
步驟(3).向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1.8:1，25分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；
步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為30°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出銅鐵合金片；
步驟(5).將透明塑料薄膜用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈桑砻婢鶆蛲扛舱辰Y(jié)劑丙烯酸酯樹(shù)脂，粘結(jié)劑厚度為0. 1毫米；
步驟(6).將步驟(4)獲得的銅鐵合金片平貼在透明塑料薄膜表面，烘箱中40°C保溫 10小時(shí)，粘結(jié)劑固化。步驟(J).將貼有銅鐵合金片的透明塑料薄膜取出，用機(jī)械外力撕去銅鐵合金片， 獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為透明塑料薄膜層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。
權(quán)利要求
1.石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟是步驟(1).將金屬片用濃度為0. 5 1. 5M的鹽酸浸洗5 10秒，去離子水清洗后用氮?dú)獯蹈?，放入電爐的石英管中；步驟( .石英管中持續(xù)通入氬氣和氫氣的混合氣，氬氣與氫氣的流量比為5 15:10， 將電爐溫度升至900 1000°C后保溫5 30分鐘；步驟(3).同時(shí)向石英管內(nèi)通入甲烷，甲烷與氫氣的流量比為1 2:1，20 30分鐘后關(guān)閉通入甲烷氣體；步驟打開(kāi)電爐，將石英管冷卻到常溫，冷卻速率為20 30°C/min，然后關(guān)閉通入氫氣和氬氣，取出金屬片；步驟(5).將透明襯底用去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，表面均勻涂覆粘結(jié)劑，粘結(jié)劑厚度為0. 05 0. 1毫米；步驟(6).將步驟(4)獲得的金屬片平貼在透明襯底表面，烘箱中40 60°C保溫8 12小時(shí)，粘結(jié)劑固化；步驟(7).將貼有金屬片的透明襯底取出，用機(jī)械外力撕去金屬片，獲得層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，其中底層為透明襯底層、中間層為粘結(jié)劑層、頂層為石墨烯導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于所述的金屬片的金屬為鐵、銅、鎳、銅鎳合金、鐵鎳合金或銅鐵合金。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于所述的透明襯底為氧化硅玻璃或透明塑料薄膜。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于所述的粘結(jié)劑為環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸酯樹(shù)脂中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。目前大尺寸石墨烯導(dǎo)電薄膜向透明基底轉(zhuǎn)移制備透明導(dǎo)電薄膜的過(guò)程中需溶解去除金屬催化劑，去除高分子保護(hù)膜，易造成薄膜表面污染及無(wú)法重復(fù)利用催化劑的問(wèn)題。本發(fā)明方法首先以過(guò)渡金屬為催化劑通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備了石墨烯，然后用粘結(jié)劑將過(guò)渡金屬表面生長(zhǎng)的石墨烯與透明薄膜基底粘結(jié)在一起，通過(guò)機(jī)械外力將金屬與石墨烯分離，分離后的石墨烯轉(zhuǎn)移至透明基底表面實(shí)現(xiàn)了石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備。本發(fā)明方法制備的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，尺寸大、表面無(wú)污染，光學(xué)、電學(xué)性能優(yōu)異，成本低，而且還具有柔性，可用作氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃的替代材料。
文檔編號(hào)C23C16/26GK102337513SQ20111033683
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉海濤, 呂燕飛, 季振國(guó), 趙士超, 霍德璇 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)