制備石墨烯的方法及所述石墨烯、使用所述石墨烯的電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨稀，更具體地，涉及制備石墨稀的方法、由此制備的石墨稀和使用所述石墨烯的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]由碳原子組成的材料有富勒稀、碳納米管、石墨稀和石墨等。這些材料中，石墨稀由一個(gè)原子厚的層組成，其中碳原子在二維平面內(nèi)排列。
[0003]具體而言，石墨烯具有極其穩(wěn)定和優(yōu)異的電特性、機(jī)械特性和化學(xué)特性。此外，作為優(yōu)異的導(dǎo)電材料，石墨烯輸送電子可以比硅快得多，并且允許比銅更大的電流迀移。在于2004年發(fā)現(xiàn)了一種從石墨中分離出石墨烯的方法之后，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這些特性。在此方面，正積極進(jìn)行研宄。
[0004]此種石墨烯可以以大的面積形成，并具有電穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。此夕卜，由于優(yōu)異的導(dǎo)電性，石墨烯作為電子電路的基材受到了關(guān)注。
[0005]此外，由于石墨烯的電特性可根據(jù)具有常規(guī)厚度的石墨烯的晶體取向而改變，使用者可對選定的方向表現(xiàn)電特性，以此，可容易地設(shè)計(jì)設(shè)備。因此，石墨烯可有效地用于碳類電子或電磁設(shè)備等中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006][技術(shù)問題]
[0007]設(shè)計(jì)用于解決問題的本發(fā)明的目的在于:制備石墨烯的方法，以便在轉(zhuǎn)移和應(yīng)用石墨烯的過程中保護(hù)和改進(jìn)石墨烯的特性；由此制備的石墨烯；以及使用所述石墨烯的電子設(shè)備。
[0008][技術(shù)方案]
[0009]本發(fā)明的目的可通過提供制備石墨烯的方法而實(shí)現(xiàn)，所述方法包括:在催化劑金屬層上形成石墨烯層，在所述石墨烯層上形成未固化的有機(jī)-無機(jī)雜化膜，并且固化所述膜。
[0010]在本發(fā)明的另一方面，本文提供了一種制備石墨烯的方法，所述方法包括在石墨烯層上形成溶膠-凝膠雜化膜。
[0011]在本發(fā)明的另一方面，本文提供了一種包含石墨烯的電子設(shè)備，其包含有機(jī)-無機(jī)雜化膜和位于所述膜上的石墨烯層。
[0012][有益效果]
[0013]首先，利用有機(jī)-無機(jī)雜化膜，可同時(shí)提供轉(zhuǎn)移膜(transfer film)和襯底的功能。因此，所述膜可以以透明電極的形式使用。
[0014]另外，通過使用可具有類似玻璃的功能的有機(jī)-無機(jī)雜化膜，可以解決在將石墨烯層轉(zhuǎn)移至玻璃的過程中出現(xiàn)的問題。
[0015]此外，可制造具有高強(qiáng)度和柔性的透明電極結(jié)構(gòu)，其可在維持高強(qiáng)度的同時(shí)彎曲。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果不限于上面提及的那些，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解沒有在本文中提及的其他技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0017]圖1是圖示制備石墨烯的實(shí)施方式的流程圖。
[0018]圖2是圖示形成在催化劑金屬層上的石墨烯層的實(shí)施方式的截面圖。
[0019]圖3是圖示形成石墨烯層的設(shè)備的實(shí)施方式的示意圖。
[0020]圖4是圖示形成在催化劑層一面上的石墨烯層的實(shí)施方式的截面圖。
[0021]圖5是圖示形成在石墨烯層上的未固化的有機(jī)-無機(jī)雜化膜的實(shí)施方式的截面圖。
[0022]圖6是圖示形成在石墨烯層上的固化的有機(jī)-無機(jī)雜化膜的實(shí)施方式的截面圖。
[0023]圖7是圖示去除了催化劑金屬層的實(shí)施方式的截面圖。
[0024]圖8是圖示在固化之前去除催化劑金屬層的實(shí)施方式的截面圖。
[0025]圖9是圖示使用催化劑金屬層形成金屬圖案的實(shí)施方式的截面圖。
[0026]圖10至12是圖示溶膠-凝膠反應(yīng)的實(shí)施方式的概念圖。
[0027]圖10是圖示水解反應(yīng)的概念圖。
[0028]圖11是圖示縮合反應(yīng)的概念圖。
[0029]圖12是圖示聚合反應(yīng)的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)將參照附圖更充分描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。
[0031]雖然本發(fā)明易于進(jìn)行各種修改和替代形式，但其【具體實(shí)施方式】通過附圖中的實(shí)例示出，并將在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解的是，并非意圖將本發(fā)明限于公開的具體形式。相反，本發(fā)明欲涵蓋落在由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)物和替代物。
[0032]應(yīng)理解的是，當(dāng)一個(gè)元件(比如層、區(qū)域或襯底)被稱為在另一個(gè)元件“上”時(shí)，其可以直接在另一個(gè)元件上，連接或耦接至另一個(gè)元件，或者可存在介于二者之間的元件。
[0033]應(yīng)理解的是，雖然可在本文中使用第一、第二、第三等術(shù)語來描述各種元件、組分、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、組分、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語限制。
[0034]圖1是圖示制備石墨烯的方法的實(shí)施方式的流程圖。下面，將參照圖1和其他附圖來描述本發(fā)明。
[0035]如圖1和圖2所示，作為石墨烯形成的實(shí)施方式，石墨烯層20形成在催化劑金屬層 10 上(SlO) ο
[0036]催化劑金屬層10 可使用諸如 N1、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、S1、Ta、T1、W、U、V或Zr等金屬。可使用由所述金屬中任意一種或由所述金屬中兩種以上金屬組成的合金組成的單層。
[0037]作為石墨烯層20的形成方法，可使用熱化學(xué)氣相沉積(CVD)、感應(yīng)耦合等離子體輔助型化學(xué)氣相沉積(ICP-CVD)、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)或化學(xué)氣相沉積(例如微波CVD等)等。另外，可使用諸如快速熱退火(RTA)、原子層沉積(ALD)和物理氣相沉積(PVD)等多種方法。
[0038]圖3圖示了使用化學(xué)氣相沉積(CVD)在催化劑金屬層10上形成石墨烯層20的實(shí)施方式。
[0039]化學(xué)氣相沉積法是一種通過將金屬催化劑層10置于腔室200中并將碳源注入腔室200內(nèi)來提供合適的生長條件從而使石墨烯層20生長的方法。
[0040]例如，所述碳源可以以氣體形式供應(yīng)，例如甲烷(CH4)或乙炔(C2H2)等。另外，所述碳源可以以固體形式(例如聚合物等)提供，或以液體形式(例如起泡醇等)提供。
[0041]另外，可使用諸如乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、環(huán)戊二烯、己烷、環(huán)己烷、苯或甲苯等碳源。
[0042]下面，將描述用銅(Cu)作為催化劑金屬層10并用甲烷(CH4)作為碳源的實(shí)施方式。
[0043]當(dāng)在維持適當(dāng)溫度的同時(shí)于氫氣氣氛下將甲烷氣體添加到催化劑金屬層10上時(shí)，氫氣和甲烷反應(yīng)，由此，石墨烯層20形成在催化劑金屬層10上。石墨烯層20的形成可在約300 °C?1500 °C下進(jìn)行。
[0044]在這點(diǎn)上，當(dāng)催化劑金屬層10的下表面沒有空間時(shí)，石墨烯層20只能形成在催化劑金屬層10的上表面上。然而，當(dāng)催化劑金屬層10的下表面存在空間時(shí)，如圖2所示，石墨烯層20可形成在催化劑金屬層10的兩面上。
[0045]由于作為催化劑金屬層10的銅在碳中具有低溶解度，其對于形成單層石墨烯而言是有利的。石墨烯層20可直接形成在催化劑金屬層10上。
[0046]催化劑金屬層10可以以片形式提供。另外，催化劑金屬層10可以繞卷在第一輥100上的形式連續(xù)提供，如圖3所示，并且可以厚度為約10 μπι?1mm的銅箔形式使用。
[0047]當(dāng)根據(jù)上述過程形成的石墨烯層20如圖2所示形成在催化劑金屬層10的兩面上時(shí)，可去除在催化劑金屬層10的一面上形成的石墨稀層20。
[0048]根據(jù)此過程，如圖4所示，石墨烯層20可在催化劑金屬層10的一面上形成。
[0049]隨后，如圖5所示，在形成于催化劑金屬層10 —面上的石墨烯層20上，形成有機(jī)-無機(jī)雜化膜30。
[0050]作為有機(jī)-無機(jī)雜化膜30，可使用有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，隨后可通過熱或光照使之固化。根據(jù)材料類型，可使用引發(fā)劑來進(jìn)行固化。
[0051]作為一個(gè)實(shí)施方式，可使用溶膠-凝膠雜化材料。
[0052]一般而言，無機(jī)材料具有高強(qiáng)度和硬度、小自由體積以及高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
[0053]同時(shí)，作為有機(jī)材料的烴類聚合物具有作為單體的特性，但因通過化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)形成線型或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。