一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用，該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜包括玻璃基板和分別設(shè)置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對(duì)二甲苯層，該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜具有較高的導(dǎo)電率和透光率，且撓曲性好。該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法為：先在潔凈玻璃基板的一面沉積石墨烯層；再在所述石墨烯層上制備脫模劑層，制得附著有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板，所述脫模劑層的材質(zhì)為水溶性鹵鹽；然后在所述脫模劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上制備聚對(duì)二甲苯層；最后用50～100℃的水溶解脫模劑層，使附著在脫膜劑層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，制得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜。
【專利說明】一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電薄膜，具體涉及一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)器件或者有機(jī)太陽能電池器件中，通常使用氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜作為陽極，這是因?yàn)镮TO導(dǎo)電薄膜具有較好的導(dǎo)電性能和較高的透光率。然而ITO導(dǎo)電薄膜在OLED的應(yīng)用上也存在諸多難以克服的問題。例如ITO導(dǎo)電薄膜所采用的銦化合物價(jià)格比較昂貴，此外，在制備ITO導(dǎo)電薄膜的過程中，各種元素如銦(In)和錫(Sn)的摻雜比例組成不易控制，導(dǎo)致ITO導(dǎo)電薄膜的形貌、載流子和傳輸性能難以控制，因此導(dǎo)電性也比較難以控制。
[0003]據(jù)此，許多研究人員開發(fā)了石墨烯導(dǎo)電薄膜，石墨烯是有碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，具有非常高的比表面積和卓越的力學(xué)性能，是已知材料中最薄的一種，而且是最牢固堅(jiān)硬的一種；石墨烯有著良好的電學(xué)性能，在室溫下的電子遷移率達(dá)到了 15000cm2/V.S ;石墨烯特殊的二維結(jié)構(gòu)賦予其完美的量子隧道效應(yīng)以及可彎曲等一系列性質(zhì)，在光電學(xué)器件中有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]目前，柔性O(shè)LED以及柔性太陽能電池的應(yīng)用十分廣泛，但是目前制備的石墨烯薄膜，要獲得較高的導(dǎo)電率，通常需要采用化學(xué)氣相沉積(CVD)和高溫氧化成膜等方法制備，這些方法都要求基板能承受高達(dá)800°C以上的溫度，對(duì)于柔性電極而言，通常聚合物薄膜都不能承受這樣的溫度，而玻璃材質(zhì)的柔性基板，其韌性比較差，現(xiàn)在已開發(fā)的一些增韌的玻璃基板，通常是在玻璃基板表面覆蓋有機(jī)物薄膜，但在化學(xué)氣相沉積工藝中，這些有機(jī)物薄膜會(huì)在高溫下分解，使得其增韌功能不能實(shí)現(xiàn)。因此開發(fā)柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜成為目前存在的一個(gè)待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜，該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜包括玻璃基板和分別設(shè)置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對(duì)二甲苯層，該柔性導(dǎo)電石墨烯電極具有較高的導(dǎo)電率和透光率，且撓曲性好。本發(fā)明還提供了該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，該方法能避免直接在不耐高溫的聚合物薄膜基板上制備石墨烯層，從而解決了傳統(tǒng)高溫制備會(huì)損害含聚合物薄膜基板的問題。此外，本發(fā)明還提供了該柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜在太陽能電池器件或有機(jī)發(fā)光二極管器件中的應(yīng)用。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜，所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜包括玻璃基板和分別設(shè)置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對(duì)二甲苯層，其中，所述玻璃基板的厚度為50?200 μ m，所述石墨烯層的厚度為100?2000nm，所述聚對(duì)二甲苯層的厚度為2?10 μ m。
[0007]所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜包括基底層和導(dǎo)電層，所述基底層包括玻璃基板和聚對(duì)二甲苯層，所述導(dǎo)電層為石墨烯層；與單層玻璃基底相比，聚對(duì)二甲苯聚能形成比較致密的薄膜，能很好地分散玻璃表面在撓曲時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的韌性，此外，聚對(duì)二甲苯薄膜在可見光區(qū)具有很高的透過率；所述石墨烯層為薄膜的導(dǎo)電層，石墨烯不僅具有良好的電學(xué)性能和透光率，還具有卓越的力學(xué)性能，易形成耐彎曲的導(dǎo)電薄層；因此，本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜具有較高的導(dǎo)電率和透光率，且撓曲性好。
[0008]第二方面，本發(fā)明提供了一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0009]S10、取潔凈玻璃基板,置于氣相沉積室中，通入氣態(tài)碳源，維持沉積室內(nèi)壓力為10?lOOOPa，于600?1000°C下，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，得到具有石墨烯層的玻璃基板；
[0010]S20、將所述具有石墨烯層的玻璃基板置于真空度為1.0X 10_5?1.0X 10_3Pa的鍍室中，采用電子束蒸鍍的方法在所述石墨烯層上制備脫模劑層，得到具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板，所述脫模劑層的材質(zhì)為水溶性鹵鹽；
[0011]S30、取固態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體，于170°C下升華為氣態(tài)后，再在680?700V下裂解，得到具有自由基的對(duì)二甲苯氣態(tài)單體分子；
[0012]S40、將S20制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，通入S30制備的所述氣態(tài)單體分子，所述氣態(tài)單體分子在所述脫膜劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上聚合并形成聚對(duì)二甲苯層；
[0013]S50、將經(jīng)S40處理后的玻璃基板置于50?100°C的水中，溶解所述脫模劑層，使附著在脫膜劑層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，制得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟SlO中，所述氣態(tài)碳源為甲烷、乙烷和丙烷中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選地，所述石墨烯層的厚度為100?2000nm。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟S20中，所述電子束蒸鍍的方法中，電子束的能量密度為10?100W/cm2,蒸發(fā)速度為 0.1 ?lnm/s，。
[0017]優(yōu)選地,所述步驟S20中,所述水溶性鹵鹽為氯化鈉、氯化鉀或氯化鎂。
[0018]優(yōu)選地，所述脫模劑層的厚度為50?2000nm。
[0019]優(yōu)選地，所述聚對(duì)二甲苯層的厚度為2?10 μ m。
[0020]本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法能避免直接在不耐高溫的聚合物薄膜基板上制備石墨烯層，從而解決了傳統(tǒng)高溫制備會(huì)損害含聚合物薄膜基板的問題，同時(shí)，本方法通過引入脫模劑層，很容易就能去除包覆在石墨烯層表面的聚對(duì)二甲苯聚層，確保了石墨烯層的透過率和導(dǎo)電性能。
[0021]第三方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜在太陽能電池器件或有機(jī)發(fā)光二極管器件中的應(yīng)用。
[0022]優(yōu)選地，所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜適用于制備太陽能電池器件的電極。
[0023]優(yōu)選地，所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜適用于制備有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)電器的電極，尤其適用于制備頂發(fā)射的OLED器件的電極。
[0024]本發(fā)明提供了一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用，其有益效果為:
[0025](I)本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜包括基底層和導(dǎo)電層，所述基底層包括玻璃基板和分別設(shè)置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對(duì)二甲苯層；與單層玻璃基底相比，聚對(duì)二甲苯聚能形成比較致密的薄膜，能很好地分散玻璃表面在撓曲時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的韌性，此外，聚對(duì)二甲苯薄膜在可見光區(qū)具有很高的透過率，能提高透明度；而石墨烯不僅具有良好的電學(xué)性能和透光率，還具有卓越的力學(xué)性能，易形成耐彎曲的導(dǎo)電薄層；因此，所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜具有較高的導(dǎo)電率和透過率，且撓曲性好；
[0026](2)本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法能避免直接在不耐高溫的聚合物薄膜基板上制備石墨烯層，從而解決了傳統(tǒng)制備方法中高溫對(duì)含聚合物薄膜基板的損害，同時(shí)，本方法通過引入脫模劑層，很容易就能去除制備過程中產(chǎn)生的包覆在石墨烯層表面的聚對(duì)二甲苯聚層，從而確保了石墨烯層的透過率和導(dǎo)電性能。
[0027](3)本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜制備簡單，能用于制備太陽能電池器件的電極，還可以用于制備OLED器件的電極。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明進(jìn)行的撓曲性測試示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例4制得的太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0033](I)取厚度為50 μ m的潔凈玻璃基板置于氣相沉積室中，設(shè)置沉積室的溫度為6000C，通入甲烷，維持沉積室內(nèi)壓力為10Pa，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，石墨烯層的厚度為10nm ;沉積完畢后將玻璃基板置于真空鍍膜室中，設(shè)置鍍膜室的真空度為1.0X 10_5Pa，通過電子束蒸發(fā)的方法，在石墨烯層上制備KCl層，KCl層的厚度為50nm，電子束蒸發(fā)能量為lOW/cm2，蒸發(fā)速度為0.lnm/s，制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板；
[0034](2)將具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，設(shè)置沉積室的真空度為1.0X 10_5Pa;同時(shí)，取固態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體置于另一個(gè)腔室中，使其先在170°C下升華為氣態(tài)，再將氣態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體在680?700°C下裂解得到對(duì)二甲苯環(huán)二體的氣態(tài)單體分子；然后將所得氣態(tài)單分子通入上述真空沉積室內(nèi)，吸附在脫膜劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上，并聚合成聚對(duì)二甲苯層，聚對(duì)二甲苯層的厚度為2 μ m ;
[0035](3)最后將制備有聚對(duì)二甲苯層的玻璃基板用50°C水溶解KCl層，使附著在KCl層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，留下附著有聚對(duì)二甲苯層和石墨烯層的玻璃基板，該玻璃基板經(jīng)干燥后，即得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜P1。
[0036]實(shí)施例2
[0037]—種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0038](I)取厚度為200 μ m的潔凈玻璃基板置于氣相沉積室中，設(shè)置沉積室的溫度為1000°C，通入乙烷，維持沉積室內(nèi)壓力為lOOOPa，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，石墨烯層的厚度為2000nm;沉積完畢后將玻璃基板置于真空鍍膜室中，設(shè)置鍍膜室的真空度為1.0X 10_3Pa，通過電子束蒸發(fā)的方法，在石墨烯層上制備NaCl層，NaCl層的厚度為2000nm,電子束蒸發(fā)能量為lOOW/cm2，蒸發(fā)速度為lnm/s，制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板；
[0039](2)將具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，設(shè)置沉積室的真空度為1.0X 10_3Pa;同時(shí)，取固態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體置于另一個(gè)腔室中，使其先在170°C下升華為氣態(tài)，再將氣態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體在680?700°C下裂解得到對(duì)二甲苯環(huán)二體的氣態(tài)單體分子；然后將所得氣態(tài)單分子通入上述真空沉積室內(nèi)，吸附在脫膜劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上，并聚合成聚對(duì)二甲苯層，聚對(duì)二甲苯層的厚度為10 μ m ;
[0040](3)最后將制備有聚對(duì)二甲苯層的玻璃基板用100°C水溶解NaCl層，使附著在NaCl層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，留下附著有聚對(duì)二甲苯層和石墨烯層的玻璃基板，該玻璃基板經(jīng)干燥后，即得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜P2。
[0041]實(shí)施例3
[0042]一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0043](I)取厚度為100 μ m的潔凈玻璃基板置于氣相沉積室中，設(shè)置沉積室的溫度為8000C，通入丙烷，維持沉積室內(nèi)壓力為500Pa，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，石墨烯層的厚度為500nm;沉積完畢后將玻璃基板置于真空鍍膜室中，設(shè)置鍍膜室的真空度為
1.0X l(T4Pa,通過電子束蒸發(fā)的方法,在石墨烯層上制備MgCl2層，蒸發(fā)速度為0.5nm/s,MgCl2層的厚度為500nm，電子束蒸發(fā)能量為50W/cm2，制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板；
[0044](2)將具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，設(shè)置沉積室的真空度為1.0X 10_4Pa;同時(shí)，取固態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體置于另一個(gè)腔室中，使其先在170°C下升華為氣態(tài)，再將氣態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體在680?700°C下裂解得到對(duì)二甲苯環(huán)二體的氣態(tài)單體分子；然后將所得氣態(tài)單分子通入上述真空沉積室內(nèi)，吸附在脫膜劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上，并聚合成聚對(duì)二甲苯層，聚對(duì)二甲苯層的厚度為5 μ m ;
[0045](3)最后將制備有聚對(duì)二甲苯層的玻璃基板用80°C水溶解MgCl2層，使附著在KCl層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，留下附著有聚對(duì)二甲苯層和石墨烯層的玻璃基板，該玻璃基板經(jīng)干燥后，即得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜P3。
[0046]為有效證明本發(fā)明提供的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜及其制備方法的有益效果，本發(fā)明還提供了上述實(shí)施例1至3制得的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜Pl?P3的性能數(shù)據(jù)，包括柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜Pl?P3在380?780nm的透光率及其表面的方塊電阻。結(jié)果如表I所示:
[0047]表1.柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的性能數(shù)據(jù)
[0048]

【權(quán)利要求】
1.一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜，其特征在于，包括玻璃基板和分別設(shè)置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對(duì)二甲苯層，其中，所述玻璃基板的厚度為50?200μπι，所述石墨烯層的厚度為100?2000nm,所述聚對(duì)二甲苯層的厚度為2?10 μ m。
2.一種柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: S10、取潔凈玻璃基板，置于氣相沉積室中，通入氣態(tài)碳源，維持沉積室內(nèi)壓力為10?lOOOPa，于600?1000°C下，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，得到具有石墨烯層的玻璃基板； S20、將所述具有石墨烯層的玻璃基板置于真空度為1.0父10_5?1.0父10_午&的鍍室中，采用電子束蒸鍍的方法在所述石墨烯層上制備脫模劑層，得到具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板，所述脫模劑層的材質(zhì)為水溶性鹵鹽； S30、取固態(tài)對(duì)二甲苯環(huán)二體，于170°C下升華為氣態(tài)后，再在680?700°C下裂解，得到具有自由基的對(duì)二甲苯氣態(tài)單體分子； S40、將S20制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，通入S30制備的所述氣態(tài)單體分子，所述氣態(tài)單體分子在所述脫膜劑層上和玻璃基板的另一個(gè)面上聚合并形成聚對(duì)二甲苯層； S50、將經(jīng)S40處理后的玻璃基板置于50?100°C的水中，溶解所述脫模劑層，使附著在脫膜劑層上的聚對(duì)二甲苯層脫離，制得柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟SlO中，所述氣態(tài)碳源為甲烷、乙烷和丙烷中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述石墨烯層的厚度為100?2000nm。
5.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S20中，所述電子束蒸鍍的方法中，電子束的能量密度為10?lOOW/cm2，蒸發(fā)速度為0.1?lnm/sο
6.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S20中，所述水溶性鹵鹽為氯化鈉、氯化鉀或氯化鎂。
7.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述脫模劑層的厚度為50?2000nm。
8.如權(quán)利要求2所述的柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯層的厚度為2?10 μ m。
9.如權(quán)利要求1所述柔性透明導(dǎo)電石墨烯薄膜在制備太陽能電池器件或有機(jī)發(fā)光二極管器件中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK104183701SQ201310196580
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】周明杰, 馮小明, 黃輝, 王平 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司