一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法，先用臭氧或紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜，再用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。本發(fā)明的方法處理之后的石墨烯薄膜，不僅可以降低其方阻，更為重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻長期保持穩(wěn)定，且在較高溫度下，方阻變化不大，從而方便后續(xù)進行圖案化等處理，促進石墨烯薄膜在顯示技術等對透明導電薄膜的方阻和透光率要求較高的工業(yè)領域進行廣泛應用。
【專利說明】一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石墨烯薄膜處理方法，特別涉及到一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]ITO (氧化銦錫)薄膜是目前市場上最為廣泛應用的透明導電薄膜，其有氧化銦和氧化錫按9:1的比例合成，通常采用電子濺鍍等方法在硬質(玻璃)或軟(塑料)基板上生產。雖然按現(xiàn)有工藝生產的ITO薄膜具有高導電性和透明度，能基本滿足部分電子產品的技術指標需求，但是仍存在很多難以克服的問題:(1) ITO脆性高，容易被磨損或者彎曲時出現(xiàn)裂紋、脫落等現(xiàn)象；(2) ITO成膜后需要經過高溫處理才能達到高導電性；(3)IT0中的銦屬于稀土元素，儲量有限。以上的技術缺陷加上市場對輕、薄、抗摔電子產品的需求使發(fā)展新材料替代ITO成為工業(yè)急需解決的課題。
[0004]石墨烯是Sp2雜化碳原子按六角晶格排列而成的二維材料。獨特的二維晶體結構，賦予石墨烯獨特的性能。單層石墨烯的厚度為0.34 nm，在很寬的波段內光吸收只有2.3%，本征載流子遷移率高達2.0 X IO5 cm2.T1.s—1，這就使石墨烯本質上同時具備高透過率和良好的導電性，可作為透明導電材料。
[0005]目前石墨烯薄膜的制備方法主要有機械剝離法、碳化硅外延生長法、氧化還原法和化學氣相沉積法，各種方法制備的石墨烯薄膜方阻偏高(500-2(ΚΚ) Ω/Sq)，并且非常不穩(wěn)定，常溫下放置一天后，方阻便會急劇升高，從而影響后續(xù)的圖案化處理等工藝，如果對石墨烯薄膜進行多層疊加，雖然能夠有效降低方阻，但石墨烯薄膜疊加的同時，石墨烯薄膜的透過率也會降低，這限制了石墨烯薄膜在顯示技術等對透明導電薄膜的方阻和透光率要求較高的工業(yè)領域的應用。
[0006]
【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法，通過該方法對石墨烯薄膜進行處理之后，在基本不影響石墨烯薄膜透光率的情況下，不僅可以降低其方阻，更為重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻長期保持穩(wěn)定，且在較高溫度下，方阻變化不大，從而方便后續(xù)進行圖案化等處理，促進石墨烯薄膜在顯示技術等對透明導電薄膜的方阻和透光率要求較高的工業(yè)領域進行廣泛應用。
[0008]一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法，其特征在于:包括:先用臭氧或紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜；再用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。
[0009]進一步地，使用臭氧或紫外光/臭氧處理基底上的石墨烯薄膜后30s以內用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。[0010]進一步地，用臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:臭氧發(fā)生器腔室內的溫度為25-100°C、流量為1-100 L/min，處理時間為0.1-10 min ;用紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:紫外光的波長為100-300 nm、功率1-300 W,處理時間為0.1-10 min。。
[0011] 進一步地，所述非金屬無機酸為硝酸。
[0012]進一步地，采用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理的方法為浸泡或熏蒸。
[0013]進一步地，所述浸泡處理方法包括以下步驟:
1)將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為5%-68%的硝酸溶液中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向硝酸溶液液面方向；
2)浸泡1-30 min ；
3)取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨稀薄I吳表面上的液滴。
[0014]進一步地，所述熏蒸處理方法包括以下步驟:
1)在密閉防腐蝕容器中注入濃度為68-98%的濃硝酸；
2)將附著于基底上的石墨烯薄膜置于注有濃度為68-98%的濃硝酸密閉防腐蝕容器中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向濃硝酸液面方向；
3)熏蒸5-150 min ；
4)取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨稀薄I吳表面上的液滴。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:提供了一種提升石墨烯薄膜導電性能的處理方法，在基本不影響石墨烯薄膜透光率的情況下，通過該方法對石墨烯薄膜進行處理之后，不僅可以降低其方阻，更為重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻長期保持穩(wěn)定，且在較高溫度下，方阻變化不大，從而方便后續(xù)進行圖案化等處理，促進石墨烯薄膜在顯示技術等對透明導電薄膜的方阻和透光率要求較高的工業(yè)領域進行廣泛應用。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]一種提升石墨烯薄膜方阻穩(wěn)定性的方法，包括:先用臭氧或紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜；再用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。
[0018]本發(fā)明的原理是:將附著于基片上的石墨烯薄膜用臭氧或紫外光/臭氧處理后，能夠增加石墨烯薄膜上的活性位點，隨后將臭氧或紫外光/臭氧處理過的石墨烯薄膜迅速用非金屬無機酸熏蒸或在非金屬無機酸溶液中浸泡，所用的非金屬無機酸具有給予空穴能力，其與石墨烯接觸后能夠進入石墨烯薄膜的活性位點，使得石墨烯中的載流子濃度增大，從而使石墨烯薄膜的導電性能提升、方阻降低，并且方阻阻值能夠長期保持穩(wěn)定狀態(tài)。該技術的關鍵是用臭氧或紫外光/臭氧處理后，需迅速用非金屬無機酸處理石墨烯薄膜，防止紫外光/臭氧處理后的石墨烯薄膜上的活性位點減少或閉合，從而影響非金屬無機酸摻雜石墨烯薄膜的穩(wěn)定性，進一步影響石墨烯薄膜方阻的穩(wěn)定性。由于本發(fā)明方法只是對石墨烯薄膜表面進行處理，沒有疊加石墨烯薄膜，因此處理后的石墨烯薄膜的透光率變化不大。因此采用臭氧或紫外光/臭氧處理，非金屬無機酸摻雜后的石墨烯薄膜能夠降低方阻、方阻在常溫下能夠長時間維持穩(wěn)定，且在較高溫度下，方阻變化不大。
[0019]優(yōu)選地，使用臭氧或紫外光/臭氧處理基底上的石墨烯薄膜后30s以內用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。
[0020]優(yōu)選地，用臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:臭氧發(fā)生器腔室內的溫度為為25-100°C、流量為1-100 L/min，處理時間為0.1-10 min ;用紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:紫外光的波長為100-300 nm、功率1-300 W,處理時間為0.1-10 min。。
[0021]優(yōu)選地，所用非金屬無機酸為硝酸。
[0022]優(yōu)選地，采用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理的方法為浸泡或熏蒸。
[0023]優(yōu)選地，所述浸泡處理方法包括以下步驟:
1)將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為5%-68%的硝酸溶液中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向硝酸溶液液面方向 ；
2)浸泡1-30 min ；
3)取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨稀薄I吳表面上的液滴。
[0024]優(yōu)選地，所述熏蒸處理方法包括以下步驟:
1)在密閉防腐蝕容器中注入濃度為68-98%的濃硝酸；
2)將附著于基底上的石墨烯薄膜置于注有濃度為68-98%的濃硝酸密閉防腐蝕容器中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向濃硝酸液面方向；
3)熏蒸5-150 min ；
4)取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨稀薄I吳表面上的液滴。
[0025]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步闡述。
[0026]實施例1:
取石墨烯薄膜(方阻575 Ω/sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為I W、波長IOOnm的紫外光照射，照射時間IOmin ;照射處理后經過30s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為5%的硝酸溶液浸泡30 min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為162 Ω/sq，透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至167 Ω/sq，上升幅度為3%。
[0027]實施例2:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為300 W、波長300nm的紫外光照射，照射時間Imin ;照射處理后經過0.ls，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為68%的硝酸溶液浸泡I min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為ΙΙδΩ/sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至121 Ω /sq,上升幅度為5%。[0028]實施例3:
取石墨烯薄膜(方阻583 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為150 W、波長150nm的紫外光照射,照射時間5min ;照射處理后經過5s,將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為30%的硝酸溶液浸泡16min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為142Q/Sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至147 Ω /sq,上升幅度為4%。
[0029]實施例4:
取石墨烯薄膜(方阻575 Ω/sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為I W、波長IOOnm的紫外光照射，照射時間IOmin ;照射處理后經過30s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為68%的硝酸溶液熏蒸150 min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為171 Ω/sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至176 Ω/sq，上升幅度為3%。
[0030]實施例5:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為300 W、波長300nm的紫外光照射，照射時間Imin ;照射處理后經過0.ls，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為98%的硝酸溶液熏蒸5min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為128 Ω /sq,透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至134Q/Sq，上升幅度為5%。
[0031]實施例6:
取石墨烯薄膜(方阻583 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；使用功率為150 W、波長150nm的紫外光照射,照射時間5min ;照射處理后經過5s,將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為85%的硝酸溶液熏蒸80min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為ΙδΟΩ/sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至156 Ω/sq，上升幅度為4%。
[0032]實施例7:
取石墨烯薄膜(方阻575 Ω /sq,透光率92%)，轉移到基底上；在溫度25°C的情況下，使用流量為I L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間IOmin ;處理后經過30s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為5%的硝酸溶液浸泡30 min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為166Q/Sq，透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至171 Ω/sq，上升幅度為3%。
[0033]實施例8:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq,透光率92%)，轉移到基底上；在溫度100°C的情況下，使用流量為100 L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間Imin ;處理后經過0.ls，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為68%的硝酸溶液浸泡I min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為118 Ω/sq,透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至124Q/Sq，上升幅度為5%。
[0034]實施例9:
取石墨烯薄膜(方阻583 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；在溫度50°C的情況下，使用流量為50 L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間5min ;處理后經過5s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為30%的硝酸溶液浸泡16min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為149Q/Sq，透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至155 0/叫，上升幅度為4%。
[0035]實施例10:
取石墨烯薄膜(方阻575 Ω /sq,透光率92%)，轉移到基底上；在溫度25°C的情況下，使用流量為I L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間IOmin ;處理后經過30s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為68%的硝酸溶液熏蒸150 min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為177 Ω/sq,透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至182Q/Sq，上升幅度為3%。
[0036]實施例11:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq,透光率92%)，轉移到基底上；在溫度100°C的情況下，使用流量為100 L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間Imin ;處理后經過0.ls，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為98%的硝酸溶液熏蒸5min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為132 Ω/sq,透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至138Q/Sq，上升幅度為5%。
[0037]實施例12:
取石墨烯薄膜(方阻583 Ω /sq，透光率92%)，轉移到基底上；在溫度50°C的情況下，使用流量為50 L/min的臭氧流對其進行處理，處理時間5min ;處理后經過5s，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為85%的硝酸溶液熏蒸80min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為158Q/Sq，透光率91% ;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至164Q/Sq，上升幅度為4%。
[0038]實施例13:
取部分實施例1處理得到的附著于基底上的石墨烯薄膜(方阻為162 Ω/sq，透光率91%)，將此附著于基底上的石墨烯薄膜在110°C中環(huán)境中存放I h，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至164Q/sq，上升幅度為1%。
[0039]實施例14:
取部分實施例12處理得到的附著于基底上的石墨烯薄膜(方阻為158Q/Sq，透光率91%)，將此附著于基底上的石墨烯薄膜在110°C中環(huán)境中存放I h，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至161 Ω /sq,上升幅度為2%。[0040]實施例15:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq，透光率92%)，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為68%的硝酸溶液浸泡I min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為199 Ω/sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至518 Ω /sq,上升幅度為160%
實施例16:
取石墨烯薄膜(方阻569 Ω /sq，透光率92%)，將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為98%的硝酸溶液熏蒸5min，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，吹干，用四探針電極測試附著于基底上的石墨烯薄膜的方阻為218 Ω/sq，透光率91%;此附著于基底上的石墨烯薄膜在常溫常壓的條件下放置6個月，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至535 Ω /sq,上升幅度為145%
實施例17:
取部分實施例15處理得到的附著于基底上的石墨烯薄膜(方阻為199 Ω/sq，透光率91%)，將此附著于基底上的石墨烯薄膜在110°C中環(huán)境中存放I h，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至382 Ω /sq,上升幅度為92%。
[0041]實施例18:
取部分實施例16處理得到的附著于基底上的石墨烯薄膜(方阻為218 Ω/sq，透光率91%)，將此附著于基底上的石墨烯薄膜在110°C中環(huán)境中存放I h，再用四探針電極測試其方阻，方阻上升至439 Ω /sq,上升幅度為101%。
[0042]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種提升石墨烯薄膜導電性能的方法，其特征在于:包括:先用臭氧或紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜；再用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:使用臭氧或紫外光/臭氧處理基底上的石墨烯薄膜后30s以內用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:用臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:臭氧發(fā)生器腔室內的溫度為25-100°C、流量為1-100 L/min，處理時間為0.1-10 min ;用紫外光/臭氧處理附著于基底上的石墨烯薄膜時，處理條件為:紫外光的波長為100-300 nm、功率1-300 W，處理時間為0.1-10 min。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述非金屬無機酸為硝酸。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:用非金屬無機酸對附著于基底上的石墨烯薄膜進行處理的方法為浸泡或熏蒸。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于:所述浸泡處理方法包括以下步驟: 將附著于基底上的石墨烯薄膜放入濃度為5%-68%的硝酸溶液中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向硝酸溶液液面方向；
浸泡 1-30 min ； 取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨烯薄膜表面 上的液滴。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于:所述熏蒸處理方法包括以下步驟: 在密閉防腐蝕容器中注入濃度為68-98%的濃硝酸； 將附著于基底上的石墨烯薄膜置于注有濃度為68-98%的濃硝酸密閉防腐蝕容器中，附著有石墨烯薄膜的一面朝向濃硝酸液面方向；
熏蒸 5-150 min ； 取出基底，用去離子水洗凈附著于基底上的石墨烯薄膜表面，然后用氮氣吹干附著于基底上的石墨烯薄膜表面上的液滴。
【文檔編號】H01B13/00GK103996458SQ201410237974
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】黃德萍, 姜浩, 朱鵬, 史浩飛, 崔華亭, 鐘達 申請人:重慶墨?？萍加邢薰? 中國科學院重慶綠色智能技術研究院