[发明专利]一种石墨烯导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别涉及一种具有高透明的石墨烯导电薄膜的制备方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学Geim教授首次制备出石墨烯【K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science2004,306,666.】。石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构。石墨烯薄膜室温下本征电子迁移率可达200000cm²/Vs，具有优异的电学性质【K.I.Bolotin,K.J.Sikes,Z.Jiang,M.Klima,G.Fudenberg,J.Hone,P.Kim,H.L.Stormer,Solid State Communications2008,146,351.】。此外，石墨烯在整个可见光区均具有极高的透光率，研究发现单层石墨烯的透光率接近97%【R.R.Nair,P.Blake,A.N.Grigorenko,K.S.Novoselov,T.J.Booth,T.Stauber,N.M.R.Peres,A.K.Geim,Science2008,320,1308.】，因此石墨烯在触摸屏领域具有巨大、潜在的应用性能。

铜基底上的化学气相沉积（CVD）是一种重要的制备石墨烯薄膜的方法，这种方法得到的石墨烯不仅层数可控，而且缺陷较少【X.S.Li,W.W.Cai,J.H.An,S.Kim,J.Nah,D.X.Yang,R.Piner,A.Velamakanni,I.Jung,E.Tutuc,S.K.Banerjee,L.Colombo,R.S.Ruoff,Science2009,324,1312.】。到目前为止，利用该方法生长石墨烯时所使用的铜基底一般为金属铜箔，由于不能够重复利用，因此增加了生产成本。

发明内容

为了解决现有铜基底上制备石墨烯薄膜的生产成本高等问题，本发明提供了一种石墨烯导电薄膜的制备方法，包括：

在电解质溶液中，以石墨为阴极、铜箔为阳极，利用电化学沉积方法在石墨电极表面沉积金属铜；

将表面沉积有金属铜的石墨放入炉中，在氢气和甲烷气氛中，在高温条件下利用化学气相沉积方法在铜表面生长石墨烯；

在石墨烯表面黏贴热释放胶带，并将铜薄膜从石墨基底表面剥离，得到由热释放胶带、石墨烯和铜组成的第一复合膜；

在电解质溶液中，以石墨为阴极、所述第一复合膜为阳极，利用电化学方法腐蚀除去金属铜，得到由热释放胶带和石墨烯组成的第二复合膜，并在阴极石墨表面沉积得到金属铜薄膜；

将所述第二复合膜放置在透明基底表面上，并使石墨烯与透明基底直接接触，在加热条件下除去热释放胶带，得到石墨烯导电薄膜。

所述利用电化学沉积方法在石墨电极表面沉积金属铜的工艺条件为：在石墨阴极和铜箔阳极之间施加直流电压，直流电压大小为0.5-10V，电沉积时间为5-15分钟。

所述利用化学气相沉积方法在铜表面生长石墨烯的生长条件为：生长温度为900-1070℃，氢气和甲烷的气体流量分别为5-100sccm和2-50sccm，生长时间为2-30分钟。

所述利用电化学方法腐蚀除去金属铜的工艺条件为：在石墨阴极和所述第一复合膜阳极之间施加直流电压，直流电压大小为0.5-10V，电沉积时间为5-15分钟。

所述电解质溶液是由硫酸铜和硫酸组成的混合溶液，或是由硝酸铜和硝酸组成的混合溶液，或是由醋酸铜和醋酸组成的混合溶液。

所述透明基底包括玻璃、石英和PET薄膜。

所述热释放胶带的热释放温度为大于等于90℃。

本发明通过电化学沉积方法和化学气相沉积法制备石墨烯导电薄膜，该制备方法不仅能减少石墨烯的破损，而且铜膜制备和金属铜腐蚀在石墨烯导电薄膜制备过程中同步完成，从而缩短了制备时间，降低了生产成本，可以用于大规模生产制备石墨烯导电薄膜。

附图说明

图1是本发明实施例提供的石墨烯导电薄膜的制备过程示意图；

图2是本发明实施例提供的石墨烯导电薄膜的制备方法流程图；

图3是本发明实施例电化学腐蚀铜和石墨表面电沉积铜的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。