[发明专利]一种大面积石墨烯透明导电膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯制备以及基于石墨烯材料的大面积成膜技术，具体涉及一种大面积石墨烯透明导电膜的制备方法，属于材料应用（光电器件）领域。

背景技术

透明导电膜是许多常用光电器件的重要组成部分，在太阳能电池、触摸屏、有机发光二极管、液晶显示器等器件中广泛应用，从而成为人们广泛关注和研究的对象（Nano Letters2008,8(1),323-327；Advanced Materials2012,24(21),2874-2878；Acs Nano2010,4(1),43-48.）。然而现有商用透明导电材料ITO具有很大的局限性，如成本高、脆性大，不适用于现在光电器件柔性化的发展趋势。因而，研究成本低廉、性能优异且能够大量制备的透明导电膜材料作为ITO的替代品对于光电领域具有重要的意义（Advanced Materials2011,23(13),1482-1513.）。

石墨烯具有独特的二维结构，自2004年发现以来，其优异的导电性和透光性以及卓越的机械强度已经成为现代材料领域研究的热点，因此，石墨烯基的透明导电材料也被认为是用于柔性透明导电薄膜的理想材料（Nature Materials2007,6(3),183-191.）。其中，化学气相沉积法制备的石墨烯具有接近理论值的电导率和透光性，从而在透明导电膜研究领域受到广泛关注，并成功应用于大面积触摸屏器件（Nature Nanotechnology2010,5(8),574-578.），因此是一种较理想的柔性透明导电材料。

然而，化学气相沉积法制备的石墨烯通常需要后续的刻蚀金属基底、转移到适合的透明基底的步骤，这些步骤不仅是对于金属的浪费，转移的操作也较为困难（Advanced Materials2013,25(32),4521-4526.），得到的石墨烯膜容易产生缺陷和引入杂质，不利于制备大面积的石墨烯膜。液相成膜方法如线棒涂膜、喷涂等方法能够连续化制备大面积均匀的薄膜材料，且操作简便、实用性强（Advanced Materials2012,24(21),2874-2878.），目前为止，还没有人报道将其应用于化学气相沉积石墨烯透明导电膜中。

发明内容

针对已有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大面积石墨烯透明导电膜的制备方法，所述方法通过将化学气相沉积（CVD）法制备的石墨烯材料通过液相成膜法制膜，并应用于透明导电膜材料领域。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大面积石墨烯透明导电膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将化学气相沉积石墨烯在液相中采用物理剥离方法将石墨烯从金属基底中剥离下来，并超声得到石墨烯分散液，然后向石墨烯分散液中加入导电高分子得到稳定分散液，再通过涂膜方法将稳定分散液涂敷于透明基底，干燥，得到大面积石墨烯透明导电膜。

本发明采用不同金属基底上生长的单层或少层的化学气相沉积石墨烯为原料制备分散液，并利用多种可用于连续化液相成膜的方法在不同目标衬底上获得石墨烯透明导电膜。

本发明采用多种非刻蚀的物理方法对金属基底上的石墨烯进行剥离，超声形成分散液，并加入高电导率的导电高分子进行稳定化处理，得到稳定的分散液。将所得到的稳定分散液用线棒涂膜、喷涂或刮涂等成膜方法在透明基底上成膜，即可得到厚度可控的石墨烯透明导电膜。

本发明通过复合导电高分子等导电材料对石墨烯透明导电膜的成膜性和导电性进行辅助增强，克服了化学气相沉积的石墨烯在非刻蚀的物理剥离过程中由于会打碎大片石墨烯，而对其性能造成影响的缺点，得到了高的透光导电性能的石墨烯透明导电膜。

本发明所述“大面积石墨烯透明导电膜”是指单边长度大于10厘米且涂膜面积大于100平方厘米的石墨烯透明导电膜。

所述化学气相沉积石墨烯即采用CVD法制备得到的石墨烯，示例性的CVD法制备石墨烯的方法如下所示：

采用铜箔、通网、铜箔或镍网等作为金属催化剂，其同时作为生长基底，在高温（800～1000℃）下反应，得到化学气相沉积石墨烯。

所述液相为极性溶剂，优选乙醇或/和去离子水。

采用化学气相沉积法制备得到的石墨烯由于沉积在基底上，因此需要将其从金属基底中剥离。本发明所述物理剥离方法选自超声、离心、摩擦、振荡或表面张力中的任意一种或者至少两种的组合。

示例性的超声方法指：将化学气相沉积石墨烯在液相中，在超声的条件下将石墨烯从金属基底中剥离。