[发明专利]一种高导电性石墨烯薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导电性石墨烯薄膜及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：沿载气的气流方向，将石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构和聚丙烯腈纤维膜/铜箔复合膜结构依次置于石英腔体中，通入载气并升温，在真空条件下进行气相反应，即得到高导电性石墨烯薄膜；石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构为铜箔与包覆于铜箔表面上的石墨烯薄膜的复合结构；聚丙烯腈纤维膜/铜箔复合膜为铜箔与包覆于铜箔表面上的聚丙烯腈纤维膜的复合结构。本发明工艺简单易行，所涉及到的静电纺丝、低压CVD都是成熟的技术。气相化学反应对石墨烯薄膜的功能化非常高效且均一。本发明获得的功能化石墨烯薄膜的导电性能提高了40％以上，非常显著，而对石墨烯薄膜的透光性影响非常小。

技术领域

本发明涉及一种高导电性石墨烯薄膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子以sp²杂化形成的二维材料，它具有稳定的物理化学性质，优异的机械强度，极好的导电导热性能，在诸多领域都有广泛应用，尤其是可作为柔性透明导电薄膜应用于下一代柔性电子器件、柔性触摸屏等。相较于传统的透明导电薄膜(ITO、AZO、导电聚合物等)，石墨烯薄膜的导电性偏小。因此，发展提高石墨烯薄膜导电性能的稳定方法是十分必要的。目前提高石墨烯薄膜导电性能的方法包括以下几类：1、石墨烯晶格的原子取代，如氮掺。这种方法在增加石墨烯薄膜中的载流子浓度的同时会降低迁移率，由于石墨烯的完美晶格遭到破坏。2、石墨烯薄膜吸附化学物种，如MoO_x膜、Au纳米颗粒、以及其它有机分子。这种方法不稳定，容易失效。3、石墨烯薄膜的化学功能化，如利用有机化学反应。这种方法往往涉及到复杂的化学反应，难以控制。

因此，发展提高石墨烯薄膜导电性的高效简易方法，对于推进石墨烯薄膜在柔性器件中的实际应用是极其重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导电性石墨烯薄膜及其制备方法，本发明通过一步简单的气相化学反应，可直接在初始生长的CVD石墨烯/铜箔上进行。

本发明所提供的高导电性石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：

沿载气的气流方向，将石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构和聚丙烯腈纤维膜/铜箔复合膜结构依次置于石英腔体中，通入所述载气并升温，在真空条件下进行气相反应，即得到高导电性石墨烯薄膜；

所述石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构为铜箔与包覆于所述铜箔表面上的石墨烯薄膜的复合结构；

所述聚丙烯腈纤维膜/铜箔复合膜为铜箔与包覆于所述铜箔表面上的聚丙烯腈纤维膜的复合结构。

上述的制备方法中，所述载气可为氩气等惰性气体；

所述载气的流量可为500～1000sccm，优选500sccm；

所述升温的速率为5～10℃/min，优选10℃/min；

所述升温后的温度为300～600℃，优选500℃。

上述的制备方法中，所述气相反应的时间可为10～60分钟，优选30分钟。

上述的制备方法中，所述气相反应在低压CVD装置中进行；

所述真空条件的真空度小于5Pa。

上述的制备方法中，所述石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构与所述聚丙烯腈纤维膜/铜箔复合膜结构之间的距离优选小于1cm。

上述的制备方法中，所述PAN(聚丙烯腈)纤维膜作为反应前体，将PAN反应前体置于所述石墨烯薄膜/铜箔复合膜结构的上游，以保证处于载气下游的石墨烯薄膜被有效地化学功能化。

本发明方法基于如下原理：PAN(聚丙烯腈)前体在一定温度下裂解形成活性物种，此活性物种通过载气携带到下游的石墨烯薄膜，并对石墨烯薄膜进行功能化修饰。