[发明专利]一种制备石墨烯透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯透明导电薄膜的制备方法，属于导电薄膜生产技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，社会对新型材料的需求也越来越多。材料是人类文明进步和科技发展的物质基础，材料的更新使人们的生活也发生了巨大变化。目前，蓬勃发展的新型透明而又导电的薄膜材料在液晶显示器、触摸屏、智能窗、太阳能电池、微电子、信息传感器甚至军工等领域都得到了广泛的应用，并且正在渗透到其它科技领域中。由于薄膜技术与多种技术密切相关，因而激发了各个领域的科学家们对薄膜制备及其性能的兴趣。

导电薄膜是一种能导电、实现一些特定的电子功能的薄膜，被广泛用于显示器、触摸屏和太阳能电池等电子器件中。目前，作为一种透明而又导电半导体材料氧化铟锡(ITO），一直广泛应用于薄膜领域。通过在透明基材上采用磁控溅射蒸镀 ITO 制备透明导电薄膜，透明基材包括如玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜等。因为氧化铟锡具有高电导率、高通光率，所以成为制备导电薄膜的主要材料之一。但是，氧化铟锡导电薄膜在使用过程中也存在一些缺点，包括: (1)铟资源较少，导致价格持续上涨，使得ITO成为日益昂贵的材料，如喷涂、脉冲激光沉积、电镀等。并且氧化铟有一定毒性，回收利用不合理易造成环境污染。（2）ITO脆的特性使其不能满足一些新应用 ( 例如可弯曲的柔性显示器、触摸屏、有机太阳能电池)的性能要求，不适用于下一代柔性电子器件的生产。石墨烯独特的二维晶体结构，赋予了它独特的性能，研究发现，石墨烯具有优良的机械性能及优异的电学性质，常温下石墨烯的电子迁移率可达 15000cm2v^-1s^-1，而电阻率仅为10^-6Ωcm。石墨烯在许多方面比氧化铟锡具有更多潜在的优势，例如质量、坚固性、柔韧性、化学稳定性、红外透光性和价格等。因此石墨烯非常有望代替氧化铟锡，用来发展更薄、导电速度更快的柔性电子器件。

目前，石墨烯的制备方法主要有：微机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法、有机分子插层法等。自2006年由 Somani等采用化学气相沉积法，以莰酮(樟脑)为前驱体，在镍箔上得到石墨烯薄膜，科学家们取得了很多在不同基体上得到厚度可控石墨烯片层的研究进展。通过在金属基体上进行化学刻蚀，石墨烯片层分离开来并转移到另一基体上，这就免去了复杂的机械或者化学处理方法而得到高质量的石墨烯片层。韩国和日本等国纷纷采用这种方法制备出了大尺寸石墨烯透明导电薄膜，期望的主要应用领域是在平面显示器上，充当阳极。例如在新的有机发光显示器（OLED）上的开发，OLED 具有成本低、全固态、主动发光、亮度高、对比度高、视角宽、响应速度快、厚度薄、低电压直流驱动、功耗低、工作温度范围宽、可实现软屏显示等特点，成为未来显示器技术的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的石墨烯透明导电薄膜的制备方法，生产成本低，且导电性能好，可生产大面积的石墨烯透明导电薄膜，能够满足大规模生产的需求。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种制备石墨烯透明导电薄膜的方法，包括以下步骤：

A．涂覆溶液制备

将5～10份石墨烯薄片、5～10份氧化石墨烯薄片、30～40份苯丙乳液、10～15份纳米银粉末、55～65份水置于离心试管中，超声振荡15～25min后备用；

B．涂覆、干燥

将步骤A制得的涂覆溶液，在干燥的玻璃板上涂覆，涂覆厚度为100～200μm，涂覆后干燥，备用；

C、还原和修复

将步骤B得到的半成品置于炉中，通入气体并打开真空泵；将炉升温至500-800℃，打开电源，并调整电源功率，在炉内产生等离子体；随后 通入碳源反应后即得石墨烯透明导电薄膜。

所述苯丙乳液为半连续乳液聚合工艺制备的纳米乳胶粒子，其粒径为45～80nm。

步骤B中，所述干燥的条件为100～120℃下干燥35～50min。

在步骤C中，所述气体的流量为5-30sccm； 炉升温速率为：5-15℃/min；所述电源包括RF 电源；电源功率调整为50-200W；碳源的流量为3-10sccm；反应时间为5-30min。

在步骤C中，所述碳源包括甲烷、乙烯或二氟甲烷；所述气体包括氢气、氩气或其混合物。

所述石墨烯透明导电薄膜的透光率为82～85%。

所述石墨烯透明导电薄膜的电阻为0.9～1.1MΩ/sq。

本发明的有益效果：