[发明专利]多晶石墨烯薄膜制备工艺及透明电极和制备石墨烯基器件

说明书

技术领域

本发明描述了一种多晶石墨烯薄膜、制备多晶石墨烯薄膜的工艺以及基于多晶石墨烯薄膜的透明电极和电子器件的方法。

背景技术

2004年英国英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯，并且因此而获得了2010年的诺贝尔物理学奖，从发现到获得诺贝尔物理学奖，只用了仅仅六年的时间。石墨烯问世以来就引起了全世界的研究热潮。它拥有着卓越的力学性能，是已知材料中最薄的一种，而且是最牢固坚硬的；有着良好的电学性能，在室温下传递电子的速度是已知的导体种最快的；还有非常特殊的原子尺度的结构，只能用相对论量子力学才能描述。

目前制备石墨烯的方法主要有以下几种：微机械分离法，取向附生法，加热SiC法，化学气相沉积的方法（CVD），而使用化学气相沉积的方法可以很容的控制石墨烯的生长厚度以及石墨烯片的大小。石墨烯片在金属薄片上制备完成以后，接下来就是将制备好的石墨烯片转移到其他的绝缘衬底上，然后根据实际的需求进行进一步的加工。在实际的生产中需要用到大面积的石墨烯薄膜，然而大面积的多晶石墨烯薄膜的制备是很困难的，因此，需要大面积的多晶石墨烯薄膜以及基于多晶石墨薄膜的透明电极和电子器件。

发明内容

公开了一种多晶石墨烯薄膜。

还公开了制备多晶石墨烯薄膜的工艺。

另外，还公开了一种基于多晶石墨烯薄膜的透明电极和电子器件。

在实施案例中，提供了一种多晶石墨烯薄膜，多晶石墨烯薄膜是指由具有相同晶相或者不同晶相的单晶石墨烯组成的连续薄膜。其中，单晶石墨烯是指由结合成六边形结构的碳原子的平面阵列形成的二维蜂窝状的结构。

多晶石墨烯薄膜包括层数在1层至大约300层之间，Raman D 峰强度与Raman G峰强度的峰比小于等于大约0.3。

Raman D 带/Raman G带强度的峰比可以为0。

多晶石墨烯薄膜的宽度和长度可以大约在1mm至大约3000mm之间。

根据另一实施例，提供了一种制备多晶石墨烯片薄膜的方法，所述方法包括：形成催化层，催化层包括单晶或多晶石墨化金属催化层；将含碳材料设置在催化层上或融入催化层；在惰性气氛和还原气氛中的至少一种中热处理触媒层和含碳材料。

具体的讲就是采用化学气相沉积方法，将气体碳源中的碳原子生长在催化层上。可以通过将含碳的气体通过高温裂解或者在一定温度下由微波辅助裂解的方法沉积或者融入到催化层。

其中气体碳源包括：烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、醇酚、醚、醛酮、羧酚、羧酚衍生物、不饱和羧酸和取代羧酸、胺、硝基化合物、重氮化合物、芳烃重氮盐、偶氮化合物、叠氮化合物、含硫化合物、含磷化合物、有机硅化合物、吡咯、呋喃和噻吩、吲哚、含两个以上杂原子的五元杂环、吡啶、喹啉和异喹啉、含氧的六元杂环、含两个以上氮杂原子的六元杂环、单糖、低聚糖、多糖、氨茎酸、多肽、蛋白质、核酸、类脂类、萜类化合物、甾族化合物等有机物中的气体成分或者任何含碳的气体如由一氧化碳，乙烷，乙烯，乙醇，甲烷，乙炔，丙烷，丙烯，丁烷，丁二烯，戊烷，戊烯，环戊二烯，己烷，环己烷，苯，甲苯以及包含前述气体中的至少一种的组合组成的组中选择的气体。包含前述有机物中的至少一种的组合以及包含前述有机物的一种或者多种的组合。

其中催化层包括：从由Ni. Co. Fe. Pt. Au. Al. Cr. Cu .Mg. Mn. Mo. Rh. Si. Ta. Ti. W. U. V. Zr.TiC.Rc.Hfc.LaB₆ .SiO₂.Al₂O₃.SiC等。包含前述金属或者化合物中的至少一种的组合以及包含前述金属或者化合物中的至少一种的合金组成催化层。

通过热处理、快速降温的方法制备大面积多晶石墨烯薄膜。

其中热处理反法有：红外线加热、电磁加热、微波加热、电阻炉、感应加热、辐射加热、激光、等离子体、表面等离激元等等。

其中热处理时的环境气压在10^-10pa-10⁷pa之间

其中快速降温的方法有：自然冷却降温，除去热源快速降温以及接触式的降温方式等等。

其中降温的速度在0.1℃/min-300℃/min。

热处理的时间及温度区间：在300°C至2000°C之间的温度执行热处理0.001小时至1000小时之间的时间。