[发明专利]一种石墨烯复合材料透明电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及柔性透明电极材料技术领域，特别涉及一种石墨烯复合材料透明电极及其制备方法和应用。

背景技术

透明导电薄膜材料及器件在军用、航天、工业、民用等诸多光电系统装备上均有广泛应用，目前氧化锡铟（ITO）透明电极因为有较好的光电性质被广泛应用，但是随着现代光电子器件的不断发展和透明电极的大量使用，传统的ITO透明电极暴露出越来越多的问题，如：（1）ITO的化学性质和热性质不稳定；（2）In是一种稀有金属且有毒；（3）ITO薄膜具有陶瓷性质。所以迫切需要寻找一种高透过率、低电阻、可以在室温下制备的新型电极。

为解决传统ITO导电透明电极存在的上述问题，人们相继发展了其它种类的透明导电电极，如金属纳米线薄膜、金属网格、石墨烯薄膜和碳纳米管薄膜等。然而，在这些透明导电电极中都存在导电性和透光率“此消彼长”的问题。

石墨烯作为一种半金属材料其特殊的孔隙结构，决定了其具有柔性的特点，石墨烯内部载流子浓度高达10¹³cm^-2，其理论迁移率能达到200000cm²/V·s，而且单层石墨烯的透光率达到97.7%，这些独特且优异的性质使得石墨烯成为透明电极材料最有潜力的替代品之一。CVD法生长石墨烯能够转移在任意需要的衬底上，然而目前所能制备的大面积石墨烯是多晶结构，具有较多的缺陷和晶界，极大地影响了其光电性能。

而导电高分子是由有机物组成的高分子物质，具有较高的电导率和稳定性、较好的光学透明性以及易于合成的特点，使它们在抗静电涂层、有机显示器件、能量存储转化、传感器方面具有广泛的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯复合材料透明电极及其制备方法和应用，能结合导电高分子和石墨烯二者的优点，制成的石墨烯复合材料透明电极兼顾导电性、透光率及柔性的性能。

本发明公开了一种石墨烯复合材料透明电极，所述透明电极包括柔性透明基板，柔性透明基板上设有石墨烯层和导电高分子层。

进一步，所述石墨烯层为1～5层石墨烯。

进一步，所述石墨烯为掺杂有异质原子或分子的掺杂石墨烯。

进一步，所述导电高分子层由聚噻吩、聚吡咯、聚苯乙炔、聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐、聚乙炔和聚苯胺及其衍生物中的一种或多种导电高分子材料组成。

进一步，所述导电高分子层的厚度为1nm～5000nm。

进一步，所述柔性透明基板的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明还公开了一种上述石墨烯复合材料透明电极的制备方法，包括以下步骤：

1）采用化学气相沉积法，在基底上生长石墨烯；

2）将生长在基底上的石墨烯转移到柔性透明基板上；

3）在石墨烯表面涂布导电高分子材料，形成导电高分子层，得到石墨烯复合材料透明电极。

进一步，所述步骤2）中，将生长在基底上的石墨烯转移到柔性透明基板上后，再对石墨烯进行掺杂处理。

进一步，所述步骤2）中，掺杂的方法为使用掺杂试剂喷淋、浸泡、喷涂或蒸镀，掺杂试剂为NH₃、HNO₃、H₂SO₄、KMnO₄、AuCl₃、HAuCl₄、HCl、FeCl₃、K₂S₂O₈、Au、Ag、Fe、Cu和Pt中的一种或多种的溶液，其中固体掺杂剂的溶剂为乙醇、丙酮、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜、甲醇、乙酸乙酯、乙二醇、水、硝基甲烷和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

进一步，所述步骤1）中，化学气相沉积法为普通热电偶加热化学气相沉积法、远程等离子体辅助化学气相沉积法、射频等离子体辅助化学气相沉积法、微波等离子体辅助化学气相沉积法、表面波等离子体辅助化学气相沉积法或感应耦合等离子体辅助化学气相沉积法。