[发明专利]石墨烯薄膜及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯薄膜及其制法和用途。

背景技术

石墨烯是由蜂窝状的单层碳原子组成的二维结构材料，其独特的二维结构和优异的晶体学特性使其在光电子器件、传感器和太阳能等领域具有重要的使用价值。

目前石墨烯的制备方法主要有：机械剥离法、氧化还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法（CVD）、有机合成法和碳纳米管剥离法等，其中适用于工业化大规模生产的是化学气相沉积法，该方法是指反应物质在气态条件下发生化学反应，碳原子沉积在加热的基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯薄膜，但是目前该工艺通常只在单层基底上制备石墨烯，从而限制了石墨烯薄膜的产量；而且在后期的石墨烯薄膜转移中，需要对其进行裁剪，浪费大量原材料。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决现有技术的问题，提供一种石墨烯薄膜的制备方法，包含以下步骤：

（1）制备生长石墨烯薄膜的载体，所述载体是由隔板与金属衬底间隔叠加而形成的多层隔板-金属衬底结构；

（2）将所述载体置于反应炉中，在真空或惰性气体与还原气体的混合气体环境下加热；

（3）温度至900-1100℃时，向反应炉中通入惰性气体和还原气体并保温退火，然后施加碳源，在金属衬底上形成石墨烯薄膜；

（4）将隔板与金属衬底分离；

（5）将石墨烯薄膜与金属衬底分离。

通过以上方法可在金属衬底上形成高质量的石墨烯薄膜。

本发明还提供了由以上方法制备的石墨烯薄膜，本发明中石墨烯薄膜的尺寸与根据需要所制作的固定尺寸的金属衬底相同，避免了裁剪过程，降低原材料的消耗；并且本发明采用叠加式载体生长石墨烯薄膜，在生长空间一定的情况下增加了生长面积，能获取更多产品。

本发明还提供了本发明的石墨烯薄膜用作透明导电电极的用途，通过将本发明的石墨烯薄膜根据需要转移到不同的透明基底上而得到所需透明导电电极。本发明的透明导电电极，由于所含石墨烯薄膜的质量高，而获得高导电率和高透光率，可用于功率器件、太阳能电池及高亮度LED等领域。

附图说明

图1为说明实施例1中的隔板与金属衬底叠加所形成载体的纵剖示图。图2为说明实施例3中的隔板与涂有碳源的金属衬底叠加所形成载体的纵剖示图。

图3为实施例1所得石墨烯薄膜的拉曼光谱。

图4为实施例3所得石墨烯薄膜的拉曼光谱。

具体实施方式

在本发明中，如无其他说明，则气体体积均按25℃、大气压条件的数值计。

本发明的石墨烯薄膜的制备方法包含以下步骤：

（1）制备生长石墨烯薄膜的载体，所述载体是由隔板与金属衬底间隔叠加而形成的多层隔板-金属衬底结构；

（2）将所述载体置于反应炉中，在真空或惰性气体与还原气体的混合气下加热；

（3）温度至900-1100℃时，向反应炉中通入惰性气体和还原气体并保温退火，然后施加碳源，在金属衬底上形成石墨烯薄膜；

（4）将隔板与金属衬底分离；

（5）将石墨烯薄膜与金属衬底分离。

在本发明方法的一个优选实施方案中，步骤（1）按如下方式实施：将隔板与金属衬底之间以间隔距离10-100μm，优选10-50μm，更优选10-30μm叠加，叠加方式例如可采用简单堆叠，该堆叠可在支撑框架中完成，该支撑框架的四周设有用于标识载体高度且可调节高度的卡件，卡件的高度通过预先设定的隔板与金属衬底的间距和层数来确定，载体放置在支撑框架的底板上，由底板处开始向上叠加，直至达到卡件位置处。具体为：在支撑框架的底板上先放置第一层隔板，在第一层隔板上放置第一层金属衬底，在第一层金属衬底上放置第二层隔板，第二层隔板上放置第二层金属衬底，如此依次叠加至卡件位置处，即为所需要的层数，从而形成多层的隔板-金属衬底结构，石墨烯薄膜可以很好的生长在金属衬底上。

本发明的步骤（1）中，隔板的厚度通常为100μm-500μm，优选100-200μm；金属衬底的厚度为25μm-500μm，优选25-150μm，更优选50-100μm。隔板将金属衬底隔开，为石墨烯薄膜的生长提供空间。