[发明专利]在玻璃上低温沉淀石墨烯的方法以及相关的制品/装置

说明书

本发明的示例性实施例涉及一种大面积石墨烯沉淀在玻璃上的方法，以及相关的制品/装置。例如，提供一种涂层制品和/或制备其的方法，所述涂层制品包括位于基板上的含石墨烯的薄膜。含金属的催化剂层(例如包括镍和/或类似等)被配置在基板上。以不超过350‑600摄氏度的温度将基板和其上的催化剂层暴露于前驱气体和引发应变的气体10分钟或100分钟。使石墨烯成型和/或形成在催化剂层上与其接触，以及形成在基板和催化剂层之间，从而来制备涂层制品。与石墨烯的形成相关联，通过在催化剂层中引入残余应变，该催化剂层和形成在其上的石墨烯一同被去除。此外，还涉及包含该制品的产品、和/或制备其的方法。

本申请请求2013年3月15日提交的美国申请No.61/801,742的优先权，其全部内容被纳入此处作为参考。

本申请引用参考2009年8月7日提交的美国申请No.12/461,346和2009年12月15日提交的美国申请No.12/654,269的整个内容。

本发明的示例性实施例涉及一种含有石墨烯的薄膜。特别是，本发明的示例性实施例涉及一种大面积石墨烯沉淀在玻璃上的方法，以及相关的制品/装置。

发明的技术背景及示例性实施例概述

铟锡氧化物(ITO)和氟掺杂氧化锡(FTO或SnO:F)涂层作为窗口电极被广泛应用于光电装置中。这些透明导电氧化物(TCO)在各种应用中非常成功。然而，ITO、FTO的使用由于数量原因是越来越成为问题。这些问题包括：例如，事实上地球上的元素铟的数量十分有限；酸或碱存在中TCO的不稳定性；其对于离子导电层中离子扩散的敏感性；其在近红外区中有限的透明度(例如丰富的功率谱有利于一些光伏装置)；由于FTO结构缺陷引起的FTO装置电流的高度泄漏等。ITO的脆性性质和高度沉积和/或加工温度限制了其的应用。此外，在一些应用中SnO₂:F中的表面粗糙度可能会引起有问题的电弧。

因此，在本领域中需要一种具较好稳定性、透明度高及优良导电性的光滑和图案化电极材料。

有关具较好稳定性、透明度高及优良导电性的新型电极材料的研究一直被进行。该研究的一个方面涉及测定对于现有TCO的可行替代。在这方面，本发明的发明者提出一种可行的基于碳的透明导电涂层(TCC)，特别是，基于石墨烯。

术语石墨烯一般是指石墨的一个或多个原子层，例如，具有单一的石墨烯层，或是SGL被扩展到石墨的N-层(例如，n可高达约10，优选是约5)。曼彻斯特大学最近有关石墨烯的发现和隔离(通过裂解晶体石墨)是在电子产品的趋势发展到电路元件的尺寸被减小到纳米尺寸时。在这方面，石墨烯出人意料地引导出标准电子材料中没有的独特的光电性质新概念。该显现来自于线性色散关系E vs.k)，其导致具零静止质量的石墨烯中的电荷载体增长并表现为相对论性粒子。围绕碳原子移动的离域电子的相对论性表现导致其与石墨烯的蜂窝晶格周期势交互，产生新的准粒子，其为低能量(E<1.2eV)，通过具有效光速vF≈c/300＝10⁶ms^–1的(2+1)-维狄拉克方程被准确描述。因此，量子电动力学QED(涉及光子处理)的完善技术可被提出来用于石墨烯的研究，且更有利的方面在于，在石墨烯中该效果被增大300倍。例如，与真空中的1/137相比较，石墨烯中的普适偶合常数α接近2。此外，其示出，石墨烯没有任何电子带隙，便于新的光电应用。

尽管只有一个原子厚(最低限度)，石墨烯化学性和热性十分稳定(虽然石墨烯有时在300摄氏度下会表面氧化)，因此可成功制造基于石墨烯的装置，并可抵制环境和潜在的恶劣条件。第一个高质量的石墨烯片经微机械切割块状石墨被制成。同样的技术被微调，目前提供高质量的石墨烯微晶，尺寸达到100μm²。该尺寸足够用于微电子领域中的大多数研究。因此，目前大多数的技术主要是在大学被开发，并将更多的重点放在微观样本，同时专注于装置的制备和表征，而不是按比例放大。