[发明专利]一种高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂和掺杂方法

说明书

技术领域:

本发明涉及石墨烯领域，具体为一种高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂和掺杂方法，该掺杂剂适用于不同基体上不同层数石墨烯的掺杂。

背景技术:

石墨烯是由单层碳原子构成的具有蜂窝状结构的一种新型二维碳材料，石墨烯具有优异的导电性，电导率是铜的1.6倍。石墨烯对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性，单层石墨烯的透光性达97.7％。石墨烯的强度可达130GPa，是钢的100多倍，并具有优异的柔韧性、热稳定性和化学稳定性。因此，石墨烯在电子、光电子器件中应用可以充分发挥其结构与性能优势，受到了极大关注。然而，本征态的石墨烯无法满足电子、光电子器件中对费米能级、电阻等方面的要求，需要对石墨烯进行掺杂处理。在各种掺杂方法中，使用化学掺杂剂可显著提高石墨烯的载流子浓度而不引入结构缺陷，是目前掺杂石墨烯的典型方法。然而，现有的化学掺杂剂普遍存在难以兼顾优异的掺杂效果与高的掺杂稳定性。因此，目前亟需发展可以高效、稳定掺杂石墨烯的新型化学掺杂剂。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂，利用阳离子型光引发剂与石墨烯之间电子相互作用较强和吸附能较大的特点，实现对石墨烯的高效稳定掺杂。

本发明的技术方案是：

一种高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂，化学掺杂剂采用阳离子型光引发剂或可生成阳离子型光引发剂的前驱体物质；或者，化学掺杂剂采用阳离子型光引发剂或可生成阳离子型光引发剂的前驱体物质，与其他类型光引发剂之一或两种以上的组合。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂，阳离子型光引发剂采用重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐、铁芳烃盐、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚之一或两种以上的组合。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，将化学掺杂剂与石墨烯表面接触后，对石墨烯进行掺杂。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，采用阳离子型光引发剂的溶液掺杂时，阳离子型光引发剂的浓度范围为0.1～100mM，所述溶液的溶剂为脂类、苯类或醇类的有机溶剂。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，掺杂过程中通过光照和/或加热提高其掺杂效果和掺杂稳定性。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，依据具体型号阳离子型光引发剂的使用要求选择光照的条件，典型的光谱范围为250～400nm的紫外光区或400～800nm的可见光区；光照后可对阳离子型光引发剂进行加热提高掺杂效果，具体温度根据具体型号阳离子型光引发剂的使用要求选择，典型的加热温度范围为40～300℃。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，阳离子型光引发剂适用于单层、少数层或多层石墨烯的掺杂；掺杂方式为表面掺杂、层间掺杂和底层掺杂之一或两种以上的组合。

所述的高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂的掺杂方法，在石墨烯表面形成阳离子型光引发剂的方法包括溶液浸泡、蒸发沉积、化学气相沉积、印刷、辊压涂覆、刮涂、线棒涂布、喷涂、旋涂、提拉之一或两种以上的组合。

本发明的特点及有益效果是：

1.本发明采用阳离子型光引发剂作为高效掺杂石墨烯的新型掺杂剂，将阳离子型光引发剂与石墨烯表面接触后即可对石墨烯掺杂(对石墨烯完全覆盖)，并可通过阳离子型光引发剂进行光照显著提高其掺杂效果和掺杂稳定性。

2.本发明为实现掺杂态石墨烯在电子、光电子器件中的应用奠定了基础。

具体实施方式:

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，采用三芳基硫鎓六氟锑酸盐作为高效掺杂石墨烯的化学掺杂剂。采用聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为转移介质，将CVD生长在铜箔上的单层石墨烯转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面。将石墨烯/PET浸泡在三芳基硫鎓六氟锑酸盐的碳酸酯溶液中(浓度5mM)1分钟后，取出吹干，完成掺杂。掺杂前石墨烯的面电阻为576欧姆/方块，掺杂后平均面电阻为430欧姆/方块。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，将石墨烯/PET浸泡在三芳基硫鎓六氟锑酸盐的碳酸酯溶液中(浓度50mM)1分钟后取出，再采用紫外固化设备进行光照，波长360nm，时间15分钟，功率100瓦，完成掺杂。掺杂前石墨烯的面电阻为580欧姆/方块，掺杂后平均面电阻为211欧姆/方块。

实施例3

与实施例1不同之处在于：