[发明专利]一种石墨烯材料及其修饰方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯材料及其修饰方法与应用。该石墨烯材料由支撑层粘结基底和石墨烯薄膜层，所述石墨烯薄膜层表面设有至少一层界面修饰薄膜层，所述界面修饰薄膜层的材料为绝缘宽禁带材料或半导体材料，所述界面修饰薄膜层的形成方法为溶液法、真空蒸镀法、溅射法、原子层沉积、电子束或离子束成膜。修饰方法为基底的清洗；基底与石墨烯薄膜层的结合；界面修饰薄膜层的制备，得石墨烯材料。本发明石墨烯材料经过修饰后形成石墨烯p型或n型掺杂，通过提升或降低功函数，减少石墨烯与功能层的势垒高度，利于载流子的迁移；提高导电性，减少器件漏电，适合用于柔性光电或电子元器件。

技术领域

本发明属于光电子及其应用领域，具体涉及一种石墨烯材料及其修饰方法与应用。

背景技术

石墨烯是一层sp²杂化碳原子排列而成的二维碳纳米材料，是世界上最薄的二维材料，具有优异的光学、力学、热学和机械性能。石墨烯的杨氏模量接近1 TPa、热导率可达3000 W·m^-1·K^-1，与金刚石十分接近；此外，晶格平面两侧自由移动的大π 键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性，表现出良好的导电性、极高的电子迁移率(2.5×10⁵ cm²·V^-1·s^-1)、宽频的光吸收和非线性光学性质、室温下的量子霍尔效应等。

然而，本征石墨烯零带隙的特点如功函数低、漏电流大、开关比低等也给其在电子器件领域的实际应用带来了困难，石墨烯的转移过程带来的表面褶皱则增大了方阻、降低了导电性，所以人们广泛采用的仍是传统的ITO电极、碳纳米管、金属纳米线等商业化电极。

近来研究发现，石墨烯的界面掺杂是一种有效的调控石墨烯功函数和导电性的手段，然而诸多的修饰材料所得石墨烯，其物理化学特性都不稳定，无法获得可控的p型和n型石墨烯，也无法稳定石墨烯的功函数，直接影响石墨烯在器件上的应用效果，因此需要研发一种更优化的修饰方法，满足生产生活需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯材料及其修饰方法与应用，该石墨烯材料功函数稳定，导电性好，适合用于柔性光电或电子元器件。

一种石墨烯材料，由支撑层粘结基底和石墨烯薄膜层，所述石墨烯薄膜层表面设有至少一层界面修饰薄膜层，所述界面修饰薄膜层的材料为绝缘宽禁带材料或半导体材料，所述界面修饰薄膜层的形成方法为溶液法、真空蒸镀法、溅射法、原子层沉积、电子束或离子束成膜。

作为改进的是，所述石墨烯薄膜层的厚度为0.1-200nm，制备方法为化学气象沉积法；所述支撑层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯；所述基底为玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯。

作为改进的是，所述绝缘宽禁带层材料为聚乙烯亚胺、酸、盐、或氧化物中任一种，所述半导体材料为氧化物、硫化物或氟化物。

上述石墨烯材料的修饰方法，包括以下步骤：

步骤1，基底的清洗

选择基底，使用丙酮与乙醇棉球擦洗，然后用氧等离子体或紫外臭氧处理，再依次用丙酮、乙醇和去离子水分别超声处理1-600s后，100-120℃烘干备用；

步骤2，基底与石墨烯薄膜层的结合

在石墨烯薄膜层的一面涂抹支撑层，并将步骤1中的基底与支撑层结合后100-180℃下烘干，30分钟后，用50-75℃丙酮浸泡清洗多余的支撑层，重复1-3次，再用去离子水清洗1-3次后，氮气吹干，待用；

步骤3，界面修饰薄膜层的制备

将界面修饰薄膜层的材料溶于去离子水中，再旋涂至步骤2中的石墨烯薄膜层的表面，固膜得石墨烯材料。

作为改进的是，步骤1中烘干温度为100℃。