[发明专利]一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法

说明书

一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法，属于石墨烯技术领域。本发明可用于制备高性能有机场效应器件。在有机场效应器件中，石墨烯常用作电极涂层，利用石墨烯的高电导率及其对有机分子薄膜的结晶诱导作用，提高器件中载流子的注入和传输效率，从而改善器件性能。石墨烯基底通常会诱导金属酞菁分子形成垂直于石墨烯基底的π‑π堆栈结构，这种堆栈结构不利于载流子在平行于基底表面的横向方向上传输。本技术通过在石墨烯基底上修饰厚度为1纳米的铜纳米颗粒薄层，可以实现具有单晶结构，且分子π‑π堆栈方向平行于石墨烯基底的金属酞菁单晶薄膜可控生长。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体是涉及一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法。

背景技术

以酞菁分子为代表的平面π共轭有机小分子材料是有机光伏器件(OPV)、有机发光器件(OLED)和有机场效应器件(OFET)中典型的载流子传输材料。实现具有平面分子结构的有机小分子薄膜结构的调控对于有机光电器件的制备具有重要的意义。石墨烯具有优异的导电性、透光性以及柔韧性，因而是一种优良的电极材料，并已广泛应用于有机光伏、有机发光以及有机场效应等有机光电子器件领域。石墨烯基底通常会诱导酞菁分子以“平躺”形式吸附，并在垂直于基底表面的方向上形成分子间的π-π堆栈结构。这种堆栈结构有利于载流子在垂直于基底表面的纵向方向上传输，但却不利于载流子在平行于基底表面的横向方向上传输。

传统的OFET器件具有横向电极(源和漏)结构，载流子在平行于栅极(通常为SiO2/Si基底)表面的方向上传输。对于传统OFET器件而言，分子以“站立”形式排列的单晶薄膜更利于载流子的传输。实现石墨烯基底上具有横向π-π堆栈结构的有机分子单晶薄膜的可控制备必将极大地提升OFET器件性能。本专利提出利用铜金属纳米粒子修饰石墨烯表面的方法，实现了具有横向π-π堆栈结构的酞菁单晶薄膜的制备。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法，利用铜金属纳米粒子修饰石墨烯表面，实现金属酞菁类分子“站立式”吸附，从而制备出具有横向π-π堆栈结构的单晶薄膜。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法，所述方法为：

步骤(1)，将铜基石墨烯裁剪成所需尺寸，然后利用聚甲基丙烯酸甲酯辅助化学腐蚀法将铜基石墨烯上的石墨烯转移到目标基底上，所述铜基石墨烯为利用化学气相沉积法在铜箔基底上制备的单层石墨烯；

步骤(2)，将目标基底置于真空加热装置中进行高温退火处理，把目标基底加热至500℃，并在500℃保持1小时，然后在真空状态下将目标基底自然冷却至室温，得到干净的石墨烯基底；

步骤(3)，将石墨烯基底装载到真空腔体中，利用热沉积法制备铜膜，将铜膜沉积到石墨烯的表面；

步骤(4)，将沉积有铜膜的石墨烯基底装载到真空腔体中，利用热沉积法制备金属酞菁单晶薄膜，将金属酞菁单晶薄膜沉积到铜膜的表面，金属酞菁单晶薄膜的沉淀和铜膜的沉淀可以在同一真空腔体完成，也可以在不用腔体完成，但要保证在转移过程中，不要破坏真空度，避免空气污染，即保证铜膜和金属酞菁单晶薄膜的制备在原位条件下进行。

作为优选，所述目标基底采用SiO2/Si基底、云母基底或PET基底。

作为优选，所述步骤(2)中，真空加热装置的真空度小于1×10^-5Pa。