[发明专利]一种低方阻、超洁净石墨烯透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低方阻、超洁净石墨烯透明电极及其制备方法，方法包括以下步骤：采用化学气相沉积法在金属基底上沉积(2～8)层石墨烯；对长有石墨烯的基底进行处理，得到处理后长有石墨烯的基底；将所述处理后长有石墨烯的基底置于刻蚀液中刻蚀，清洗干净后转移至掺杂剂溶液中，再转移至目标基底，烘干，得到石墨烯透明电极；所述刻蚀液和掺杂剂溶液的表面张力为0.01～1000N/m。本发明制备的石墨烯薄膜表面无任何杂质；掺杂剂位于少层石墨烯和基底之间，缺陷较少的少层石墨烯减少了掺杂剂与外界的接触机会，因此，掺杂的后石墨烯薄膜的方阻在较长时间内保持稳定。

技术领域

本发明属于石墨烯透明电极技术领域，尤其涉及一种低方阻、超洁净石墨烯透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯，是由碳原子组成的二维蜂巢结构的材料，理论上单层石墨烯的方阻为30Ω/sq，透光率高达97.7％，且其具有良好的柔韧性，被视为传统透明导电材料氧化铟锡的替代品。然而，由于石墨烯薄膜的多晶特性以及不够完善的生长和转移工艺，使得转移后的石墨烯往往具有较大的方阻，在实际应用中依旧面临着较大的挑战。此外，由于单层石墨烯只有原子级别的厚度，往往需要支撑层的保护才能相对完整地转移至目标基底，而后因为支撑层与石墨烯的相互作用力使得支撑层的去除不是很彻底，支撑层的残留使得石墨烯的表面粗糙度较大，往往会导致器件漏电或短路，为此，获得低方阻的洁净石墨烯薄膜对于石墨烯的实际应用是不可或缺的。

传统的降低石墨烯方阻的办法有如下，其一，逐层转移单层石墨烯，虽然可以降低石墨烯的方阻，但是其工艺复杂，且制备的石墨烯薄膜往往具有较大的粗糙度；其二，通过石墨烯表面掺杂降低方阻，该方法在短时间内有效，随着时间延长，掺杂剂与空气接触存在挥发，脱吸附，裂解等问题，从而使得掺杂失效；其三，石墨烯与其他导电材料形成复合电极，虽然该方法可以大幅度降低石墨烯的方阻，但是与导电高分子聚合物复合存在透光率严重下降，也不能长期稳定存在，与银纳米线复合后薄膜的粗糙度变大，且在数次弯曲以后，银纳米线与石墨烯分离脱落。因此，获得低方阻的洁净石墨烯薄膜是一个难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低方阻、超洁净石墨烯透明导电薄膜及其制备方法，该方法制备的石墨烯透明导电薄膜低方阻、洁净度高。

本发明提供了一种低方阻、超洁净石墨烯透明电极的制备方法，包括以下步骤：

采用化学气相沉积法在金属基底上沉积多层石墨烯；

对长有石墨烯的基底进行处理，得到处理后长有石墨烯的基底；

将所述处理后长有石墨烯的基底置于刻蚀液中刻蚀，清洗干净后转移至含有掺杂剂的溶液中，再转移至目标基底，烘干，得到石墨烯透明电极。

优选地，所述金属基底选自蒸镀铜基底、压延铜基底、电解铜基底、镍箔基底和铜镍合金基底中的一种或多种。

优选地，所述沉积在甲烷、乙烯、PMMA、氩气、氮气、氩气-氧气混合气或氩气-甲烷混合气中进行。

优选地，所述对长有石墨烯的基底进行处理的方式包括酒精棉球擦除、氧等离子体处理、胶带撕扯、激光刻蚀、刻蚀液清洗、乙醇清洗、去离子水清洗和稀盐酸水溶液处理中的一种或多种。

优选地，所述刻蚀液选自过硫酸铵水溶液、三氯化铁水溶液、氯化钾水溶液、盐酸水溶液、乙醇-水的混合物、聚乙二醇-水的混合物和丙酮-水的混合物中的一种或多种。

优选地，所述掺杂剂溶液中的掺杂剂选自硝酸、盐酸、氢氟酸，三氟甲磺酸、氯化铁、氯化金、氯化铷、硝基甲烷、氧化石墨烯、银纳米线、双三氟甲磺酰亚胺及其衍生物、乙二醇、N,N-二甲基亚砜、乙醇和水中的一种或多种。

优选地，所述掺杂剂溶液的浓度为0.001～1mol/L。

优选地，所述烘干的温度为40～140℃，烘干的时间为1min～5h。