一種石墨烯的穩(wěn)定摻雜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種石墨稀的穩(wěn)定摻雜方法，特別涉及到一種穩(wěn)定提升石墨稀薄膜電學(xué)性能的方法，屬于石墨烯薄膜處理方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是Sp2雜化碳原子按六角晶格排列而成的二維材料。獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)，賦予石墨稀獨(dú)特的性能。單層石墨稀的厚度為0.34nm，在很寬的波段內(nèi)光吸收只有2.3%,本征載流子迀移率高達(dá)2.0X 15Cm2.s_\這就使石墨烯本質(zhì)上同時(shí)具備高透過率和良好的導(dǎo)電性，可作為透明導(dǎo)電材料。
[0003]目前石墨烯薄膜的制備方法主要有化學(xué)氣相沉積法，該方法制備的石墨烯一般都在銅基底上無法直接使用，需轉(zhuǎn)移到其他基底上才能更好的應(yīng)用。轉(zhuǎn)移過程會對石墨烯質(zhì)量造成一定的損壞，且需一定的摻雜手段才能使得石墨烯的方阻滿足使用需求。現(xiàn)有摻雜技術(shù)一般是在石墨烯表層進(jìn)行摻雜改性，摻雜劑附著在石墨烯表面容易受到空氣中各種雜質(zhì)的影響，隨著時(shí)間的推移使得摻雜效果降低甚至消失，從而影響方阻的穩(wěn)定性，這限制了石墨烯薄膜在顯示技術(shù)等對透明導(dǎo)電薄膜的方阻要求較高的工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種石墨烯的穩(wěn)定摻雜方法，使得摻雜試劑不直接與空氣接觸，顯著提高摻雜穩(wěn)定性，且在80?120攝氏度下加熱3?5小時(shí)，方阻變化不大，促進(jìn)石墨烯薄膜的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種石墨烯的穩(wěn)定摻雜方法，包括將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟和/或?qū)诫s試劑分子包裹在基底與石墨烯之間的步驟；其中，
[0006]所述將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟具體如下:
[0007]步驟I)將石墨稀通過CVD法生長在銅笛上，然后將臨時(shí)基底貼合在所述石墨稀上;
[0008]步驟2)將所述銅箔放入刻蝕液中，對所述銅箔進(jìn)行刻蝕、水洗、吹干后，得到臨時(shí)基底/石墨烯層樣片，將所述樣片的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，再將石墨烯面放入摻雜液中進(jìn)行摻雜，水洗、干燥后，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片；
[0009]步驟3)將所述石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片貼合到另一個(gè)臨時(shí)基底/石墨烯層的樣片上，然后再去掉所述臨時(shí)基底，得到從下到上為依次為基底、石墨烯、摻雜劑及石墨烯順序的樣片形式；
[0010]所述將摻雜試劑分子包裹在基底與石墨烯之間的步驟具體如下:
[0011]1.1)將石墨烯通過CVD法生長在銅箔上，然后將臨時(shí)基底貼合在所述石墨烯上；
[0012]1.2)將所述銅箔放入刻蝕液中，對所述銅箔進(jìn)行刻蝕，得到臨時(shí)基底/石墨烯樣片，再將所述樣片的石墨烯面放入摻雜液中進(jìn)行摻雜，再將進(jìn)行摻雜的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，最終得到從下到上為依次為基底、慘雜劑及石墨稀順序的樣片形式；或者，
[0013]將所述銅箔/石墨烯放入刻蝕液及摻雜液組成的混合液中，同時(shí)進(jìn)行刻蝕及摻雜，再將進(jìn)行摻雜的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，最終得到從下到上為依次為基底、摻雜劑及石墨烯順序的樣片形式。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的摻雜效果，均是將摻雜劑分子覆蓋在石墨烯與基底層之間以及石墨烯與石墨烯之間，避免了空氣與摻雜劑分子直接接觸，長期保持摻雜劑分子在石墨烯表面的原始摻雜狀態(tài)，從而可以保持摻雜效果的長期穩(wěn)定。
[0016]本發(fā)明將摻雜劑分子覆蓋在石墨烯與基底層之間時(shí)，使用了臨時(shí)基底，該臨時(shí)基底提供了石墨烯在轉(zhuǎn)移過程中臨時(shí)的附著面，將石墨烯完整地從銅基底轉(zhuǎn)移到所需的基底上，保持石墨烯在轉(zhuǎn)移過程中的結(jié)構(gòu)完整性，提高了石墨烯的轉(zhuǎn)移質(zhì)量。
[0017]2、本發(fā)明提供了一種提升石墨烯摻雜效果的時(shí)間穩(wěn)定性的方法，從而提升了石墨烯的質(zhì)量，促進(jìn)石墨烯薄膜在顯示技術(shù)等對透明導(dǎo)電薄膜的方阻要求較高的工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。
[0018]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0019]進(jìn)一步，在將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟中，重復(fù)步驟3)，得到η層石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，且η層的范圍為2?10層。
[0020]進(jìn)一步，在將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟中，在最頂層石墨烯上再疊加η層石墨烯，且η層的范圍為2?10層。
[0021]進(jìn)一步，在將摻雜試劑分子包裹在基底與石墨烯之間的步驟中，重復(fù)步驟1.2)得到η層石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，且η層的范圍為2?10層。
[0022]進(jìn)一步，在將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟和將摻雜試劑分子包裹在基底與石墨烯之間的步驟組合中，在最頂層石墨烯上再疊加η層石墨烯，且η層的范圍為2?10層。
[0023]進(jìn)一步，將臨時(shí)基底固定在所述石墨烯上的具體方法包括旋涂、噴涂、蒸發(fā)、CVD沉積或貼合中的任意一種。
[0024]進(jìn)一步，所述去掉臨時(shí)基底的具體方法包括溶解、剝離或熱釋放中的任意一種。
[0025]進(jìn)一步，所述進(jìn)行摻雜的具體方法包括浸泡、噴涂、旋涂或滴涂中的任意一種。
[0026]進(jìn)一步，所述摻雜液中摻雜劑的有效成分為二氧化氮、氯化金、氯金酸濃硝酸、萘二胺、2，3，5，6-四氟-7，7’，8，8’ -四氰二甲基對苯醌(F4-TCNQ)，過硫酸銨、乙二胺、三乙烯四胺、咪唑類化合物及其衍生物、三唑類化合物及全體衍生物、四唑類化合物及其衍生物、苯并咪唑及其衍生物、雙三氟甲基磺酰亞胺中的任意一種或兩種以上的混合；
[0027]所述摻雜液中的溶劑為水、乙醇、二氯甲烷、硝基甲烷、氯仿、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺，二甲亞砜，乙二醇，丙三醇中的任意一種或兩種以上的混合；
[0028]所述摻雜劑濃度為0.001?I g/L。
[0029]采用上述進(jìn)一步的有益效果是，所述摻雜結(jié)構(gòu)著提高摻雜石墨烯方阻的穩(wěn)定性，可疊加的石墨烯層數(shù)為2?10層，方阻范圍為10?150歐方，透過率為75?95%。
[0030]進(jìn)一步，所述刻蝕液中刻蝕劑的主要成分為氯化鐵、硝酸鐵、過硫酸銨、硫酸、雙氧水、氯化銅、氯化銨、氨水、氫氧化鈉中的任意一種或兩種以上的混合，
[0031]所述刻蝕劑的濃度為0.05-3.00g/Lo
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明摻雜劑在基底與石墨烯之間的石墨烯穩(wěn)定摻雜結(jié)構(gòu)示意圖圖；
[0033]圖2為本發(fā)明摻雜劑在石墨烯與石墨烯層間的穩(wěn)定摻雜機(jī)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明摻雜劑在基底與石墨烯、石墨烯與石墨烯之間的雙層穩(wěn)定摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明摻雜劑在基底與石墨烯、石墨烯與石墨烯之間的多層全摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5本發(fā)明摻雜劑在基底與石墨烯、石墨烯與石墨烯之間的多層不全摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6本發(fā)明摻雜劑在石墨烯與石墨烯之間的多層穩(wěn)定全摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7本發(fā)明摻雜劑在石墨烯與石墨烯之間的多層不全摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖8本發(fā)明將摻雜試劑分子包裹在石墨烯與石墨烯之間的步驟的流程示意圖；
[0040]圖9本發(fā)明將摻雜試劑分子包裹在基底與石墨烯之間的步驟的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0042]實(shí)施例1
[0043]如圖1所示摻雜劑在基底與石墨烯之間的石墨烯穩(wěn)定摻雜結(jié)構(gòu)，流程如圖8所示，具體步驟如下:
[0044]1.1)將石墨烯通過CVD法生長在銅箔上，然后將臨時(shí)基底貼合在所述石墨烯上；
[0045]1.2)將所述銅箔放入刻蝕液中，對所述銅箔進(jìn)行刻蝕，得到臨時(shí)基底/石墨烯樣片，再將所述樣片的石墨烯面放入摻雜液中進(jìn)行摻雜，再將進(jìn)行摻雜的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，最終得到從下到上為依次為基底、慘雜劑及石墨稀順序的樣片形式；或者，
[0046]將所述銅箔/石墨烯放入刻蝕液及摻雜液組成的混合液中，同時(shí)進(jìn)行刻蝕及摻雜，再將進(jìn)行摻雜的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片，最終得到從下到上為依次為基底、摻雜劑及石墨烯順序的樣片形式。
[0047]實(shí)施例2
[0048]如圖2所示摻雜劑在石墨烯與石墨烯層間的穩(wěn)定摻雜結(jié)構(gòu)，流程如圖9所示，具體步驟如下:
[0049]步驟I)將石墨烯通過CVD法生長在銅箔上，然后將臨時(shí)基底貼合在所述石墨烯上;
[0050]步驟2)將所述銅箔放入刻蝕液中，對所述銅箔進(jìn)行刻蝕、水洗、吹干后，得到臨時(shí)基底/石墨烯層樣片，將所述樣片的石墨烯的一面與基底貼合，然后去掉臨時(shí)基底，再將石墨烯面放入摻雜液中進(jìn)行摻雜，水洗、干燥后，得到石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片；
[0051]步驟3)將所述石墨烯面上設(shè)有摻雜劑的樣片貼合到另一個(gè)臨時(shí)基底/石墨烯層的樣片上，然后再去掉所述臨時(shí)基底，得到從下到上為依次為基底、石墨烯、摻雜劑及石墨烯順序的樣片形式。
[0052]實(shí)施例3