一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，尤其是涉及一種提升石墨烯薄膜電學(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(guò)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(wú)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(guò)程會(huì)對(duì)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?，F(xiàn)有技術(shù)一般通過(guò)先刻蝕銅箔、后摻雜石墨烯來(lái)得到所需的薄膜樣品。該方法存在需多步處理石墨烯薄膜才能達(dá)到所需要求，且方阻的穩(wěn)定性會(huì)在一定程度上受到影響，這限制了石墨烯薄膜在顯示技術(shù)等對(duì)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(wèn)題是提供一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，在基本不影響石墨烯薄膜透光率的情況下，不僅可以降低其方阻，更為重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，且在80?120攝氏度高溫條件保持I?10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(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，包括以下步驟:將需刻蝕的基底/石墨烯/銅箔樣片放入刻蝕摻雜液中同時(shí)進(jìn)行銅箔刻蝕以及石墨烯摻雜，刻蝕及摻雜40?240min后，再用清水浸泡30?60min，即可得到石墨烯薄膜；其中，
[0006]所述刻蝕摻雜液的成分為具有刻蝕作用的刻蝕劑和具有摻雜作用的摻雜劑的混合成分，所述刻蝕劑與摻雜劑的摩爾濃度比例為I?100。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]1、刻蝕摻雜液的成分為具有刻蝕作用的刻蝕劑和具有摻雜作用的摻雜劑的混合成分，刻蝕與摻雜同時(shí)進(jìn)行，銅從石墨烯上刻蝕掉以后產(chǎn)生的活性位點(diǎn)立即被摻雜劑占據(jù)，得到穩(wěn)定的石墨烯/摻雜劑分子結(jié)合的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生長(zhǎng)期穩(wěn)定的摻雜效果，且整個(gè)過(guò)程用一步法完成，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，節(jié)約了時(shí)間及其成本。
[0009]2、本發(fā)明提供了一種提升簡(jiǎn)化石墨烯轉(zhuǎn)移過(guò)程，且提高導(dǎo)電性能，提高方阻穩(wěn)定性的方法，從而方便后續(xù)進(jìn)行圖案化等處理，促進(jìn)石墨烯薄膜在顯示技術(shù)等對(duì)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。
[0010]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)。
[0011]進(jìn)一步，所述刻蝕摻雜液中還加入了穩(wěn)定劑，通過(guò)加入穩(wěn)定劑使兩者同時(shí)發(fā)揮作用。
[0012]進(jìn)一步，所述穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙二醇(PEG)、十二萬(wàn)基三甲基溴化銨(DTAB)、十四烷基三甲基溴化銨(TTAB)，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或十二烷基硫酸鈉(SDS)中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0013]進(jìn)一步，所述穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為O?0.05%。
[0014]進(jìn)一步，所述刻蝕劑為氯化鐵、硝酸鐵、過(guò)硫酸銨、硫酸、雙氧水、氯化銅、氯化銨、氨水或氫氧化鈉中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0015]進(jìn)一步，所述刻蝕劑的濃度為0.05?3.00g/Lo
[0016]進(jìn)一步，所述摻雜劑為二氧化氮、氯化金、氯金酸濃硝酸、乙二胺、三乙烯四胺、咪唑類化合物及其衍生物、三唑類化合物及其衍生物、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物。
[0017]進(jìn)一步，所述摻雜劑的濃度為0.001?lg/L。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下對(duì)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。
[0019]一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，包括以下步驟:將需刻蝕的基底/石墨烯/銅箔樣片放入刻蝕摻雜液中同時(shí)進(jìn)行銅箔刻蝕以及石墨烯摻雜，刻蝕及摻雜40?240min后，再用清水浸泡30?60min，即可得到石墨烯薄膜；其中，
[0020]所述刻蝕摻雜液的成分為具有刻蝕作用的刻蝕劑和具有摻雜作用的摻雜劑的混合成分，所述刻蝕劑與摻雜劑的摩爾濃度比例為I?100。
[0021]所述刻蝕劑為氯化鐵、硝酸鐵、過(guò)硫酸銨、硫酸、雙氧水、重鉻酸鉀、(其他全部加上這個(gè)試劑)氯化銅、氯化銨、氨水、氫氧化鈉(其他全部加上這個(gè)試劑)中的任意一種或兩種以上的混合物。所述刻蝕劑的濃度為0.05?3.00g/Lo
[0022]所述摻雜劑為二氧化氮、氯化金、濃硝酸、乙二胺、三乙烯四胺、咪唑類化合物及其衍生物、三唑類化合物及其衍生物、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物。所述摻雜劑的濃度為0.001?lg/L。
[0023]所述刻蝕摻雜液中還可加入穩(wěn)定劑。
[0024]所述穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙二醇(PEG)、十二萬(wàn)基三甲基溴化銨(DTAB)、十四烷基三甲基溴化銨(TTAB)，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或十二烷基硫酸鈉(SDS)中的任意一種或兩種以上的混合物。所述穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為O?0.05%。
[0025]以下通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]將氯化鐵配制成0.5g/L的水溶液，加入三乙烯四胺與PVP穩(wěn)定劑，配制成0.01-0.lmol/L的刻蝕摻雜溶液。將待刻蝕的基底/石墨烯/銅箔放入刻蝕摻雜液中進(jìn)行邊刻蝕邊摻雜，刻蝕摻雜時(shí)間為40min，用清水浸泡30min。將基底/石墨烯從溶液中取出，得到石墨烯薄膜樣品。該樣品的方阻值為150-250Ω/ 口。
[0028]實(shí)施例2
[0029]將氯化銅配制成0.5g/L的水溶液，加入咪唑作為摻雜劑前驅(qū)體、PEG作為穩(wěn)定劑、酸性過(guò)硫酸銨作為氧化劑，配制成咪唑濃度為0.01-0.lmol/L的刻蝕摻雜溶液。將待刻蝕的基底/石墨烯/銅箔放入刻蝕摻雜液中進(jìn)行邊刻蝕邊摻雜，刻蝕摻雜時(shí)間為150min，用清水浸泡45min。將基底/石墨烯從溶液中取出，得到石墨烯薄膜樣品。該樣品的方阻值為155-250 Ω/ 口。
[0030]實(shí)施例3
[0031]將硫酸、雙氧水配制成0.05L/L和0.15L/L的水溶液，加入苯并咪唑作為摻雜劑配制成0.06-0.6mol/L的溶液，加入重鉻酸鉀作為摻雜劑活化劑。將待刻蝕的基底/石墨烯/銅箔放入刻蝕摻雜液中進(jìn)行邊刻蝕邊摻雜，刻蝕摻雜時(shí)間為240min，用清水浸泡60min。將基底/石墨烯從溶液中取出，得到石墨烯薄膜樣品。該樣品的方阻值為135-250Ω/ 口。
[0032]實(shí)施例4
[0033]將氯化銅，氨水，作為配制成0.05L/L和0.15L/L的水溶液刻蝕劑，加入苯并三唑作為摻雜劑前驅(qū)體，配制成0.06-0.6mol/L的溶液，加入過(guò)硫酸銨作為氧化劑。將待刻蝕的基底/石墨烯/銅箔放入刻蝕摻雜液中進(jìn)行邊刻蝕邊摻雜，刻蝕摻雜時(shí)間為240min，用清水浸泡60min。將基底/石墨烯從溶液中取出，得到石墨烯薄膜樣品。該樣品的方阻值為180-225 Ω/ 口。
[0034]實(shí)施例5
[0035]將硝酸鐵配制成0.05L/L和0.15L/L的水溶液刻蝕劑，加入苯并四唑作為摻雜劑前驅(qū)體，配制成0.06-0.6mol/L的溶液，加入過(guò)硫酸銨作為氧化劑。將待刻蝕的基底/石墨烯/銅箔放入刻蝕摻雜液中進(jìn)行邊刻蝕邊摻雜，刻蝕摻雜時(shí)間為240min，用清水浸泡60min。將基底/石墨烯從溶液中取出，得到石墨烯薄膜樣品。該樣品的方阻值為220-250 Ω/ 口。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:包括以下步驟:將需刻蝕的基底/石墨烯/銅箔樣片放入刻蝕摻雜液中同時(shí)進(jìn)行銅箔刻蝕以及石墨烯摻雜，刻蝕及摻雜40?240mi η后，再用清水浸泡30?60mi n，即可得到石墨烯薄膜；其中， 所述刻蝕摻雜液的成分為具有刻蝕作用的刻蝕劑和具有摻雜作用的摻雜劑的混合成分，所述刻蝕劑與摻雜劑的摩爾濃度比例為I?100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述刻蝕摻雜液中還加入了穩(wěn)定劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇、十二萬(wàn)基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基硫酸鈉中的任意一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨稀的方法，其特征在于:所述穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為O?0.05%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述刻蝕劑為氯化鐵、硝酸鐵、過(guò)硫酸銨、硫酸、雙氧水、氯化銅、氯化銨或氨水中的任意一種或兩種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述刻蝕劑的濃度為0.05?3.00g/Lo
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述摻雜劑為二氧化氮、氯化金、濃硝酸、乙二胺、三乙烯四胺、咪唑類化合物及其衍生物、三唑類化合物及其衍生物、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物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，其特征在于:所述摻雜劑的濃度為0.001?lg/L。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備穩(wěn)定摻雜的石墨烯的方法，包括以下步驟：將需刻蝕的基底/石墨烯/銅箔樣片放入刻蝕摻雜液中同時(shí)進(jìn)行銅箔刻蝕以及石墨烯摻雜，刻蝕及摻雜40～240min后,再用清水浸泡30～60min，即可得到石墨烯薄膜。本發(fā)明刻蝕與摻雜同時(shí)進(jìn)行，銅從石墨烯上刻蝕掉以后產(chǎn)生的活性位點(diǎn)立即被摻雜劑占據(jù)，得到穩(wěn)定的石墨烯/摻雜劑分子結(jié)合的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生長(zhǎng)期穩(wěn)定的摻雜效果，且整個(gè)過(guò)程用一步法完成，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，節(jié)約了時(shí)間及其成本。
【IPC分類】C01B31-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104528700
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410808700
【發(fā)明人】黃德萍, 姜浩, 朱鵬, 李占成, 張永娜, 高翾, 史浩飛
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院, 重慶墨?？萍加邢薰?br>【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日