石墨烯導電薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯導電薄膜的制備方法，屬于導電薄膜生產技術領域。所述方法包括以下步驟A．沉積鎳層：在玻璃基底上沉積1～3個鎳原子厚的鎳薄膜層；B．沉積石墨烯層：采用CVD法沉積石墨烯薄膜層，所述石墨烯薄膜層的厚度為50～100μm；C．清洗、干燥：將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。本發(fā)明具有生產成本低，效率高的優(yōu)點。
【專利說明】
石墨烯導電薄膜的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯導電薄膜的制備方法，屬于導電薄膜生產技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發(fā)展，社會對新型材料的需求也越來越多。材料是人類文明進步和科技發(fā)展的物質基礎，材料的更新使人們的生活也發(fā)生了巨大變化。目前，蓬勃發(fā)展的新型透明而又導電的薄膜材料在液晶顯示器、觸摸屏、智能窗、太陽能電池、微電子、信息傳感器甚至軍工等領域都得到了廣泛的應用，并且正在滲透到其它科技領域中。由于薄膜技術與多種技術密切相關，因而激發(fā)了各個領域的科學家們對薄膜制備及其性能的興趣。
[0003]導電薄膜是一種能導電、實現(xiàn)一些特定的電子功能的薄膜，被廣泛用于顯示器、觸摸屏和太陽能電池等電子器件中。目前，作為一種透明而又導電半導體材料氧化銦錫(ΙΤ0)，一直廣泛應用于薄膜領域。通過在透明基材上采用磁控濺射蒸鍍ITO制備透明導電薄膜，透明基材包括如玻璃和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等。因為氧化銦錫具有高電導率、高通光率，所以成為制備導電薄膜的主要材料之一。但是，氧化銦錫導電薄膜在使用過程中也存在一些缺點，包括:(I)銦資源較少，導致價格持續(xù)上漲，使得ITO成為日益昂貴的材料，如噴涂、脈沖激光沉積、電鍍等。并且氧化銦有一定毒性，回收利用不合理易造成環(huán)境污染。(2)IT0脆的特性使其不能滿足一些新應用(例如可彎曲的柔性顯示器、觸摸屏、有機太陽能電池)的性能要求，不適用于下一代柔性電子器件的生產。石墨烯獨特的二維晶體結構，賦予了它獨特的性能，研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有優(yōu)良的機械性能及優(yōu)異的電學性質，常溫下石墨烯的電子迀移率可達15000cm2v—S而電阻率僅為10—6Qcm。石墨烯在許多方面比氧化銦錫具有更多潛在的優(yōu)勢，例如質量、堅固性、柔韌性、化學穩(wěn)定性、紅外透光性和價格等。因此石墨烯非常有望代替氧化銦錫，用來發(fā)展更薄、導電速度更快的柔性電子器件。
[0004]目前，石墨烯的制備方法主要有:微機械剝離法、氧化還原法、化學氣相沉積法、有機分子插層法等。自2006年由Somani等采用化學氣相沉積法，以莰酮(樟腦)為前驅體，在鎳箔上得到石墨烯薄膜，科學家們取得了很多在不同基體上得到厚度可控石墨烯片層的研究進展。通過在金屬基體上進行化學刻蝕，石墨烯片層分離開來并轉移到另一基體上，這就免去了復雜的機械或者化學處理方法而得到高質量的石墨烯片層。韓國和日本等國紛紛采用這種方法制備出了大尺寸石墨烯透明導電薄膜，期望的主要應用領域是在平面顯示器上，充當陽極。例如在新的有機發(fā)光顯示器(OLED)上的開發(fā)，OLED具有成本低、全固態(tài)、主動發(fā)光、亮度高、對比度高、視角寬、響應速度快、厚度薄、低電壓直流驅動、功耗低、工作溫度范圍寬、可實現(xiàn)軟屏顯示等特點，成為未來顯示器技術的發(fā)展方向。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新的石墨烯導電薄膜的制備方法，生產成本低，且能生產出大面積的石墨烯導電薄膜，能夠滿足大規(guī)模生產的需求。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下:
石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積I?3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—5?I X 10—4Pa，濺射壓力I?5Pa，襯底溫度50?85 °C。
[0007]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為50?ΙΟΟμπι;
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0008]為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步地，步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為HdPHe的混合氣體;沉積的溫度為580?650°C，沉積的壓力為I X 10—4?6 X 10—4Pa。
[0009]步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡I?3h。
[0010]步驟C中，所述干燥的條件為115?130°C下干燥30?35min。
[0011 ]所述石墨烯導電薄膜的透光率為79?83%。
[0012]所述石墨烯導電薄膜的電阻:采用SB100A/2型四探針測試儀測試載玻片基材上石墨稀薄膜的薄膜電阻，探針之間的距離為3mm，該石墨稀導電薄膜電阻在1.1?1.5ΜΩ /sq。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明突破了原有技術的限制，實現(xiàn)了把石墨烯透明導電薄膜在實驗室內的小尺寸到工業(yè)化應用的大尺寸應用的跨越，具有生產成本低，效率高的優(yōu)點，且本發(fā)明通過進一步的參數(shù)優(yōu)化，進一步實現(xiàn)了制得的導電薄膜可見光透光率高，表面清潔無污染，柔韌性好，圖像顯示清晰的效果，適合大規(guī)模生產，有望替代傳統(tǒng)無機氧化物電極材料ΙΤ0，促進導電薄膜行業(yè)的發(fā)展，具有較好的經濟效益和社會效益。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積I個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—5Pa，濺射壓力IPa，襯底溫度50 V。
[0015]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為50μηι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0016]實施例2
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
Α.沉積鎳層在玻璃基底上沉積3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—4Pa，濺射壓力5Pa，襯底溫度85 V。
[0017]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為ΙΟΟμπι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0018]實施例3
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
Α.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積2個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:4 X 10—5Pa，濺射壓力5Pa，襯底溫度65 V。
[0019]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為60μηι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0020]本實施例步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為H2和He的混合氣體;沉積的溫度為580°C，沉積的壓力為I X 10—4Pa。
[0021 ] 實施例4
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積I個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—4Pa，濺射壓力IPa，襯底溫度85 V。
[0022]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為50μηι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0023]本實施例步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為H2和He的混合氣體;沉積的溫度為650°C，沉積的壓力為6 X 10—4Pa。
[0024]步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡lh。
[0025]步驟C中，所述干燥的條件為115°C下干燥30min。
[0026]實施例5
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—5Pa,濺射壓力3Pa，襯底溫度70°C。
[0027]B.沉積石墨烯層采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為ΙΟΟμπι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0028]本實施例步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為H2和He的混合氣體;沉積的溫度為600°C，沉積的壓力為2 X 10—4Pa。
[0029]步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡3h。
[0030]步驟C中，所述干燥的條件為130°C下干燥35min。
[0031]本實施例制得的石墨烯導電薄膜的透光率為79%，檢測方法為:采用U-3010型紫夕卜-可見分光光度計，以空白載玻片為參照，在400-900 nm波長范圍內測量石墨烯薄膜的透光率，并以在波長λ=550 nm處的透光率作為本實施例石墨烯薄膜的透光率。
[0032]本實施例的石墨烯導電薄膜的電阻為1.1ΜΩ/sq，檢測方法為:采用SB100A/2型四探針測試儀測試載玻片基材上石墨烯薄膜的薄膜電阻，探針之間的距離為3 mm。
[0033]實施例6
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:5 X 10—5Pa，濺射壓力1.5Pa，襯底溫度65 °C。
[0034]B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為ΙΟΟμπι ；
C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0035]本實施例步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為出和He的混合氣體;沉積的溫度為585°C，沉積的壓力為3 X 10—4Pa。
[0036]步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡2.5h。
[0037]步驟C中，所述干燥的條件為125°C下干燥32min。
[0038]本實施例制得的石墨烯導電薄膜的透光率為83%，檢測方法為:采用U-3010型紫夕卜-可見分光光度計，以空白載玻片為參照，在400-900 nm波長范圍內測量石墨烯薄膜的透光率，并以在波長λ=550 nm處的透光率作為本實施例石墨烯薄膜的透光率。
[0039]本實施例的石墨烯導電薄膜的電阻為1.5ΜΩ/sq，檢測方法為:采用SB100A/2型四探針測試儀測試載玻片基材上石墨烯薄膜的薄膜電阻，探針之間的距離為3mm。
[0040]實施例7
石墨烯導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
A.沉積鎳層
在玻璃基底上沉積3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:8.5 X 10—5Pa，濺射壓力3Pa，襯底溫度70 °C。
[0041 ] B.沉積石墨烯層
采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為ΙΟΟμπι ； C.清洗、干燥
將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。
[0042]本實施例步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為出和He的混合氣體;沉積的溫度為580°C，沉積的壓力為5 X 10—4Pa。
[0043]步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡3h。
[0044]步驟C中，所述干燥的條件為125°C下干燥30min。
[0045]本實施例制得的石墨烯導電薄膜的透光率為81%，檢測方法為:采用U-3010型紫夕卜-可見分光光度計，以空白載玻片為參照，在400-900 nm波長范圍內測量石墨烯薄膜的透光率，并以在波長λ=550 nm處的透光率作為本實施例石墨烯薄膜的透光率。
[0046]本實施例的石墨烯導電薄膜的電阻為1.2ΜΩ/sq，檢測方法為:采用SB100A/2型四探針測試儀測試載玻片基材上石墨烯薄膜的薄膜電阻，探針之間的距離為3mm。
【主權項】
1.石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: A.沉積鎳層 在玻璃基底上沉積I?3個鎳原子厚的鎳薄膜層;所述沉積鎳薄膜層的方法為磁控濺射法，本底真空度:I X 10—5?I X 10—4Pa，濺射壓力I?5Pa，襯底溫度50?85 °C ； B.沉積石墨烯層 采用CVD法沉積石墨稀薄膜層，所述石墨稀薄膜層的厚度為50?ΙΟΟμπι; C.清洗、干燥 將步驟B得到的半成品進行降溫處理，待溫度降至室溫后，將石墨烯薄膜層進行清洗，去除表面鎳薄膜層，然后進行干燥即可。2.如權利要求1所述的石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于:步驟B中，所述CVD法沉積石墨烯薄膜層過程中，碳源為甲烷，氣體為HdPHe的混合氣體;沉積的溫度為580?6500C，沉積的壓力為I X 10—4?6X10—4Pa。3.如權利要求1所述的石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于:步驟C中，所述清洗是指用弱酸溶液對降溫后的半成品浸泡I?3h。4.如權利要求1所述的石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于:步驟C中，所述干燥的條件為115?130°(^下干燥30?35111；[11。5.如權利要求1?4任一項所述的石墨稀導電薄膜的制備方法，其特征在于:所述石墨烯導電薄膜的透光率為79?83%。6.如權利要求1?4任一項所述的石墨稀導電薄膜的制備方法，其特征在于:所述石墨烯導電薄膜的電阻:采用SB100A/2型四探針測試儀測試載玻片基材上石墨烯薄膜的薄膜電阻，探針之間的距離為3mm，該石墨烯導電薄膜電阻在1.1?1.5ΜΩ /sq。
【文檔編號】H01B5/14GK105931758SQ201610465355
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】何娟
【申請人】成都天航智虹企業(yè)管理咨詢有限公司