一種大面積柔性功能石墨烯薄膜的卷對卷印刷制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于卷對卷印刷技術(shù)制備大面積、導(dǎo)電性可控的功能石墨烯薄膜的制備方法；通過調(diào)控石墨烯墨水性能和印刷技術(shù)參數(shù)，在柔性基底上卷對卷印刷制備出具有可控厚度和可控導(dǎo)電性能的均勻、大面積石墨烯薄膜；厚度可調(diào)控在10納米到10微米之間，方塊電阻可調(diào)控在10歐姆/口到3000歐姆/口之間；該石墨烯薄膜的卷對卷印刷制備方法快速高效、工藝簡單、重復(fù)性好、成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
-種大面積柔性功能石墨稀薄膜的卷對卷印刷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于卷對卷印刷技術(shù)制備大面積、柔性、導(dǎo)電性可控的石墨締薄 膜的制備方法;屬于高性能導(dǎo)電功能薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自2004年單層石墨締報道W來(Science，2004，306，666-669)，吸引了全球眾多研 究人員對石墨締的關(guān)注，使得石墨締成為材料領(lǐng)域和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中一顆閃耀的明星， 進(jìn)而發(fā)展出少數(shù)層石墨締和=維石墨締，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。石墨締電子傳導(dǎo)速率可 高達(dá)8X105ms^i，電子在石墨締中傳輸阻力很小，石墨締薄層半導(dǎo)體的電子遷移率可高達(dá) 200000cmV VI，比娃半導(dǎo)體高100倍，比神化嫁高20倍，因此石墨締是一種優(yōu)異的電子材 料。
[0003] 作為功能材料的石墨締，由于優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、柔初性、導(dǎo)電性、透明性、導(dǎo)熱性 等綜合性能，在電子器件、太陽能電池器件、儲能器件等功能器件和功能薄膜領(lǐng)域等都具有 重大的應(yīng)用前景。常規(guī)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備石墨締的速度慢，效率低，成本高，而且難 W制備出大面積的石墨締薄膜。如何高效率、低沉本制備大面積石墨締薄膜成為推進(jìn)其產(chǎn) 業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。基于此，本發(fā)明專利采用簡單的卷對卷印刷制備技術(shù)，在環(huán)境條 件下快速高效、低成本地卷對卷印刷制備大面積、可控厚度和可控導(dǎo)電性能的功能石墨締 薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，基于不同粘 度、不同濃度的水性和油性石墨締墨水材料，在環(huán)境條件下應(yīng)用卷對卷印刷技術(shù)在柔性基 底上制備出具有可控厚度和可控導(dǎo)電性的均勻、大面積石墨締薄膜。
[0005] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述基底為柔 性基底，具體包括聚對苯二甲酸乙二醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)、聚酷亞胺(PI)。
[0006] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述石墨締墨 水材料的粘度在10厘泊到1000厘泊，石墨締固含量濃度在2 %到10 %。
[0007] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述水性石墨 締墨水是指將少數(shù)層石墨締分散到溶劑水中，所述油性石墨締墨水是指將少數(shù)層石墨締分 散到溶劑丙二醇甲酸醋酸醋或甲基化咯燒酬中。
[000引本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述卷對卷印 刷是指卷對卷凹版印刷或卷對卷微凹版印刷或卷對卷狹縫涂布技術(shù)WO.20米/分鐘到100 米/分鐘速度印刷制備成膜，烘箱干燥溫度50度到150度，干燥時間1分鐘到30分鐘。
[0009] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述印刷制備 的石墨締薄膜的厚度在10納米到5微米。
[0010] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法，所述印刷制備 的石墨締薄膜的方塊電阻在10歐姆/ 口到3000歐姆/ 口。
[0011] 本發(fā)明所述的大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨締薄膜的制備方法可潛在應(yīng)用于 柔性光電器件及光伏器件。
【附圖說明】
[0012] 【圖1】在PET基底上卷對卷凹版印刷油性石墨締墨水而獲得的石墨締薄膜進(jìn)行中 的照片圖(a)和印刷后的大約800納米厚的石墨締薄膜照片圖化）。
[0013] 【圖2】在PET基底上卷對卷凹版印刷油性石墨締墨水獲得的石墨締薄膜的光學(xué)顯 微鏡形貌圖（a-c)和掃描電子顯微鏡形貌圖（(1-門。（曰，(1)大約150納米石墨締薄膜，化，6)大 約500納米石墨締薄膜，（c，f)大約800納米石墨締薄膜。
【具體實施方式】 [0014] 與實施例
[0015] W下實施方式和實施例是對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步的說明，而不是限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0016] 實施例1
[0017] 取20ml固含量為5%、黏度為300厘泊的油性石墨締溶液作為卷對卷凹版印刷的墨 水材料。
[0018] 參考卷對卷印刷設(shè)備發(fā)明專利(CN201420230074. X)所述，對該石墨締墨水材料進(jìn) 行卷對卷凹版印刷制備，柔性PET基底寬度為15cm，Wo. 5m/min基底走帶速度進(jìn)行印刷制 備，可W形成均勻的石墨締功能薄膜，并通過120度烘箱原位進(jìn)行干燥退火處理10分鐘。圖1 (a)是在PET基底上卷對卷凹版印刷石墨締薄膜進(jìn)行中的照片圖W及圖1(b)為印刷后的大 約800納米厚的石墨締薄膜照片圖。通過調(diào)控印刷漉的速度，可W調(diào)控印刷石墨締薄膜的厚 度和導(dǎo)電性能。石墨締的厚度可W在50納米到5微米范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，表征薄膜導(dǎo)電特性的 方塊電阻可W在在10歐姆/ 口到3000歐姆/ 口之間進(jìn)行調(diào)控。
[0019] 不同厚度的印刷石墨締薄膜的形貌如圖2所示，在大面積范圍內(nèi)形貌分布基本均 勻。基于不同厚度的石墨締薄膜，放置在四探針方阻測試儀樣品臺上，用四探針均勻壓在薄 膜上，分別測試不同厚度薄膜上6個點(diǎn)的方阻W驗證薄膜的導(dǎo)電性及均勻性，結(jié)果如表1所 示。測試結(jié)果表明通過印刷參數(shù)可W調(diào)控印刷石墨締薄膜的厚度，進(jìn)而調(diào)整印刷石墨締薄 膜的導(dǎo)電特性，大約800納米的印刷石墨締薄膜方塊電阻可W降到19歐姆/ 口。
[0020] 表1基于卷對卷凹版印刷制備的不同厚度石墨締薄膜的方塊電阻值 [00211
[0022] 實施例2
[0023] 取20ml固含量為5%、黏度為80厘泊的水性石墨締溶液作為卷對卷微凹版印刷的 墨水材料。
[0024] 參考卷對卷印刷設(shè)備發(fā)明專利(CN201420230074.X)所述，對該石墨締墨水材料進(jìn) 行卷對卷微凹版印刷制備，柔性PET基底寬度為15cm，Wo. 3m/min基底走帶速度進(jìn)行印刷制 備，可W形成均勻的石墨締功能薄膜，并通過140度烘箱原位進(jìn)行干燥退火處理15分鐘。通 過調(diào)控印刷漉的速度，可W調(diào)控印刷石墨締薄膜的厚度和導(dǎo)電性能。石墨締的厚度可W在 20納米到1微米范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，表征薄膜導(dǎo)電特性的方塊電阻可W在在30歐姆/ 口到5000 歐姆/ 口之間進(jìn)行調(diào)控。
[0025] 基于不同厚度的石墨締薄膜，放置在四探針方阻測試儀樣品臺上，用四探針均勻 壓在薄膜上，分別測試不同厚度薄膜上6個點(diǎn)的方阻W驗證薄膜的導(dǎo)電性及均勻性，結(jié)果如 表2所示。測試結(jié)果表明通過印刷參數(shù)可W調(diào)控印刷石墨締薄膜的厚度，進(jìn)而調(diào)整印刷石墨 締薄膜的導(dǎo)電特性。
[00%] 實施例3
[0027] 取20ml固含量為5%、黏度為100厘泊的油性石墨締溶液作為卷對卷狹縫涂布的墨 水材料。
[0028] 參考卷對卷印刷設(shè)備發(fā)明專利(CN201420230074.X)所述，對該石墨締墨水材料進(jìn) 行卷對卷狹縫涂布制備，柔性PET基底寬度為15cm，Wo . 5m/min基底走帶速度進(jìn)行，設(shè)定狹 縫涂布參數(shù)中的墊片厚度可調(diào)控從2微米到10微米，將制備好的石墨締墨水倒入注墨系統(tǒng) 的注射管，連接注射管與狹縫涂布頭，設(shè)置注墨速率為2~扣L/cm2，形成均勻的石墨締功能 薄膜，并通過120度烘箱原位進(jìn)行干燥退火處理10分鐘。通過調(diào)控墊片厚度和注墨速率，可 W調(diào)控印刷石墨締薄膜的厚度和導(dǎo)電性能。石墨締的厚度可W在50納米到5微米范圍內(nèi)進(jìn) 行調(diào)控，表征薄膜導(dǎo)電特性的方塊電阻可W在10歐姆/ 口到3000歐姆/ 口之間進(jìn)行調(diào)控。
[0029] 表2基于卷對卷微凹版印刷制備的不同厚度石墨締薄膜的方塊電阻值
[0030]
【主權(quán)項】
1. 一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特征如下，基于不同粘 度、不同濃度的水性和油性石墨烯墨水材料，在環(huán)境條件下應(yīng)用卷對卷印刷技術(shù)在柔性基 底上制備出具有可控厚度和可控導(dǎo)電性的均勻、大面積石墨烯薄膜;所述基底為柔性基底， 具體包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特 征在于，所述石墨烯墨水材料的粘度在10厘泊到1000厘泊，石墨烯固含量濃度在2%到 10%〇3. 如權(quán)利要求1所述的一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特 征在于，所述水性石墨烯墨水是指將少數(shù)層石墨烯分散到溶劑水中，所述油性石墨烯墨水 是指將少數(shù)層石墨烯分散到溶劑丙二醇甲醚醋酸酯或甲基吡咯烷酮中。4. 如權(quán)利要求1所述的一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特 征在于，所述卷對卷印刷是指卷對卷凹版印刷或卷對卷微凹版印刷或卷對卷狹縫涂布技術(shù) 以0.20米/分鐘到100米/分鐘速度印刷制備成膜，烘箱干燥溫度50度到150度，干燥時間1分 鐘到30分鐘。5. 如權(quán)利要求1所述的一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特 征在于，所述印刷制備的石墨稀薄膜的厚度在10納米到5微米。6. 如權(quán)利要求1所述的一種大面積、柔性、可控導(dǎo)電性的石墨烯薄膜的制備方法，其特 征在于，所述印刷制備的石墨烯薄膜的方塊電阻在10歐姆/ 口到3000歐姆/ 口。7. 如權(quán)利要求1所述制備的大面積石墨烯薄膜可潛在應(yīng)用于柔性光電器件及光伏器 件。
【文檔編號】B05D7/24GK106098244SQ201610380610
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】陽軍亮, 張楚俊, 胡巧, 吳涵, 丁孔賢, 孫永明, 姜宗清
【申請人】中南大學(xué), 深圳珈偉光伏照明股份有限公司