30英寸石墨烯透明导电薄膜.ppt

卷轴法制备及转移30英寸石墨烯透明导电薄膜 参考文献：Sukang Bea, Hyeongkeun Kim. Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes. Nature nanotechnology. 5, 574-578(2010) 主要内容 石墨烯由一层二维平面排列的C原子层组成，其中C原子以sp2杂化连接排列在正六边形的晶格点阵上。 石墨烯简介 石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种（理论厚度只有0.35nm），还拥有极高的强度和导电性，结构稳定，其理论比表面积更是高达2630m2/g。 石墨烯的结构与形貌 左图（STEM）：A.K.Geim, Reviwers of Modern Physics, VOL 81, MARCH 2009 中图（AFM）：Vincent C.Tung, Nature Nanotechnology, VOL 4, JANUARY 2009 右图（TEM）：Jun Zhu,Nature Nanotechnology,VOL 3,SEPTEMBER 2008 研究背景 传统的应用于太阳能电池、触摸传感器的透明电极都是用铟锡氧化物（ITO）制备的。它的方块电阻低于100Ω/□，透光率达到90%，并且可以扩大生产。 相比而言，目前已报导的通过化学气相沉积法（CVD）生长在镍基底上的石墨烯薄膜的方块电阻为280Ω/□左右，且其尺寸最大为厘米级。 此外，CVD法是热沉积过程，这就不可避免地要求一个坚实的镍膜作为基底以抵抗接近1000℃的高温，并且在后期还要通过化学刻蚀除去催化金属膜。 这同时也是直接用此方法制备石墨烯的阻力所在。因此，必需要想办法将制备出的石墨薄膜转移到其它基底上。 制备工艺流程 这种卷轴式转移石墨烯薄膜的方法主要有三个步骤： Ⅰ、将聚合物膜粘在铜箔上的石墨烯膜上； Ⅱ、化学刻蚀除去铜箔； Ⅲ、将石墨烯薄膜转移到目标基底上。 设备装置图 将铜箔卷在直径为7.5英寸的石英管的外侧，并装入8英寸的石英管式反应器中。 下面的图片显示了铜箔在高温下与甲烷和氢气反应的过程。 在120℃下通过卷轴式转移法将石墨烯薄膜从热释放聚合物膜上转移到PET薄膜上。 超大尺寸透明石墨烯薄膜转移到了一张35英寸大小的PET薄膜上。 通过丝网印刷过程将银浆电极负载于石墨烯/PET膜上。插图显示了装配有银电极的3.1英寸大小的石墨烯/PET面板。 装配好银电极的石墨烯/PET薄膜触摸屏表现出了出色的柔韧性。 以石墨烯为基础的触摸屏面板通过控制软件与电脑相连接。 结果分析与总结 用卷轴法转移石墨烯薄膜至石英基底的紫外-可见光谱图。石墨烯薄膜每多转移一次（在原来的基础上再加一层石墨烯），它的透光率就降低2.2%~2.3%。 卷轴式干法转移的石墨烯薄膜的方块电阻与以热释放胶带基底及PMMA为基底的湿法转移的薄膜的方阻之比。 石墨烯触摸面板可以抵抗6%的应变力（承受应变的能力主要受印刷在石墨烯薄膜上的银电极的限制，而不是石墨烯本身），而ITO面板只能抵抗2~3%的应变力。 综上所述，在超大规模铜箔上，通过卷轴式生产法制备出了石墨烯薄膜。通过多次转移和化学掺杂，石墨烯薄膜的电学性能和光学性能都有了明显的提高。 因此可以预测，在不久的将来，这种卷轴式CVD法将实现规模化生产制备柔性的导电石墨烯薄膜，并应用于透明电极以代替ITO。