直接接觸轉(zhuǎn)移法制備石墨烯基透明導(dǎo)電薄膜的研究.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子以sp2雜化軌道形成的呈六角晶格排布的二維平面薄膜。特殊的結(jié)構(gòu)使石墨烯在光、電、熱、化學(xué)及機(jī)械性能等方面表現(xiàn)出極具吸引力的應(yīng)用潛力，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、太陽(yáng)能電池、透明導(dǎo)電薄膜等。目前，在金屬催化基底上大面積、低成本合成高質(zhì)量石墨烯的化學(xué)氣相沉積法(Chemical VaporDeposition，簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)的不斷改進(jìn)，為石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的透明導(dǎo)電薄膜氧化銦錫(ITO)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但是，石墨烯應(yīng)用為透明導(dǎo)電薄膜時(shí)

2、存在以下幾個(gè)問(wèn)題:(a)電子設(shè)備的應(yīng)用要求石墨烯存在于不導(dǎo)電基底上，但不導(dǎo)電基底上直接生長(zhǎng)的石墨烯薄膜尺寸小、質(zhì)量不高、存在一定的缺陷，所以CVD法在鎳、銅等金屬催化基底上合成的石墨烯必須進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(b)目前石墨烯的轉(zhuǎn)移手段主要依靠有機(jī)物作為載體輔助，主要方法為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)轉(zhuǎn)移法和熱釋放膠帶(Thermal release tape)轉(zhuǎn)移法。然而這兩種方法都存在缺陷，PMMA和熱釋放膠帶的殘留都會(huì)對(duì)石墨烯基透明導(dǎo)電薄膜的

3、性能造成影響。針對(duì)以上問(wèn)題，我們主要通過(guò)用CVD法在銅上直接生長(zhǎng)4層左右的石墨烯，同時(shí)改進(jìn)石墨烯的轉(zhuǎn)移工藝，獲得表面干凈整潔、性能優(yōu)良的石墨烯基透明導(dǎo)電薄膜。具體研究工作如下:
　　(1)常壓CVD法制得的單層石墨烯難以達(dá)到單晶狀態(tài)，其透光率可高達(dá)97.7％，但方塊電阻通常為300Ω/sq左右，當(dāng)代替ITO作為透明導(dǎo)電薄膜應(yīng)用時(shí)，電阻偏大。為了達(dá)到90％左右的透光率，幾十Ω/sq的方塊電阻，我們用常壓CVD法在銅上直接生長(zhǎng)4層左右

4、的石墨烯，然后再轉(zhuǎn)移至不導(dǎo)電基底上。直接生長(zhǎng)4層左右的石墨烯有兩點(diǎn)好處:其一，常壓CVD法生長(zhǎng)多層石墨烯比單層石墨烯的制備工藝簡(jiǎn)單;其二，在進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)，4層左右的石墨烯可以一次性完成轉(zhuǎn)移，不需一層一層反復(fù)多次至4層，減少PMMA或熱釋放膠帶的殘留量。我們分別從生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)基底、碳源和生長(zhǎng)時(shí)間等方面進(jìn)行一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最終得到生長(zhǎng)4層左右石墨烯的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
　　(2)提出了一種新型的石墨烯轉(zhuǎn)移方法—直接接觸轉(zhuǎn)移法，它是一種無(wú)聚

5、合物輔助的石墨烯轉(zhuǎn)移法，所以不存在PMMA和熱釋放膠帶等有機(jī)聚合物的殘留問(wèn)題。通過(guò)與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法在拉曼光譜、透光率、方塊電阻等方面的對(duì)比表征發(fā)現(xiàn)，新的轉(zhuǎn)移方法在轉(zhuǎn)移后石墨烯的質(zhì)量、透光性、導(dǎo)電性等性能方面均有明顯提高。新的轉(zhuǎn)移方法有效地解決了石墨烯表面PMMA和熱釋放膠帶的殘留問(wèn)題，而且在轉(zhuǎn)移過(guò)程中無(wú)需高溫退火等處理，轉(zhuǎn)移之后石墨烯的表面干凈平整，不被破壞。直接接觸轉(zhuǎn)移法是一種簡(jiǎn)單有效的可以高質(zhì)量、大面積、一次性轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，適用于