文章编号:１００１-９７３１(２０１６)０９-０９１４３-０６
液面沉积法制备透明柔性石墨烯导电薄膜?苑春秋１,曾文进１,唐伟１,赵春燕１,莫申斌１,王剑１,于有海２,闵永刚１
(１．南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院,南京２１００２３;
２．中国科学院西安光学精密机械研究所,西安７１０１１９)
摘要:透明导电薄膜在现代电子领域有着非常广泛的应用.我们利用简单的液面沉积法在柔性基底PET上成功制备了氧化石墨烯薄膜,在室温下经过碘化氢(HI)蒸汽还原后得到石墨烯透明导电薄膜.利用各种表征手段(SEM二TEM二AFM二吸收光谱(UV-Vis)和电阻分析(四探针法))系统的研究了不同沉积层数的石墨烯薄膜的透光性和导电性之间的关系:随着石墨烯沉积层数的增加,导电薄膜的导电性上升,但薄膜的透光率下降.在透光率(λ＝５５０nm)为８２．２２％时,导电薄膜的方块电阻为６２０Ω/?.
关键词:石墨烯液面沉积;柔性透明导电薄膜
中图分类号: TQ０１３;O４８４文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１６．０９．０２７
０ 引言
透明导电薄膜(TCFs)被广泛应用于光电子和光伏器件行业,如:触摸屏二平板显示二太阳能电池和发光二极管等[１-３].而柔性显示技术是未来电子行业的一个重要的发展方向.因此开发和优化透明导电薄膜的性能,以满足柔性显示的发展需求是当前热门的研究课题之一[４-７].目前广泛应用在电子产业的透明导电薄膜是掺杂金属氧化物,主要是氧化铟锡(ITO)和氟化铟锡(FTO),由于它们较高的透光性和良好的导电性而被广泛应用于透明导电薄膜领域[８].然而掺杂金属氧化物所需要的金属元素由于价格高,资源有限,并且这类导电薄膜对离子扩散至聚合物层的敏感,在近红外区域透光性较差,在酸性环境中不稳定,以及刚性易碎等缺点不仅限制了其进一步的应用,还无法满足当前电子产业对柔性导电基底的需要[９-１１].
虽然导电高分子[１２-１４]二碳纳米管[１５-１７]二银纳米线[１８-２０]和银纳米线/碳纳米管复合膜[２１]等新型纳米材料被认为是可取代掺杂金属氧化物并用于制备透明导电薄膜的新型材料.然而,就目前的研究来说,这些材料仍然因其自身的一些缺点而无法被大规模应用到电子器件领域.例如,导电聚合物PEDOT?PSS因其酸性较大,易吸收水分,电子性能的不稳定性等缺陷,导致当其应用于电子器件时寿命较短[２２].而用碳纳米管制作的透明电极,因为碳纳米管之间较大的接触电阻,导致其在透光性为８０％的情况下,导电率只能达到１５０Ω/?[１７].而银纳米线则因其昂贵的价格限制了其被广泛应用.因此,寻找１种性能优异,价格低廉的可用于制备透明导电薄膜的新材料成为当今研究的热点.
石墨烯,是１种只有一个碳原子厚度的二维蜂窝状碳材料,自从２００４年被科学家发现以来,目前已经成为电子器件领域研究的焦点[２３-２４].石墨烯有着许多优越的性能,尤其突出的是它在室温下的电子迁移率高达１５０００cm２/Vs,当温度在４K时,它的电子迁移率甚至达到６００００cm２/Vs[２３,２５].另外,它对白光的吸收仅为π.α?２．３％(α为一个结构常数)[２６],这就使它有着极高的透光性,另外由于其是二维结构材料,使得它有着良好的柔韧性.因此,石墨烯有望成为１种可以替代金属氧化物用以制备透明导电薄膜的理想材料.
石墨烯的合成方法很多,如机械剥离法[２３]二外延生长发[２７]二化学气相沉积法[２８]二转印法[２９]和化学刻蚀法[３０]等制备方法和转移技术.然而,这些石墨烯的合成以及转移方法在大批量生产时所需条件苛刻,极大限制该类技术的大规模工业化应用[３１].
氧化石墨烯,是１种利用化学方法合成的单层或多层石墨烯的氧化物,并且可以被进一步还原制备成石墨烯.氧化石墨烯因其自身的亲水性以及其表面所带负电荷之间的静电排斥力,使其可以均匀稳定的分散在水或有机溶剂中,这种性能使得氧化石墨烯成为１种制备透明导电薄膜新材料[３２-３５].目前科研工作者已经利用几种比较成熟的技术将氧化石墨烯组装成透明薄膜,如L-B自组装法[３１,３６-３７]二旋涂法二喷涂法[３８-３９]二转印法[１０,４０]二浸涂法[９]和电泳沉积法[４１]等,随后通过化学还原或者高温还原的手段将所制备的氧化石墨烯薄膜还原即可制得石墨烯透明导电薄膜.但这些方法制备的石墨烯透明导电薄膜仍然存在着不足,如所需
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苑春秋等:液面沉积法制备透明柔性石墨烯导电薄膜
?基金项目:南京邮电大学自然科学基金资助项目(NY２１２００２,NY２１２０３４,NY２１４０８９)
收到初稿日期:２０１５-０８-２３收到修改稿日期:２０１５-１１-０４通讯作者:闵永刚,E-mail:iam yg min＠n j u p t．edu．cn,于有海作者简介:苑春秋(１９８９－),男,河南周口人,在读硕士,师承闵永刚教授,从事石墨烯二维材料研究.
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