CN103345979A - 一种石墨烯导电薄膜的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯导电薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103345979A
CN103345979A CN2013102635531A CN201310263553A CN103345979A CN 103345979 A CN103345979 A CN 103345979A CN 2013102635531 A CN2013102635531 A CN 2013102635531A CN 201310263553 A CN201310263553 A CN 201310263553A CN 103345979 A CN103345979 A CN 103345979A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
growth
preparation
conductive film
graphene conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013102635531A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103345979B (zh
Inventor
张大勇
金智
史敬元
麻芃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN201310263553.1A priority Critical patent/CN103345979B/zh
Publication of CN103345979A publication Critical patent/CN103345979A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103345979B publication Critical patent/CN103345979B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种石墨烯导电薄膜的制备方法，属于半导体材料制备技术领域。所述方法包括：在金属箔表面利用化学气相沉积方法生长石墨烯；利用电沉积方法在生长有石墨烯的金属箔表面沉积氧化石墨烯；将沉积了氧化石墨烯的金属箔在保护气和高温条件下进行还原处理，使氧化石墨烯还原为石墨烯。本发明通过将化学气相沉积法和氧化石墨烯还原制备石墨烯法相结合，用以制备石墨烯导电薄膜，该方法得到的石墨烯薄膜不仅导电性好、透光率高，而且成本低、工艺步骤简单，可以用于大规模生产制备石墨烯透明导电薄膜。

Description

一种石墨烯导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别涉及一种具有较高透光率的大面积石墨烯导电薄膜的制备方法。
背景技术
2004年，英国曼彻斯特大学Geim教授首次制备出石墨烯【K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science2004,306,666.】。石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构。石墨烯薄膜室温下本征电子迁移率可达200000cm2/Vs，具有优异的电学性质【K.I.Bolotin,K.J.Sikes,Z.Jiang,M.Klima,G.Fudenberg,J.Hone,P.Kim,H.L.Stormer,Solid State Communications2008,146,351.】。此外，石墨烯在整个可见光区均具有极高的透光率，研究发现单层石墨烯的透光率接近97%【R.R.Nair,P.Blake,A.N.Grigorenko,K.S.Novoselov,T.J.Booth,T.Stauber,N.M.R.Peres,A.K.Geim,Science2008,320,1308.】，因此石墨烯在触摸屏领域具有巨大、潜在的应用性能。
铜基底上的化学气相沉积(CVD)是一种重要的制备石墨烯薄膜的方法，该方法不仅可以实现大面积石墨烯的制备，而且所制得的石墨烯性能较好【X.S.Li,W.W.Cai,J.H.An,S.Kim,J.Nah,D.X.Yang,R.Piner,A.Velamakanni,I.Jung,E.Tutuc,S.K.Banerjee,L.Colombo,R.S.Ruoff,Science2009,324,1312.】。但是这种方法得到的是单层石墨烯，其导电性常常不能满足要求，需要通过多次转移制备多层石墨烯薄膜以满足导电性要求，这样就会大大增加生产成本。
氧化石墨烯还原制备石墨烯是一种成本低廉的制备方法，氧化石墨烯薄膜可以采用滚涂、喷涂和电沉积方法成膜，其中电沉积方法在大规模制备方面具有很大的优势，它要求基底具有导电性。但该方法得到的石墨烯缺陷较多，使得石墨烯薄膜的性能较差【D.W.Boukhvalov,M.I.Katsnelson,Journal of theAmerican Chemical Society2008,130,10697.】。
发明内容
为了解决现有多层石墨烯薄膜制备生产成本高、缺陷多等问题，本发明提供了一种石墨烯导电薄膜的制备方法，该方法包括：
在金属箔表面利用化学气相沉积方法生长石墨烯；
利用电沉积方法在生长有石墨烯的金属箔表面沉积氧化石墨烯；
将沉积了氧化石墨烯的金属箔在保护气和高温条件下进行还原处理，使氧化石墨烯还原为石墨烯。
所述利用化学气相沉积方法生长石墨烯的生长条件为：生长温度为900-1070℃，所用气体为CH4和H2的混合气，气体流量分别为2-50sccm和5-100sccm，生长时间为2-30分钟。
所述利用电沉积方法在生长有石墨烯的金属箔表面沉积氧化石墨烯的步骤具体包括：将生长有石墨烯的金属箔浸入氧化石墨烯分散液中作为正电极，使用导电材料作为负电极，在正负两个电极间施加直流电压，直流电压为2-50V，电沉积时间为0.5-5分钟。
所述导电材料包括石墨、铂和不锈钢。
所述保护气包括Ar、N2和H2中的一种或几种。
所述保护气为H2和Ar的混合气，气体流量分别为1-50sccm和1-100sccm。
所述高温条件下进行还原处理的还原条件为：温度为800-1050℃，还原时间为3-20分钟。
本发明通过将化学气相沉积法(CVD)和氧化石墨烯还原制备石墨烯法相结合，用以制备石墨烯导电薄膜。该方法得到的石墨烯薄膜不仅导电性好、透光率高，而且成本低、工艺步骤简单，可以用于大规模生产制备石墨烯透明导电薄膜。
附图说明
图1是本发明实施例提供的石墨烯导电薄膜的制备方法流程图；
图2是本发明实施例提供的电沉积氧化石墨烯的原理示意图；
图3是利用本发明实施例制备出石墨烯透明导电薄膜的过程示意图；
图4是本发明实施例的石墨烯透明导电薄膜铜腐蚀前后的膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种石墨烯导电薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：在金属箔表面利用化学气相沉积方法生长石墨烯；
在本实施例中，使用铜箔作为金属箔基底，在铜箔表面上利用化学气相沉积(CVD)方法生长石墨烯，生长温度为900-1070℃，优选的，本实施例采用1000℃作为生长温度；所用气体为CH4和H2的混合气，气体流量分别为2-50sccm和5-100sccm，优选的，本实施例采用的CH4的气体流量为5sccm，H2的气体流量为10sccm；生长时间为2-30分钟，优选的，本实施例采用10分钟作为生长时间；
步骤102：将生长有石墨烯的铜箔(表示为：铜/石墨烯)浸入预先制备的氧化石墨烯分散液中作为正电极，使用导电材料作为负电极，在正负两个电极间施加直流电压，直流电压大小为2-50V，电沉积时间为0.5-5分钟，利用电沉积方法在生长有石墨烯的铜箔表面沉积氧化石墨烯，如图2所示；
将石墨氧化制备成氧化石墨，然后在水中将其采用超声分散方法制备氧化石墨烯分散液；负电极的导电材料包括石墨、铂和不锈钢等；本实施例中选用石墨电极作为负电极，两个电极相距2cm，在两个电极上施加10V的直流电压，电沉积时间为1分钟；
步骤103：将沉积了氧化石墨烯的铜/石墨烯(表示为：铜/石墨烯/氧化石墨烯)基底在保护气和高温条件下进行还原处理，使氧化石墨烯还原为石墨烯；
在实际应用中，保护气包括Ar、N2和H2中的一种或几种，高温条件的温度为800-1050℃；本实施例中，温度条件为1000℃，保护气是由H2和Ar组成的混合气体，其中H2和Ar的气体流量分别为1-50sccm和1-100sccm，优选的，本实施例采用H2的气体流量为10sccm，Ar的气体流量为100sccm，还原时间为3-20分钟，优选的，本实施例采用5分钟作为还原时间，使氧化石墨烯还原为石墨烯，进而得到石墨烯导电薄膜。
在具体生产实践中，利用本实施例制备的石墨烯导电薄膜，可以在不同的透明基底上，例如：玻璃、石英、PET薄膜等，制备出石墨烯透明导电薄膜，具体的制备工艺过程如下，如图3所示：1)在透明基底(以玻璃为例)表面上涂覆粘合剂，粘合剂包括环氧树脂、PDMS和PET等(以环氧树脂为例)；CVD法生长石墨烯需要通过转移操作将其从铜箔表面转移到其它基底上，由于石墨烯和基底之间的结合力较弱，因此石墨烯的破损情况严重；利用粘合剂可以增大石墨烯和基底之间的作用力，从而实现石墨烯的低破损率转移；2)将本实施例制备得到的石墨烯导电薄膜通过环氧树脂粘附在玻璃表面上，其中将经过热还原后的氧化石墨烯层与环氧树脂直接接触；3)常温放置1小时待环氧树脂充分干燥固化后，将玻璃基底浸泡在金属铜腐蚀溶液中，利用湿法腐蚀除去铜，如图4所示；金属铜腐蚀液包括三氯化铁水溶液、硝酸铁水溶液和硝酸溶液等，以三氯化铁水溶液为例，玻璃基底浸泡在浓度为0.5mol/L的三氯化铁水溶液中除去铜箔，完全除去铜后用去离子水水洗多次，使玻璃基底表面清洗干净，进而得到转移到玻璃基底上的石墨烯透明导电薄膜。在实际应用中，应根据所使用的金属箔基底，选择适合的金属腐蚀溶液，以达到腐蚀的效果；另外，还应根据所选择的不同透明基底，选择与该透明基底相适应的粘合剂，以达到较好的粘附效果。
本发明实施例通过将化学气相沉积法(CVD)和氧化石墨烯还原制备石墨烯法相结合，用以制备石墨烯导电薄膜。该方法不仅可以有效地提高石墨烯薄膜的导电性和透光率，而且还可以大大减少石墨烯的破损程度，同时具有制备方法简单、生产成本低及适用于大规模生产的优势。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
在金属箔表面利用化学气相沉积方法生长石墨烯；
利用电沉积方法在生长有石墨烯的金属箔表面沉积氧化石墨烯；
将沉积了氧化石墨烯的金属箔在保护气和高温条件下进行还原处理，使氧化石墨烯还原为石墨烯。
2.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述利用化学气相沉积方法生长石墨烯的生长条件为：生长温度为900-1070℃，所用气体为CH4和H2的混合气，气体流量分别为2-50sccm和5-100sccm，生长时间为2-30分钟。
3.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述利用电沉积方法在生长有石墨烯的金属箔表面沉积氧化石墨烯的步骤具体包括：将生长有石墨烯的金属箔浸入氧化石墨烯分散液中作为正电极，使用导电材料作为负电极，在正负两个电极间施加直流电压，直流电压为2-50V，电沉积时间为0.5-5分钟。
4.如权利要求3所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述导电材料包括石墨、铂和不锈钢。
5.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述保护气包括Ar、N2和H2中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述保护气为H2和Ar的混合气，气体流量分别为1-50sccm和1-100sccm。
7.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述高温条件下进行还原处理的还原条件为：温度为800-1050℃，还原时间为3-20分钟。
CN201310263553.1A 2013-06-27 2013-06-27 一种石墨烯导电薄膜的制备方法 Active CN103345979B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310263553.1A CN103345979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 一种石墨烯导电薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310263553.1A CN103345979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 一种石墨烯导电薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103345979A true CN103345979A (zh) 2013-10-09
CN103345979B CN103345979B (zh) 2016-03-02

Family

ID=49280768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310263553.1A Active CN103345979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 一种石墨烯导电薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103345979B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103632771A (zh) * 2013-12-06 2014-03-12 苏州瑞邦塑胶有限公司 石墨烯透明导电薄膜的制作工艺
CN103887013A (zh) * 2013-12-31 2014-06-25 美特科技(苏州)有限公司 一种铜包石墨烯导线的生产方法
CN104617235A (zh) * 2015-02-25 2015-05-13 京东方科技集团股份有限公司 一种有机电致发光显示器件、其制作方法及显示装置
CN104973592A (zh) * 2014-04-11 2015-10-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种新型的液相法定向制备高导电高导热的石墨烯膜的制备方法
WO2019100674A1 (zh) * 2017-11-24 2019-05-31 深圳大学 一种石墨烯材料及用于检测气体成分的传感器
CN109859902A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 代荣记 一种制造具有标识防伪码裸绞线的工艺
CN114507791A (zh) * 2022-01-26 2022-05-17 重庆墨希科技有限公司 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275858A (zh) * 2011-06-20 2011-12-14 南京航空航天大学 石墨烯-离子交换聚合物电致动器及其制备方法与应用
CN103035877A (zh) * 2011-10-09 2013-04-10 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯/锡单质复合电极片及其制备方法
CN103072978A (zh) * 2013-02-04 2013-05-01 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 一种制备双层石墨烯的化学气相沉积方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275858A (zh) * 2011-06-20 2011-12-14 南京航空航天大学 石墨烯-离子交换聚合物电致动器及其制备方法与应用
CN103035877A (zh) * 2011-10-09 2013-04-10 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯/锡单质复合电极片及其制备方法
CN103072978A (zh) * 2013-02-04 2013-05-01 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 一种制备双层石墨烯的化学气相沉积方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103632771A (zh) * 2013-12-06 2014-03-12 苏州瑞邦塑胶有限公司 石墨烯透明导电薄膜的制作工艺
CN103887013A (zh) * 2013-12-31 2014-06-25 美特科技(苏州)有限公司 一种铜包石墨烯导线的生产方法
CN104973592A (zh) * 2014-04-11 2015-10-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种新型的液相法定向制备高导电高导热的石墨烯膜的制备方法
CN104973592B (zh) * 2014-04-11 2017-02-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种液相法定向制备高导电高导热的石墨烯膜的制备方法
CN104617235A (zh) * 2015-02-25 2015-05-13 京东方科技集团股份有限公司 一种有机电致发光显示器件、其制作方法及显示装置
US9806260B2 (en) 2015-02-25 2017-10-31 Boe Technology Group Co., Ltd. Organic light-emitting diode display device, manufacturing method thereof, and display apparatus
WO2019100674A1 (zh) * 2017-11-24 2019-05-31 深圳大学 一种石墨烯材料及用于检测气体成分的传感器
CN109859902A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 代荣记 一种制造具有标识防伪码裸绞线的工艺
CN114507791A (zh) * 2022-01-26 2022-05-17 重庆墨希科技有限公司 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备
CN114507791B (zh) * 2022-01-26 2022-09-23 重庆墨希科技有限公司 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN103345979B (zh) 2016-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103345979B (zh) 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
CN103387230B (zh) 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
Ma et al. Graphene‐based transparent conductive films: material systems, preparation and applications
CN108117065B (zh) 一种采用交替电流剥离制备石墨烯的方法
CN104451592B (zh) 一种将石墨烯从金属表面向目标衬底表面无损转移的方法
Ho et al. Self‐crack‐filled graphene films by metallic nanoparticles for high‐performance graphene heterojunction solar cells
CN103224231B (zh) 一种石墨烯薄膜的转移方法
KR102203157B1 (ko) 기판들 간의 필름들의 전사를 위한 방법 및 장치
CN102592973B (zh) 一种大面积石墨烯的转移方法
CN102745678B (zh) 一种利用等离子溅射制作掺氮石墨烯的方法
CN102417176A (zh) 基于三维网络形貌的石墨烯-碳纳米管复合薄膜的制备方法
CN108565130B (zh) 一种石墨烯薄膜电极及其制备方法、表面具有导电线路的石墨烯复合薄膜叉指电极、电容器
CN105217617A (zh) 一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法
CN103745829B (zh) 石墨烯复合电极材料的制备方法
CN107428600A (zh) 将单层石墨烯转移至柔性玻璃基板上
CN103769025A (zh) 微气泡发生器及其制备方法
CN104451591B (zh) 一种将金属铜表面cvd的石墨烯向目标衬底表面转移的方法
CN103924261B (zh) 基于还原石墨烯氧化物的氧析出电极的制备方法
CN106604559A (zh) 一种多层石墨烯电路板的制备方法
KR20140092447A (ko) 그래핀―금속 화합물의 코팅 방법
CN103922318A (zh) 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法
CN202996318U (zh) 一种氮化硼-石墨烯复合材料结构
CN103361068B (zh) 一种金属箔基底石墨烯刻蚀液及其刻蚀方法
CN204558500U (zh) 柔性异质结薄膜太阳能电池
CN103879991B (zh) 石墨烯纳米带的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant