一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用技术

本发明专利技术涉及一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用。该方法主要包括：(1)将松香树脂溶解于有机溶剂，然后涂覆在金属箔基体上生长的石墨烯的表面，加热固化，得到的松香/石墨烯/金属箔复合体；(2)通过刻蚀法去掉金属箔或采用电化学剥离法使松香/石墨烯与金属箔分离；(3)将松香/石墨烯复合体转移到目标基体上，并利用热处理去除石墨烯和目标基体之间的水分；(4)清洗去除松香，从而实现石墨烯的转移。本发明专利技术方法使转移的石墨烯表面具有更高的清洁度，同时可以很好地保持石墨烯薄膜的完整性和优异的光电性能，可制备石墨烯透明导电薄膜，适用于太阳能电池、有机发光二极管等器件的制备与应用。

A method of rosin resin transfer graphene and preparation and application of graphene transparent conductive film

The invention relates to a method for rosin resin transferring graphene and preparation and application of graphene transparent conductive film. The method mainly includes: (1) the rosin resin dissolved in an organic solvent, and then coated the surface of graphene grown on the metal foil substrate on the heat curing, the rosin / graphene / metal foil complex; (2) by etching method to remove metal foil or peeling method of the rosin / graphene and metal foil by electrochemical separation; (3) the rosin / graphene composite transfer to the target substrate, and the use of heat removal between graphene and the target substrate moisture; (4) remove rosin, to realize the transfer of graphene. The method of the invention can make the graphene surface transfer has a higher degree of cleanliness, and can maintain a good graphene film integrity and excellent optical properties, preparation of graphene transparent conductive film, preparation and application for solar cells, organic light emitting diode system.

【技术实现步骤摘要】
一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用
：本专利技术涉及一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用，具体为利用松香树脂(Rosin)作为转移介质转移生长在金属基体上的石墨烯的方法，通过层层转移单层石墨烯或直接转移多层石墨烯制备石墨烯透明导电薄膜及其应用。
技术介绍
：石墨烯(Graphene)具有独特的结构和优异的透光、导电、导热、柔性等，作为新一代光电薄膜，可广泛地用于触摸屏、太阳能电池、有机发光二极管、传感器等领域。目前，化学气相沉积(CVD)是最有效的制备大面积石墨烯薄膜的方法，但石墨烯通常在金属箔(铜、铂、镍等)基体上生长，为实现其表征和应用，需要将其转移到其它基体(硅片、玻璃片、塑料等)上。然而，已有的卷对卷(RolltoRoll)、机械剥离等转移过程容易造成石墨烯破损，严重影响转移后石墨烯的性能。利用转移介质的方法，能够减少这种破损，但目前使用的转移介质通常是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等高分子树脂，与石墨烯的相互作用强、不易在溶剂中溶解，即使用大量的有机溶剂进行清洗，在石墨烯表面仍有大量的残留，不仅降低石墨烯的光电性能，还大大增加了石墨烯的表面粗糙度，阻碍了其在光电器件等领域中的应用。松香树脂是一种有机小分子，不仅与石墨烯相互作用弱，而且易溶于多种有机溶剂，容易从石墨烯表面去除。因此，以松香树脂作为转移介质，在实现石墨烯完整无损转移的同时，具有更高的清洁度。此外，在PMMA辅助支撑下，可制备大面积、高性能的透明导电薄膜，对于石墨烯的应用具有重要的意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种利用松香树脂转移金属箔基体上制备的石墨烯的方法，该方法所用松香是一种小分子树脂，与石墨烯表面相互作用弱、易溶于大部分有机溶剂，使转移的石墨烯表面具有更高的清洁度，同时可以很好地保持石墨烯的完整性和优异的光电性能。此外，为了增加松香的支撑强度，可在在松香树脂层上再涂覆PMMA作为辅助支撑层，由于松香隔离了PMMA与石墨烯的直接接触，可避免PMMA的残留，进而实现石墨烯大面积转移。在此基础上通过层层转移单层石墨烯或直接转移多层石墨烯到透明基体上可制备石墨烯透明导电薄膜，在太阳能电池、有机发光二极管等器件领域具有广泛应用。本专利技术的技术方案是：一种松香树脂转移石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：将松香树脂溶解于有机溶剂，然后涂覆在金属箔基体上生长的石墨烯表面，加热固化，得到松香/石墨烯/金属箔复合体；步骤2：通过刻蚀法去掉金属箔或采用电化学剥离法使松香/石墨烯复合体与金属箔分离，再经反复清洗，获得松香/石墨烯复合体；步骤3：将松香/石墨烯复合体转移到目标基体上，并利用热处理去除石墨烯和目标基体之间的水分，使松香/石墨烯与目标基体紧密结合；步骤4：采用有机溶剂或碱溶液溶解松香涂层，再经清洗、干燥去除松香，从而完成石墨烯的转移过程。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，松香作为转移介质，包括天然松香、氢化松香、歧化松香、马来松香或聚合松香；石墨烯为CVD法生长在金属箔基体上的1～10层石墨烯薄膜，金属箔包括Cu、Ni、Pt或Ru。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，步骤1中，用于溶解松香的有机溶剂包括无水乙醇、乳酸乙酯或乙酸乙酯，松香与有机溶剂的质量比为1:0.5～1:10。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，步骤1中，涂覆在石墨烯表面的松香树脂层厚度为30nm～200μm，固化温度为室温～180℃，时间为5min～6h。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，步骤3中，目标基体为：玻璃、石英、硅片、蓝宝石、氮化镓或有机高分子聚合物。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，步骤3中，热处理的温度为室温～180℃，时间为5min～1h。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，步骤4中，用于溶解松香的有机溶剂包括：乙醇、乙醚、丙酮、洗板水、甲苯、二甲苯、柠檬烯、香蕉水、二硫化碳、二氯乙烷、松节油、石油醚、汽油中的一种或两种以上；碱溶液包括：氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，为了增加松香的支撑强度，进而实现石墨烯大面积转移，在步骤1中松香树脂表面再涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯作为辅助支撑层，聚甲基丙烯酸甲酯涂层的厚度为30nm～200μm，在室温条件下固化5min～2h，室温干燥后重复步骤2～4。一种石墨烯透明导电薄膜的制备方法，利用松香树脂，通过层层转移生长在金属箔上的单层石墨烯，或者直接转移生长在金属箔上的多层石墨烯到透明基体，制备石墨烯透明导电薄膜，石墨烯透明导电薄膜的层数为1～10层，透光率为65％～97.5％。一种石墨烯透明导电薄膜的应用，利用松香树脂制备的透明导电薄膜具有较高的清洁度，同时保持较好的完整性和优异的光电性能，广泛应用于有机发光二极管、有机太阳能电池或钙钛矿太阳能电池光电器件的透明电极。本专利技术的优点及有益效果是：(1)本专利技术提出的松香转移介质是有机小分子树脂，与石墨烯表面相互作用弱、易溶于多种有机溶剂，因此易于从石墨烯表面去除，能实现石墨烯的高效、稳定、高洁净度的转移，为石墨烯的结构表征、性能研究和应用提供可靠的保障。(2)本专利技术提出以PMMA为辅助支撑层，可以提高松香的支撑强度，避免石墨烯的破坏，有利于大面积石墨烯的转移。同时，松香隔离了石墨烯与PMMA的直接接触，避免了PMMA的残留，保持了松香转移石墨烯高洁净度的特点。(3)本专利技术利用松香树脂层层转移生长在金属箔上的单层石墨烯或直接转移生长在金属箔上的多层石墨烯到透明的基体上获得透明导电薄膜，具有高的透光率、导电性和表面平整度，可广泛用于有机发光二极管、太阳能电池等光电器件领域。附图说明：图1为实施例1中转移的单层石墨烯的流程示意图。图2为实施例1中转移的石墨烯的光学显微镜图片。图3为实施例1中转移的石墨烯的扫描电子显微镜图片。图4为实施例1中转移的石墨烯的原子力显微镜图片。图5(a)-图5(b)为实施例4中利用松香转移制备的石墨烯透明导电薄膜为透明电极组装的有机太阳能电池。图5(a)为有机太阳能电池结构，图5(b)为有机太阳能电池器件。具体实施方式：如图1所示，在具体实施过程中，本专利技术松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用，具体步骤如下：(1)将松香树脂(天然松香、氢化松香、歧化松香、马来松香或聚合松香等改性的松香)溶于无水乙醇、乳酸乙酯、乙酸乙酯等有机溶剂，浓度为1:0.5～1:10(质量比)，优选浓度为1:1～1:2，然后涂覆于生长在金属箔(Cu、Ni、Pt或Ru等)基体的石墨烯表面，厚度为30nm～200μm(优选为50nm～100μm)，随后在室温～180℃(优选为40～120℃)，固化5min～6h(优选为10min～2h)，得到松香/石墨烯/金属箔复合体。为了提高松香的支撑度，进而实现石墨烯大面积转移，可将在松香树脂表面涂覆一层PMMA作为辅助支撑层，厚度为30nm～200μm(优选为50nm～100μm)，在室温条件下固化5min～2h(优选为10min～1h)。(2)通过刻蚀法去掉金属箔或采用电化学剥离法使松香/石墨烯(或PMMA/松香/石墨烯)与金属箔分离，移至去离子水中反复清洗，得到松香/石墨烯(或PMMA/松本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：将松香树脂溶解于有机溶剂，然后涂覆在金属箔基体上生长的石墨烯表面，加热固化，得到松香/石墨烯/金属箔复合体；步骤2：通过刻蚀法去掉金属箔或采用电化学剥离法使松香/石墨烯复合体与金属箔分离，再经反复清洗，获得松香/石墨烯复合体；步骤3：将松香/石墨烯复合体转移到目标基体上，并利用热处理去除石墨烯和目标基体之间的水分，使松香/石墨烯与目标基体紧密结合；步骤4：采用有机溶剂或碱溶液溶解松香涂层，再经清洗、干燥去除松香，从而完成石墨烯的转移过程。

【技术特征摘要】
1.一种松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：将松香树脂溶解于有机溶剂，然后涂覆在金属箔基体上生长的石墨烯表面，加热固化，得到松香/石墨烯/金属箔复合体；步骤2：通过刻蚀法去掉金属箔或采用电化学剥离法使松香/石墨烯复合体与金属箔分离，再经反复清洗，获得松香/石墨烯复合体；步骤3：将松香/石墨烯复合体转移到目标基体上，并利用热处理去除石墨烯和目标基体之间的水分，使松香/石墨烯与目标基体紧密结合；步骤4：采用有机溶剂或碱溶液溶解松香涂层，再经清洗、干燥去除松香，从而完成石墨烯的转移过程。2.按照权利要求1所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，松香作为转移介质，包括天然松香、氢化松香、歧化松香、马来松香或聚合松香；石墨烯为CVD法生长在金属箔基体上的1～10层石墨烯薄膜，金属箔包括Cu、Ni、Pt或Ru。3.按照权利要求1所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，步骤1中，用于溶解松香的有机溶剂包括无水乙醇、乳酸乙酯或乙酸乙酯，松香与有机溶剂的质量比为1:0.5～1:10。4.按照权利要求1所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，步骤1中，涂覆在石墨烯表面的松香树脂层厚度为30nm～200μm，固化温度为室温～180℃，时间为5min～6h。5.按照权利要求1所述的利用松香树脂转移石墨烯的方法，其特征在于，步骤3中，目标基体为：玻璃、石英、硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜金红，张志坤，张鼎冬，马来鹏，任文才，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21