石墨烯掺杂方法、石墨烯复合电极制造方法和包含其的石墨烯结构技术

本发明专利技术涉及石墨烯，并具体涉及使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法、使用石墨烯和无机物制造石墨烯复合电极的方法、以及包含其的石墨烯结构。根据本发明专利技术的实施例的掺杂石墨烯的方法可以包括以下步骤：在基板上形成用于掺杂的前体聚合物层；以及在形成有前体聚合物层的基板上布置石墨烯。另外，根据本发明专利技术的实施例的制造石墨烯复合电极的方法可以包括以下步骤：在催化剂金属上形成石墨烯；在石墨烯上形成透明导电氧化物；通过施加150℃或更高的热使所述透明导电氧化物结晶化；以及将由石墨烯和透明导电氧化物组成的复合电极转移到最终基板。

The method of graphene doping, the manufacturing method of graphene composite electrode and the structure of graphene containing it

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯掺杂方法、石墨烯复合电极制造方法和包含其的石墨烯结构
本专利技术涉及石墨烯，并具体涉及使用基板表面改性来掺杂石墨烯的方法、使用石墨烯和无机材料制造石墨烯复合电极的方法以及包含其的石墨烯结构。
技术介绍
富勒烯、碳纳米管、石墨烯、石墨等是由碳原子构成的材料。其中，石墨烯具有以二维平面形式布置的碳原子的单个原子层构成的结构。特别是，石墨烯表现出极其稳定的优异的电、机械和化学性质以及优越的导电性，其传输电子比硅快得多，并且传导的电力比铜大得多。这是通过实验证明的，自从2004年发现从石墨中分离石墨烯的方法以来，迄今已经进行了大量的研究。这类石墨烯作为电路的基本材料引起了广泛的关注，因为它可以制造成大面积并表现出电、机械和化学稳定性以及优异的导电性。另外，通常，石墨烯的电性质根据预定厚度的石墨烯的晶粒取向而改变，因此石墨烯在由用户选择的方向上表现出电性质，于是，能够容易地设计器件。因此，石墨烯能够有效地用于基于碳的电子或电磁器件等。一般而言，应用产品例如显示器件需要透明电极，并使用极厚的透明导电氧化物膜以便维持对这样的透明电极的要求。然而，这么厚的透明电极可能不适用于沉积在塑料基板上以制造柔性器件和显示器，并且在透明度和低表面粗糙度方面可能不适合。因此，对它的替代品存在着需要。同时，近来，硅氧化物电介质被应用于分析石墨烯的器件性质。在常规情况下，由于p型掺杂是通过掺杂基板得到的，所以使用的是通过附加的热处理或自组装单层涂层得到的未掺杂形式。另外，因为存在在硅氧化物以外的基板上不能进行热处理或不能形成自组装单层的情况，所以表面改性不能被普遍实现。因此，石墨烯的掺杂效应存在限制并由此需要解决这个问题的方法。
技术实现思路
【技术问题】为解决所述问题而设计的本专利技术的一个目的在于石墨烯掺杂方法和包含所述石墨烯的石墨烯结构。另外，为了解决所述问题而设计的本专利技术的另一个目的在于使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法和包含所述石墨烯的石墨烯结构。同时，为了解决所述问题而设计的本专利技术的另一个目的在于使用石墨烯和透明导电层制造石墨烯复合电极的方法。另外，为了解决所述问题而设计的本专利技术的另一个目的在于制造石墨烯复合电极的方法，其能够减小电极厚度并且能够应用于柔性器件和显示器。【技术方案】本专利技术的目的能够通过提供使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法来实现，所述方法包括在基板上形成用于掺杂的前体聚合物层以及在设置有所述前体聚合物层的基板上布置石墨烯。在此，所述前体聚合物层可以包含具有甲基的前体。在这种情况下，所述前体聚合物层可以包含具有甲基作为端基的前体。另外，所述具有甲基的前体可以是环己烷前体。在这种情况下，所述环己烷前体可以包括环己烷、甲基环己烷和乙基环己烷中的至少一种。在此，所述基板可以是聚合物基板。在这种情况下，所述聚合物基板可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三乙酰纤维素(TAC)和聚碳酸酯(PC)中的至少一种。在此，所述前体的形成可以使用等离子体增强化学气相沉积来进行。在此，所述方法还可以包括掺杂所述石墨烯。在本专利技术的另一个方面，本文中提供了一种石墨烯结构，其包括基板、布置在所述基板上的具有甲基的前体层、和布置在所述前体层上的石墨烯。在此，所述具有甲基的前体可以包括环己烷、甲基环己烷和乙基环己烷中的至少一种。在此，所述基板可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三乙酰纤维素(TAC)和聚碳酸酯(PC)中的至少一种。在本专利技术的另一个方面，本文中提供了一种制造石墨烯复合电极的方法，包括：在催化金属上形成石墨烯；在所述石墨烯上形成透明导电氧化物；通过对所述透明导电氧化物施加150℃的热使其结晶化；以及将包括所述石墨烯和所述透明导电氧化物的复合电极转移到最终基板。在此，所述方法还可以包括在形成所述石墨烯之后掺杂所述石墨烯。在此，所述结晶化可以在150℃至400℃的温度下进行。在此，所述透明导电氧化物可以包括ITO、IZO、ZnO、GZO和AZO中的至少一种。在此，所述转移可以包括：在所述透明导电氧化物上布置支撑层；除去所述催化金属；将所述复合电极粘附到所述最终基板上；以及除去所述支撑层。另外，所述转移可以包括：在所述透明导电氧化物上形成所述最终基板；以及除去所述催化金属。在此，所述最终基板可以是聚合物基板。在此，所述方法还可以包括在所述石墨烯上形成有机EL层。【专利技术效果】本专利技术具有以下效果。布置在所述表面改性的基板上的所述石墨烯能够改善电性质。另外，石墨烯能够表现出n型掺杂或p型掺杂的特征。这样的掺杂工艺能够抵消由在催化金属上形成的石墨烯的晶粒缺陷(金属的晶界处的缺陷)引起的导电性的降低。另外，在使用所述聚合物层通过所述基板的表面改性来进行附加掺杂的情况下，可以使掺杂效应最大化。同时，在所述石墨烯上形成的所述透明导电层能够产生透明复合电极。也就是说，通过所述石墨烯和所述ITO层的有机/无机混杂，能够形成具有低阻抗的透明复合电极。这样的复合电极适用于当前工业上可利用的溅射方法。这能够导致所使用的ITO量减少1/5。这是因为所述复合电极虽然被形成为小的厚度，但满足透明电极的全部条件。另外，所述ITO层能够起到石墨烯的保护膜的功能。当所述石墨烯被掺杂时，掺杂效应能够维持更长的时间。同时，通过作为二维材料的石墨烯和所述ITO层的复合电极，可以制造柔性的透明电极。也就是说，所述复合电极具有导电性和柔性，从而消除了仅用ITO层不能克服的柔性显示器的局限性。附图说明图1是图示使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法的示例的流程图；图2是示出具有甲基作为端基的前体的示意图；图3和图4是图示使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法的示例的截面示意图；图5至7是图示使用基板表面改性的石墨烯结构的示例的示意性截面图；图8是示出与掺杂性质相关的石墨烯电流性质的图；图9是示出用于进行基板表面改性的PECVD的示意图；图10和11是图示使用等离子体的聚合原理的示意图；图12是图示石墨烯复合电极制造方法的示例的流程图；图13至20是图示制造石墨烯复合电极的各个步骤的示意性截面图；和图21是图示形成透明导电层的工艺的示意图。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的优选实施例，其示例在附图中示出。然而，本专利技术允许各种修改和变化，并且其具体实施方式参照附图进行例示并将被详细描述。本专利技术不应被解释为限于本文中阐述的实施例，而是包括符合由所附权利要求限定的本专利技术的主旨或范围的修改、等同物和替换。应当理解，当要素例如层、区域或基板被称为在另一个要素“上”时，其可以直接在所述要素上，或者也可以在其间存在一个或多个居间要素。另外，应当理解，尽管诸如“第一”和“第二”的术语可以在本文中用于描述要素、部件、区域、层和/或部位，但所述要素、部件、区域、层和/或部位不应该受这些术语的限制。图1是流程图，示出了使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法的示例。如图1所示，所述方法可以包括在基板上形成用于掺杂的前体聚合物层(S1)以及在设置有所述前体聚合物层的所述基板上布置石墨烯(S2)。在此，所述前体聚合物层可以包括具有甲基(CH3)的前体。在这种情况下，所述前体聚合物层可以包括具有甲基作为端基的前体。所述具有甲基作为端基的前体能够通过所述前体的甲基和所述石墨烯之间的相互作用来改善石墨烯的导电性，或者能够提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法，包括：在基板上形成用于掺杂的前体聚合物层；以及在设置有所述前体聚合物层的所述基板上布置石墨烯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.15 KR 10-2015-0052902;2015.04.15 KR 10-2011.一种使用基板表面改性掺杂石墨烯的方法，包括：在基板上形成用于掺杂的前体聚合物层；以及在设置有所述前体聚合物层的所述基板上布置石墨烯。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体聚合物层包含具有甲基的前体。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述前体聚合物层包含具有所述甲基作为端基的所述前体。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述具有甲基的前体是环己烷前体。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述环己烷前体包含环己烷、甲基环己烷和乙基环己烷中的至少一种。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板是聚合物基板。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述聚合物基板包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三乙酰纤维素(TAC)和聚碳酸酯(PC)中的至少一种。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体的形成使用等离子体增强化学气相沉积来进行。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：掺杂所述石墨烯。10.一种石墨烯结构，包括：基板；布置在所述基板上的具有甲基的前体层；和布置在所述前体层上的石墨烯。11.根据权利要求10所述的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：文振山，朴元培，朴守范，赵寅秀，洪秉熙，
申请(专利权)人：LG电子株式会社，首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR