一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料制备领域，公开了一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)石墨烯薄膜的制备；2)石墨烯薄膜的转移；3)银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备。本发明专利技术充分发挥了银纳米线与石墨烯薄膜各自的优势，使复合薄膜具有高导电性与高透过率的同时保证其表面平整度，其电学性能已媲美ITO薄膜，且其光学透过率却更优于ITO薄膜，更适合于透明导电电极的应用。同时，本发明专利技术很好的减少了工艺流程，大大降低了材料的制备成本，有利于实现大规模工业化生产。

A preparation method of Ag nanowire / graphene composite film

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法
本专利技术涉及复合材料制备领域，尤其是涉及一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法。
技术介绍
随着有机电致发光器件(OrganicLight-emittingDiode，OLED)、太阳能电池以及新型柔性电子器件的迅速发展，迫使其中起重要作用的透明导电材料需从结构、性能、制备工艺等方面进行提升以满足高效器件的应用要求。现常用的ITO(氧化铟锡)等透明导电材料虽然具有良好的光电性能，但也有很多缺陷：1、铟为稀土元素，资源有限，价格昂贵；2、ITO薄膜主要采用真空溅射、蒸镀等技术制备，生产工艺复杂，成本高，大尺寸样件较难制备；3、ITO薄膜质地较脆，耐弯折性能差，无法获得柔性透明导电层。因此，寻求具有较高的稳定性，亦有高导电率和高透过率，且重量轻、可弯曲、可采用卷轴式工业化连续生产的新材料应用成为光电领域的一个重要研究方向。石墨烯作为碳材料新兴家族中的一员，其在保持高透过率的同时还具有超高的载流子迁移率，强度高同时具备可弯曲特性，用石墨烯薄膜替代传统ITO、AZO等透明电极在光电器件中的应用，被普遍认为是最有可能率先实现突破的领域之一。而常用的化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯薄膜通常情况下为多晶，载流子在晶界处流动受到阻碍并且易发生散射，导致单层石墨烯薄膜的面电阻过高，通常在600Ω/□左右，这极大地阻碍了石墨烯薄膜在光电器件中应用的发展进程，尤其是作为透明导电电极。为了解决上述多晶石墨烯面电阻过高的问题，通常采用将石墨烯薄膜进行叠层、化学修饰等手段降低其面电阻以达到器件的应用要求。但是，在高透射率的前提下，尽管通过化学修饰等方法，薄膜的面电阻仍然维持在100Ω/□以上，与目前工业生产上普遍使用的ITO薄膜间仍然存在很大的差距。银纳米线作为近来备受关注的材料之一，其搭建的薄膜具有高导电性与高透过率的突出特点，现在业界已经证明这种纳米薄膜具有很好的光电性质，在透过率为85％时方块电阻可以达到20Ω/□以下，这已经达到了可以代替ITO的水平。除此之外，银纳米线薄膜的机械稳定性也非常好，在反复弯折之后并不会发生性能的衰减，非常适合作为柔性器件的透明电极使用。银纳米线电极的制备方法也非常简单，用喷涂、旋涂、喷墨打印的多种方法都可以实现低成本且大面积制备，符合未来大尺寸器件电极的要求。因此有很多将银纳米线和其他透明电极材料结合作为复合电极使用，利用银纳米线的长程导电性和其他材料的性质来提高整体复合电极的性能，但是银纳米线复合成膜后，多存在线与线之间交叠使得表面粗糙度较高、薄膜表面平整度不好，限制其应用性能，为了减少复合薄膜的表面粗糙度，需要进一步采用复杂的制备工艺，成本高而难于实用化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对上述现有技术的不足，提供一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，能很好的减少工艺流程，降低了成本，所制备的银纳米线/石墨烯复合薄膜结合了银纳米线与石墨烯薄膜各自的优势，使复合薄膜具有高导电性与高透过率，同时还能有效降低其表面粗糙度，而且复合薄膜还具备可弯曲特性，表现出替代ITO用于光电器件、尤其是应用于柔性光电器件的极大潜力。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)石墨烯薄膜的制备：1.1提供一生长基底；1.2将上述的生长基底放置于管式炉中部，用机械泵将石英管内的压力抽至5pa以下，并多次通入氢气来清洗管路；1.3控制氢气流量来保持管式炉内压力恒定，同时将管式炉升温并保持在800～1200℃，通入99.999％的甲烷气体作为碳源，使得氢气与甲烷充分混合并与生长基底良好的接触，从而实现石墨烯薄膜在生长基底表面的生长；2)石墨烯薄膜的转移：2.1提供一目标衬底；2.2将步骤1)中表面长有单层石墨烯薄膜的生长基底从管式炉中取出，在石墨烯薄膜外表面旋涂一层PMMA膜层，并于烘箱中100～200℃的温度下进行固化；2.3将上述步骤2.2处理之后的生长基底置于氯化铁溶液中，使其漂浮于其中来刻蚀生长基底，得到附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层；2.4用去离子水清洗上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层，反复清洗几次以去除其上的残余氯化铁溶液；2.5将上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层转移至目标衬底表面，采用丙酮浸泡8～12h以去除PMMA膜层，得到带有石墨烯薄膜的目标衬底；3)银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备：将上述整个转移有石墨烯薄膜的目标衬底浸入预先制备好的银纳米线的悬浊液中，然后以均匀的速度将带有石墨烯薄膜的目标衬底从银纳米线悬浊液中提拉出来，在粘度和重力作用下，目标衬底表面即可形成一层均匀的液膜，固化后形成银纳米线/石墨烯复合薄膜。进一步地，步骤1.1中所述的生长基底采用纯度为99.999％的铜箔。进一步地，所述铜箔生长基底需要经过以下处理：a)分别用去离子水、丙酮以及异丙醇超声清洗十分钟，然后用氮气枪将其吹干保存；b)将步骤a)中洗好的铜箔进行电化学抛光处理，即将其放置于体积分数为50％～85％的正磷酸溶液中，并连接至电源的负极，同时采用铜片与电源正极相连作为另一个电极，电压设定为5～10V，持续抛光5～10min，以去除铜箔表面氧化层；c)将步骤b)中抛光后的铜箔放置于去离子水中多次冲洗，以去除铜箔表面的残余磷酸，然后用氮气枪吹干，待用。进一步地，步骤2.2中旋涂的PMMA膜层厚度为200nm～1μm。进一步地，所述目标衬底采用石英玻璃或者硅片。进一步地，步骤3)中的所述银纳米线悬浊液的浓度为2～4mg/ml。进一步地，步骤3)中目标衬底表面形成银纳米线/石墨烯复合薄膜的液膜的固化过程：将带有银纳米线/石墨烯复合薄膜液膜的目标衬底于100～200℃温度下烘烤10～15min，使银纳米线之间的连接处结合更加紧密。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用浸渍提拉法制备的银纳米线/石墨烯复合薄膜性能优异，结合了银纳米线与石墨烯薄膜各自的优势，使复合薄膜具有高导电性与高透光率，其光学透过率更优于ITO薄膜，同时还具备可弯曲特性，在反复弯折之后并不会发生性能的衰减，非常适合作为柔性器件的透明电极使用，表现出替代ITO用于光电器件、尤其是应用于柔性光电器件的极大潜力；2、与制备ITO薄膜采用的复杂的生产工艺相比，本专利技术所述的一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，有效的减少了工艺流程，降低了成本，有利于实现大规模工业化生产；3、采用浸渍提拉法制备银纳米线/石墨烯复合薄膜还可以有效降低其表面粗糙度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为银本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)石墨烯薄膜的制备：/n1.1提供一生长基底；/n1.2将上述的生长基底放置于管式炉中部，用机械泵将石英管内的压力抽至5pa以下，并多次通入氢气来清洗管路；/n1.3控制氢气流量来保持管式炉内压力恒定，同时将管式炉升温并保持在800～1200℃，通入99.999％的甲烷气体作为碳源，使得氢气与甲烷充分混合并与生长基底良好的接触，从而实现石墨烯薄膜在生长基底表面的生长；/n2)石墨烯薄膜的转移：/n2.1提供一目标衬底；/n2.2将步骤1)中表面长有单层石墨烯薄膜的生长基底从管式炉中取出，在石墨烯薄膜外表面旋涂一层PMMA膜层，并于烘箱中100～200℃的温度下进行固化；/n2.3将上述步骤2.2处理之后的生长基底置于氯化铁溶液中，使其漂浮于其中来刻蚀生长基底，得到附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层；/n2.4用去离子水清洗上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层，反复清洗几次以去除其上的残余氯化铁溶液；/n2.5将上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层转移至目标衬底表面，采用丙酮浸泡8～12h以去除PMMA膜层，得到带有石墨烯薄膜的目标衬底；/n3)银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备/n将上述整个带有石墨烯薄膜的目标衬底浸入预先制备好的银纳米线的悬浊液中，然后以均匀的速度将带有石墨烯薄膜的目标衬底从银纳米线悬浊液中提拉出来，在粘度和重力作用下，目标衬底表面即可形成一层均匀的液膜，固化后形成银纳米线/石墨烯复合薄膜。/n...

【技术特征摘要】
1.一种银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)石墨烯薄膜的制备：
1.1提供一生长基底；
1.2将上述的生长基底放置于管式炉中部，用机械泵将石英管内的压力抽至5pa以下，并多次通入氢气来清洗管路；
1.3控制氢气流量来保持管式炉内压力恒定，同时将管式炉升温并保持在800～1200℃，通入99.999％的甲烷气体作为碳源，使得氢气与甲烷充分混合并与生长基底良好的接触，从而实现石墨烯薄膜在生长基底表面的生长；
2)石墨烯薄膜的转移：
2.1提供一目标衬底；
2.2将步骤1)中表面长有单层石墨烯薄膜的生长基底从管式炉中取出，在石墨烯薄膜外表面旋涂一层PMMA膜层，并于烘箱中100～200℃的温度下进行固化；
2.3将上述步骤2.2处理之后的生长基底置于氯化铁溶液中，使其漂浮于其中来刻蚀生长基底，得到附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层；
2.4用去离子水清洗上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层，反复清洗几次以去除其上的残余氯化铁溶液；
2.5将上述附着有石墨烯薄膜的PMMA膜层转移至目标衬底表面，采用丙酮浸泡8～12h以去除PMMA膜层，得到带有石墨烯薄膜的目标衬底；
3)银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备
将上述整个带有石墨烯薄膜的目标衬底浸入预先制备好的银纳米线的悬浊液中，然后以均匀的速度将带有石墨烯薄膜的目标衬底从银纳米线悬浊液中提拉出来，在粘度和重力作用下，目标衬底表面即可形成一层均匀的液膜，固化后形成银纳米线/石墨烯复合薄膜。


2.根据权利要求1所述的一种银纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈姝敏，徐一麟，吴迪，赵魁，
申请(专利权)人：荆楚理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42