一种石墨烯电极制造技术

本实用新型专利技术涉及一种石墨烯电极，包括两个石墨烯膜(103；104)；和至少一种离子液体(107)。本实用新型专利技术的石墨烯电极的导电性显著提高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电极。更具体而言，本技术涉及一种石墨烯透明电极。
技术介绍
透明电极已广泛用于各种电子设备和太阳能电池等，所有这些应用都需要电极材料具有低薄膜电阻和高透光率。石墨烯以其高透明度、良好的导电性，在透明电极的应用中具有巨大潜力。单层石墨烯只吸收2. 3%的白光。理论上，如果石墨烯的电子迁移率只与其声学声子的散射相关，在常温下其电子迁移率可达20万cm2/Vs(假设载流子密度为1012cm_2)，相应的石墨片的电阻率为KT6Q 厘米。然而，在需要高透光率的情况下，由于所用的配套基板和石墨烯转移至该基板过程中产生的缺陷散射，电子迁移率通常小于40，OOOcmVVs0因此，根据目前报道的研究成果，在需要高透光率的情况下，石墨烯仍具有相对高的薄膜电阻。
技术实现思路
本技术提供了一种石墨烯电极，包括(I)两个石墨烯膜，其与沿石墨烯膜的整个边缘设置的绝缘介质围成一个空间，(2)至少一种离子液体，其位于所述空间内；和(3)两个掺杂电极，其分别置于两个石墨烯膜上，并且位于所述空间之外，彼此不接触。本技术的电极既满足高透光率的要求也满足非常低电阻的要求，可用于多种电子设备和太阳能电池。此外由于石墨烯有良好的柔韧性，所述电极还适于对柔韧性有很高要求的应用。附图说明为使本技术的上述及其他特点和优势更加清晰的呈现，下面将参考附图对本技术进行详细描述，其中图I为本技术一个实施方案的电极结构的一个示意图。图2为本技术电极在电偏压下产生的双电层的一个示意图。图3为本技术一个实施方案的电极在电掺杂下的薄膜电阻的变化示意图。图4为本技术一个实施方案的石墨烯膜转移的一个流程示意图。具体实施方式本技术中，术语“透明”是指透光率大于50%。术语“石墨烯膜”既包括单层石墨烯膜也包括多层(即为复合层)石墨烯膜。术语“第一”和“第二”仅是为了对同种材料进行区分，并不意在限制。本技术提供了一种石墨烯电极，包括(I)两个石墨烯膜103和104，其与沿石墨烯膜的整个边缘设置的绝缘介质105围成一个空间，(2)至少一种离子液体107，其位于所述空间内；和(3)两个掺杂电极106，其分别置于两个石墨烯膜103和104上，并且位于所述空间之外，彼此不接触。在一个优选的实施方案中，所述电解质为离子液体与至少一种聚合物电解质的组口 o石墨烯膜可由微机械分离法、化学剥离法、取向附生法、加热碳化硅(SiC)法、化学气相沉积法(CVD法)和还原氧化法制备，但不限于这些方法。在本技术的一个实施方案中，优选采用CVD法制备石墨烯膜。 在一个优选的实施方案中，所述两个石墨烯膜被转移至基板(101 ；102)上。优选地，所述基板(101 ;102)为透明基板。所述基板(101 ;102)可以是，但不限于，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚四氟乙烯、玻璃、石英等。在一个具体的实施方案中，由CVD法生长石墨烯膜的典型过程如下将铜箔在氩气和氢气环境下(其中Ar:约95体积份，H2 :约5体积份)100(TC预热处理I. 5小时。然后通入甲烷，进行约20分钟的碳分解，从而生长出石墨烯膜。生长过程中第一步将通过气体流量和压力来控制石墨烯的成核密度，第二步再加大气体流量来获得连续均匀的单层石墨烯。每个石墨烯膜可包括一层或多层，例如1-10层，优选1-3层，更优选1-2层。对石墨烯层的形状无特别要求，只要能满足本技术目的即可，例如可为正方形、长方形等。优选地，所述两个石墨烯膜的大小和形状相匹配。在本技术的一个实施方案中，石墨烯膜可以通过光刻或其他方法作出图案(即图样化)，也可成为屏蔽层，这取决于触摸屏电路的要求。优选地，所述两个石墨烯膜是平行的。优选地，所述电极中两个石墨烯膜之间的间距为 50nm-500 u m,优选 100nm-50 u m,更优选 200-25 u m。所述空间内的离子液体和/或聚合物电解质，其量应能覆盖空间内石墨烯膜的整个表面，优选充满整个空间。优选在充入离子液体和/或聚合物电解质之后，对所述空间进行密封，密封可以通过可实现该目的的任何常规手段进行，例如用树脂、硅胶等密封。所述离子液体可以是，但不限于，NaCl、KC104、DEME-TFSI (N，N-二乙基_N_ (2-甲氧基乙基)-N-甲基铵二(三氟甲基磺酰基)_酰亚胺)等。所述聚合物电解质可以是，但不限于，聚氧化乙烯(PEO, polyethylene oxide)、PEO/碱金属盐(优选KC104/PE0)等。所述掺杂电极可以是钛-金(即指由钛层或金层组成)、金、银等金属、或金属合金、或金属或其合金的导电油墨，但不限于此。其可以例如通过沉积而彼此独立地置于石墨烯膜上。在本技术的一个实施方案中，以电掺杂方式降低石墨烯电极的薄膜电阻，同时不会降低电极的透光率。此时，通过导线将掺杂电极与施加电偏压的装置相连，将电偏压施加于石墨烯膜。优选地，通过掺杂电极施加于所述石墨烯膜的电偏压Vtj为O至±10V，优选为±0. 5至±5V，更优选为±2. 5V。优选地，所述石墨烯膜与掺杂电极之间或与绝缘介质之间均可通过例如沉积而连接在一起。绝缘介质可以是氧化硅、氮化硅，绝缘聚合物，但不限于此。导线可以是金属导线，例如金、银、铜等、或其合金、或其导电油墨，但不限于此。 以下结合示意图对本技术进行更充分地描述。图I为本技术一个实施方案的石墨烯透明电极结构的一个示意图。图示的电极结构包括两个石墨烯膜103和104。两个石墨烯膜之间的空间充满了离子液体107。由于一些离子液体和/或聚合物电解质对氧气和水蒸汽敏感，易变质，所以离子液体107需要被密封在透明电极结构之中。两个石墨烯膜103和104分别与两个掺杂电极106相连。两个 掺杂电极106之间沉积绝缘介质105以防短路。导线108用来实现掺杂电极106与外电气线路的连接。在两个石墨烯膜103和104之间施加驱动电压第一驱动电压V1和第二驱动电压V2的电偏压用于驱动透明电极，其中第一驱动电压的范围为0到10V，优选0. 2到6V，更优选0. 5到IV ;第二驱动电压的范围为0到10V。当电偏压Vs通过所述掺杂电极作用于石墨烯膜103和104之间，离子液体(ILS)和/或聚合物电解质与两个石墨烯膜之间产生双电层电容(EDLCS)。此双电层电容可产生大电容量，并在保证透光率的前提下导致高载流子密度。图2显示的是本技术电极在电偏压下产生的双电层的一个示意图。在电偏压情况下，如图2所示，离子液体和/或聚合物电解质的阳离子和阴离子分别朝着带相反电荷的电极移动，形成双电层(EDL)，使得非常高密度的载流子聚集在石墨烯膜上。高载流子密度会非常显著地改善石墨薄膜的导电性，从而显著降低本技术电极的电阻。同时电极的透光率不受离子液体或聚合物电解质的影响。这样的电极能够满足非常低电阻和高透光率的要求，可用于多种电子设备和太阳能电池。此外由于石墨烯有良好的柔韧性，所述电极还适于对柔韧性有很高要求的应用。本技术还提供了一种制备该石墨烯电极的方法，包括(I)制备两个石墨烯膜；(2)沿石墨烯膜的整个边缘设置一种绝缘介质，与所述两个石墨烯膜围成一个空间；(3)在所述空间内充入离子液体和聚合物电解质中的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯电极，其特征在于，包括：（1）两个石墨烯膜（103；104），其与沿石墨烯膜的整个边缘设置的绝缘介质（105）围成一个空间，（2）至少一种离子液体（107），其位于所述空间内；和（3）两个掺杂电极（106），其分别置于两个石墨烯膜（103；104）上，并且位于所述空间之外，彼此不接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭鹏，金虎，
申请(专利权)人：彭鹏，
类型：实用新型
国别省市：