在一些实施方式中，本发明专利技术提供包括以下部件的透明电极：（1）网格结构；以及（2）与该网格结构结合的石墨烯膜。在另一些实施方式中，本发明专利技术的透明电极还包括基片，例如玻璃。本发明专利技术的另一些实施方式涉及制备上述透明电极的方法。这些方法通常包括：（1）提供网格结构；（2）提供石墨烯膜；以及（3）将该石墨烯膜与该网格结构结合。在另一些实施方式中，本发明专利技术的方法还包括将透明电极与基片结合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于石墨烯的透明电极和网格混合结构相关申请交叉参考本申请要求以下美国临时专利申请的优先权2010年3月8日提交的第61/311615号，2010年5月24日提交的第61/347700号，以及2011年I月18日提交的第61/433702号。本申请还涉及2011年3月8日与本申请同时提交的题为“由非气相碳源生长石墨烯膜(Growth of Graphene Films from Non-gaseous CarbonSources)，，的 PCT 申请。上述各申请的全部内容都通过参考结合于此。关于联邦资助研究的声明本专利技术在以下政府支持下完成美国海军部海军研究拨款第N000014-09-1-1066号，美国空军研究实验室拨款第FA8650-05-D-5807号，以及美国空军科学研究办公室拨款第FA9550-09-1-0581号，都由美国国防部授予。美国政府对本专利技术享有一定权利。
技术介绍
透明电极结构在光电子领域中有许多应用。目前的透明电极在许多方面存在限制，包括低电导率、高薄层电阻、低透光率、脆性和高成本。因此，目前需要开发更为光学透明的电极，并提供其有效的制造方式。专利技术概述在一些实施方式中，本专利技术提供了包括以下部分的透明电极(1)网格结构；以及(2)与该网格结构结合的石墨烯膜。在一些实施方式中，网格结构选自金属、碳纳米管、石墨、无定形碳、金属颗粒(例如金属纳米颗粒和金属微米颗粒)及其组合。在一些实施方式中，石墨烯膜位于网格结构的顶 表面上并与该网格结构粘合。在另一些实施方式中，本专利技术的透明电极还包括基片，例如玻璃、石英、氮化硼、硅和聚合物(例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET))。在一些实施方式中，基片位于网格结构和石墨烯膜之下。在一些实施方式中，网格结构位于基片的顶表面上，石墨烯膜位于网格结构的顶表面上。在一些优选的实施方式中，本专利技术的透明电极在约400nm和约1200nm之间的波长范围中(例如550nm)的透光率大于约70%。在一些更具体的实施方式中，本专利技术的透明电极在同样波长范围中的透光率大于约79%。本专利技术的其他一些实施方式涉及制备上述透明电极的方法。这些方法通常包括(I)提供网格结构；(2)提供石墨烯膜；以及(3)将该石墨烯膜与该网格结构结合。在一些实施方式中，通过例如以下一种或多种方法提供石墨烯膜化学气相沉积，碳源(例如固体碳源，如聚合物)在催化剂表面上的生长，石墨烯氧化物的(例如金属表面)还原，碳纳米管分裂，石墨烯颗粒或前体的喷射，或者石墨剥落。在一些实施方式中，在形成之后，石墨烯膜位于网格结构的顶表面上。在另一些实施方式中，石墨烯膜与网格结构的结合还包括将该网格结构与石墨烯膜粘合的退火步骤。在另一些实施方式中，本专利技术的方法还包括将透明电极与基片结合。在一些实施方式中，结合操作包括(I)将网格结构置于基片的顶表面上，以及(2)将石墨烯膜置于该网格结构的顶表面上。在另一些实施方式中，上述方法还包括将上述部件粘合的退火步骤。如以下更详细描述的，本专利技术的透明电极提供了优于现有技术的透明电极的许多改进的性质，尤其是在透光率、电导率和薄层电阻方面。本专利技术的透明电极还提供了许多涉及光电子领域的应用，包括在有机光电装置、有机发光装置、液晶显示装置和触摸屏中的应用。附图说明为了获得本专利技术的上述和其他优点与目标，通过参考具体实施方式并结合附图对以上简述的本专利技术进行更具体的说明。这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，因此不应认为是对其范围的限制，利用附图对本专利技术的其他特性和细节进行描述，附图中图1描绘了根据本专利技术具体实施方式的透明电极的不同排列。图1A描绘了透明电极10，其中石墨烯膜12位于网格结构14和基片16的顶上。图1B描绘了透明电极20，其中石墨烯膜22夹在网格结构24和基片26之间。图1C描绘了图1A中所示透明电极结构的更具体的实施方式，其中网格结构是金属网格，基片是透明的。金属网格被描绘成基片上的白色线条。石墨烯分子结构和网格不是按比例绘制的，其中的网格间距事实上比石墨烯晶格尺寸大得多。图1D-1E显示了透明基片上金属网格的更多光学图像。在该实施方式中，金属网格是Au网格，透明基片是玻璃。Au网格尺寸为100 μ m，网格线条的宽度约为10 μ m。图1F-1G显示了在铜箔上生长的石墨烯的光学显微镜图像。晶粒边界的尺寸为几百微米。图2显示了根据本专利技术一些实施方式形成透明电极的示例性方法。方案A1-A4描绘了在透明基片上制备金属网格，其中Al表示在透明基片上沉积金属膜(金属I)和光致抗蚀剂；A2描绘了网格结构的光刻图案化；A3描绘了金属膜的湿蚀刻；A4描绘了光致抗蚀剂的去除。方案B1-B4描绘了通过使用固体碳源(PMMA)制备石墨烯膜，其中BI描绘了在铜箔(金属2)上旋涂PMMA ；B2描绘了使用固体碳源生长石墨烯膜；B3描绘了在石墨烯上旋涂PMMA牺牲层；B4描绘了铜箔的湿蚀刻。方案AB1-AB2描绘了混合电极的组装，其中ABl描绘了将石墨烯转移到金属网格结构的顶表面；AB2描绘了通过溶解在丙酮中去除PMMA牺牲层。图3显示了对各种透明电极的分析和比较。图3A显示了石墨烯透明电极的透光率(黑色轴)、薄层电阻(蓝色轴)和载荷子密度(红色轴)。橙色点是用于该工作中的混合石墨烯电极。黑色点是与混合石墨烯同一平面上的未掺杂CVD石墨烯。红色点是HNO3掺杂的石墨烯，其与计算结果相匹配。紫色点是AuCl3掺杂的石墨烯。由于没有报告其载荷子密度，所以将这些数据点置于IO12和IO13CnT2的中间。图3B显示了混合石墨烯电极的透光率和薄层电阻与市售透明电极材料和之前研究结果的比较。图3C显示了各种金属网格和混合膜的透光率。其他细节参见表2。图3D显示了玻璃和PET基片上的混合石墨烯膜的照片。在图3D上部，从左到右分别是=PET上石墨烯/铜网格混合(200 X 200 X 5 μ m)电极的照片，玻璃上石墨烯/金网格混合(100 X 100 X 10 μ m)电极的照片，以及玻璃上石墨烯/铜网格混合(100 X 100 XlOym)电极的照片。底部照片是PET上弯曲石墨烯/铜网格混合电极。图4显示了图3中使用的透明电极的光谱和SEM分析。图4A显示了图3中使用的石墨烯的拉曼光谱。该拉曼光谱使用SiO2表面上转移的石墨稀摄得。图4B显示了石墨烯在金属网格覆盖的玻璃上的拉曼光谱。插入图显示了摄得该拉曼光谱的路径。插入图中的比例标尺为20μπι。图4C-4D显示了混合透明电极的SEM图像。石墨烯覆盖的区域颜色较深且平坦。图5显示了各种网格结构的光学图像。图5Α显示了玻璃上Cu网格的光学图像。Cu网格尺寸为200 μ m，网格线条的宽度为 5 μ m0图5B显示了玻璃上Al网格的光学图像。Al网格尺寸为100 μ m,网格线条的宽度为 10 μ m。图5C显示了 PET上Cu网格的光学图像。Cu网格尺寸为100 μ m,网格线条的宽度为 10 μ m。`图显示了 PET上Al网格的光学图像。Al网格尺寸为200 μ m,网格线条的宽度为 5 μ m0图6显示了各种石墨烯/金属网格混合电极的显微镜照片。石墨烯覆盖所有图像的下部，如红色虚线所示。图6A显示了玻璃上石墨烯/金网格混合电极的光学显微镜图像。网格尺寸为10本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.08 US 61/311,615;2010.05.24 US 61/347,700;1.一种透明电极，其包括a.网格结构；和b.与该网格结构结合的石墨烯膜。2.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述网格结构和石墨烯膜互相粘合。3.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜位于网格结构的顶表面上。4.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述网格结构选自金属、碳纳米管、石墨、无定形碳、金属颗粒、金属纳米颗粒、金属微米颗粒及其组合。5.如权利要求4所述的透明电极，其特征在于，所述网格结构包含一种或多种选自以下的碳纳米管单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳纳米管、超短碳纳米管及其组合。6.如权利要求4所述的透明电极，其特征在于，所述网格结构包含一种或多种选自以下的金属:Au、Pt、Cu、Ag、Al、Ni及其组合。7.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜包含原始石墨烯。8.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜包含掺杂的石墨。9.如权利要求8所述的透明电极，其特征在于，所述掺杂的石墨烯膜包含一种或多种选自以下的杂原子三聚氰胺、碳硼烷、氨基硼烷、膦、氢氧化铝、硅烷、聚硅烷、聚硅氧烷、硫化物、硫醇及其组合。10.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜包含喷射的石墨烯颗粒，其中所述喷射的石墨烯颗粒选自石墨烯纳米薄片、石墨烯纳米带、剥落的石墨、还原的石墨烯氧化物、分裂的碳纳米管及其组合。11.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜是单层。12.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜包含多个层。13.如权利要求11所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯膜包含约两个层至约九个层。14.如权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述透明电极还包含基片。15.如权利要求14所述的透明电极，其特征在于，所述基片位于网格结构和石墨烯膜的下方。16.如权利要求14所述的透明电极，其特征在于，所述基片选自玻璃、石英、氮化硼、 硅、塑料、聚合物及其组合。17.如权利要求14所述的透明电极，其特征在于，所述网格结构位于基片的顶表面上， 石墨烯膜位于网格结构的顶表面上。18.如权利要求1所述的透明电极,其特征在于,所述电极在约400nm至约1200nm之间的波长区域中具有大于约70%的透光率。19.一种制备透明电极的方法，其特征在于，所述方法包括a.提供网格结构；b.提供石墨稀I吴；和c.将该石墨烯膜与该网格结构结合。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·图尔，朱宇，
申请(专利权)人：威廉马歇莱思大学，
类型：
国别省市：
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