掺杂石墨烯柔性透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂石墨烯柔性透明电极及其制备方法；所述柔性透明电极由柔性透明基板和柔性透明基板上的掺杂有异质原子及分子的掺杂石墨烯组成；石墨烯的掺杂方法有非替代掺杂、替代掺杂和复合掺杂。本发明专利技术以化学气相沉积法（CVD）生长的石墨烯为原料，经过化学手段实现石墨烯异质原子及分子级的掺杂，将经过掺杂的石墨烯用于构建柔性透明电极，所制备的掺杂石墨烯柔性透明电极具有低电阻、高透光率和可弯曲的优良性质，其方块电阻达到3~500Ω/sq，透光率达到87.4~97.6%，优于现有的氧化铟锡(ITO)、碳纳米管膜等材料制备的透明电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性透明电极材料
，特别涉及一种。
技术介绍
透明导电电极材料在触摸屏、平板显示、发光器件、太阳能电池等领域有着广泛的应用。目前的电子器件主要是在硬质基底上，而柔性器件逐渐引起了越来越多人的关注，是未来发展的趋势。石墨烯作为一种半金属材料，具有发达的柔性孔隙结构，决定了其具有柔性的特点；石墨烯内部载流子浓度高达IO13 cm_2，其理论迁移率能达到200000 cm2/V*s，而且石墨烯的透光率达到97.7%，这些独特且优异的性质使得石墨烯成为透明电极材料最有潜力的替代品之一。化学气相沉积(CVD)法生长石墨烯能够将大面积的石墨烯转移在任意需要的衬底上，实现大面积透明电极的制备。然而CVD法制备的大面积石墨烯是多晶结构，具有较多的缺陷和晶界，这些缺陷导致载流密度减少，而另一方面晶界降低迁移率，从而使得其具有很大的薄膜电阻(>1 kQ/Sq)，远远大于现有的ITO透明导电膜的电阻；载流密度也远小于机械剥离的石墨烯。目前为止大面积单晶石墨烯难以通过CVD法生长，因此，对现有的多晶CVD石墨烯进行改性，减小缺陷和晶界对电学性质的影响，是提高其利用效率最有效的办法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种，将经过掺杂的石墨烯用于构建柔性透明电极，所制备的掺杂石墨烯柔性透明电极具有低电阻、高透光率和可弯曲的优良性质。本专利技术公开了一种掺杂石墨烯柔性透明电极，所述柔性透明电极由柔性透明基板和柔性透明基板上的掺杂有异质原子及分子的掺杂石墨烯组成。进一步，所述柔性透明电极的尺寸为广80英寸，所述掺杂石墨烯的厚度为0.7 3.0nm，所述掺杂石墨烯中异质原子及分子的掺杂含量为0.025 15 at%。本专利技术还公开了一种掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源和保护气的条件下在基底上生长石墨烯；2)将生长在基底上的石墨烯转移到柔性透明基板上，得到石墨烯柔性透明导电薄膜； 3)将石墨烯柔性透明导电薄膜在含有化学掺杂试剂的溶液中浸泡掺杂或进行金属纳米粒子掺杂，得到掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜；4)将掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜进行切割成型，得到掺杂石墨烯柔性透明电极。进一步，所述步骤I)中，基底为铜箔，气体碳源为甲烷，保护气为氮气，生长温度为60(ril00°C，生长时间为6 60min。进一步，所述步骤3)中，所述化学掺杂试剂为HN03、H2SO4, KMnO4, AuCl3或K2S2O8,所述金属纳米粒子为Au、Ag、Fe、Cu和Pt中的一种或多种。本专利技术还公开了另一种掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源、气体掺杂剂和保护气的条件下在基底上生长掺杂的石墨稀; 2)将生长在基底上的掺杂石墨烯转移到柔性透明基板上，得到掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜； 3)将掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜进行切割成型，得到掺杂石墨烯柔性透明电极。 进一步，所述步骤I)中，基底为铜箔，气体碳源为甲烷，保护气为氮气，气体掺杂剂为氨气、硼烧和硼烧氨中的一种或多种，生长温度为600 1100°C,生长时间为6 60min。本专利技术还公开了另一种掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源、气体掺杂剂和保护气的条件下在基底上生长掺杂的石墨稀; 2)将生长在基底上的掺杂石墨烯转移到柔性透明基板上，得到单一掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜； 3)将单一掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜在含有化学掺杂试剂的溶液中浸泡掺杂或进行金属纳米粒子掺杂，得到复合掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜；4)将复合掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜进行切割成型，得到掺杂石墨烯柔性透明电极。进一步，所述步骤I)中，基底为铜箔，气体碳源为甲烷，保护气为氮气，气体掺杂剂为氨气、硼烧和硼烧氨中的一种或多种，生长温度为600 1100°C,生长时间为6 60min。进一步，所述步骤3)中，所述化学掺杂试剂为HN03、H2SO4, KMnO4, AuCl3或K2S2O8,所述金属纳米粒子为Au、Ag、Fe、Cu和Pt中的一种或多种。本专利技术的有益效果在于:本专利技术以化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯为原料，经过化学手段实现石墨烯异质原子及分子级的掺杂，将经过掺杂的石墨烯用于构建柔性透明电极，所制备的掺杂石墨烯柔性透明电极具有低电阻、高透光率和可弯曲的优良性质，其方块电阻达到3 500 Ω/sq，透光率达到87.4、7.6%，优于现有的氧化铟锡(ITO)、碳纳米管膜等材料制备的透明电极；本专利技术的掺杂石墨烯柔性透明电极可以代替传统的ITO透明导电膜，应用于柔性液晶面板、柔性触摸屏、太阳能电池等领域。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中: 图1为非替代掺杂石墨烯柔性透明电极的制作过程示意 图2为替代掺杂石墨烯柔性透明电极的制作过程示意 图3为复合掺杂石墨烯柔性透明电极的制作过程示意 图4为复合掺杂后石墨烯表面异质原子与基团的化学结构示意图。具体实施例方式以下将参照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。本专利技术的掺杂石墨烯柔性透明电极由柔性透明基板和柔性透明基板上的掺杂有异质原子及分子的掺杂石墨烯组成；所述柔性透明电极的尺寸为广80英寸，所述掺杂石墨烯的厚度为0.7^3.0nm，所述掺杂石墨烯中异质原子及分子的掺杂含量为0.025^15 at%。本专利技术中，石墨烯的掺杂方法有非替代掺杂、替代掺杂和复合掺杂。实施例1 如图1所示，采用非替代掺杂，本实施例的掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源和保护气的条件下在基底上生长石墨烯； 2)将生长在基底上的石墨烯转移到柔性透明基板上，得到石墨烯柔性透明导电薄膜； 3)将石墨烯柔性透明导电薄膜在含有化学掺杂试剂的溶液中浸泡掺杂，得到掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜； 4)将掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜进行切割成型，得到掺杂石墨烯柔性透明电极。所述步骤I)中，优选的工艺条件是:基底为铜箔，气体碳源为甲烷，保护气为氮气，生长温度为60(Tll0(TC，生长时间为6飞Omin。所述步骤3)中，所述化学掺杂试剂为HN03、H2SO4, KMnO4, AuCl3或K2S208。本实施例制备得到的掺杂石墨烯柔性透明电极的方块电阻在35 450 Ω /sq之间，透光率在90.8 97.1%之间。`实施例2 本实施例与实施例1的不同之处在于步骤3)，本实施例是将石墨烯柔性透明导电薄膜进行金属纳米粒子掺杂，具体的掺杂方法为:制备所需尺寸的金属纳米颗粒、纳米线等不同形貌的纳米粒子(所述金属纳米粒子优选自Au、Ag、Fe、Cu和Pt中的一种或多种),均勻涂覆在柔性透明基板上的石墨烯表面，进行多段程序升温退火处理，形成金属纳米粒子掺杂的石墨烯，得到掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜。本实施例制备得到的掺杂石墨烯柔性透明电极的方块电阻在2(Γ150 Ω /sq之间，透光率在90.Γ95.5%之间。实施例3 本实施例与实施例1的不同之处在于步骤3)，本实施例是将石墨烯柔性透明导电薄膜进行金属纳米粒子掺杂，具体的掺杂方法为:将金属前驱体及还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂石墨烯柔性透明电极，其特征在于：所述柔性透明电极由柔性透明基板和柔性透明基板上的掺杂有异质原子及分子的掺杂石墨烯组成。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂石墨烯柔性透明电极，其特征在于:所述柔性透明电极由柔性透明基板和柔性透明基板上的掺杂有异质原子及分子的掺杂石墨烯组成。2.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯柔性透明电极，其特征在于:所述柔性透明电极的尺寸为广80英寸，所述掺杂石墨烯的厚度为0.7^3.0nm，所述掺杂石墨烯中异质原子及分子的掺杂含量为0.025 15 at%。3.—种权利要求1或2所述的掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源和保护气的条件下在基底上生长石墨烯； 2)将生长在基底上的石墨烯转移到柔性透明基板上，得到石墨烯柔性透明导电薄膜； 3)将石墨烯柔性透明导电薄膜在含有化学掺杂试剂的溶液中浸泡掺杂或进行金属纳米粒子掺杂，得到掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜； 4)将掺杂石墨烯柔性透明导电薄膜进行切割成型，得到掺杂石墨烯柔性透明电极。4.根据权利要求3所述的掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，其特征在于:所述步骤I)中，基底为铜箔，气体碳源为甲烷，保护气为氮气，生长温度为60(Tll0(rC，生长时间为 6 60min。5.根据权利要求3所述的掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，其特征在于:所述步骤3)中，所述化学掺杂试剂为HN03、H2SO4, KMnO4, AuCl3或K2S2O8,所述金属纳米粒子为Au、Ag、Fe、Cu和Pt中的一种或多种。6.一种权利要求1或2所述的掺杂石墨烯柔性透明电极的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)采用化学气相沉积法，在气体碳源、气体掺杂剂和保护气的条件下在基底上生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德萍，史浩飞，李占成，刘海燕，张永娜，李朝龙，魏东山，汤林龙，魏大鹏，杜春雷，
申请(专利权)人：重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：