[发明专利]单晶石墨烯片及其制备工艺和透明电极

说明书

技术领域

本公开涉及一种单晶石墨烯片和一种制备该单晶石墨烯片的工艺。

背景技术

通常，石墨是由键合形成六边形结构的碳原子的平面阵列形成的二维石墨烯片的叠层。近来，石墨烯片的测试显示了单层或多层石墨烯片的有益性质。石墨烯的一个有益性质在于，电子以完全不受阻碍的方式在石墨烯片中流动，也就是说，电子以真空中的光速流动。另外，对于电子和空穴，石墨烯片展现出不常见的半整数量子霍尔效应。

传统的石墨烯片的电子迁移率为大约20000至50000cm²/Vs。

在一些应用中，碳纳米管可以被用作导体。然而，由于在合成和纯化工艺期间的低产率导致碳纳米管非常昂贵。此外，单壁碳纳米管根据其手性和直径而展现出不同的金属和半导体特性。此外，具有相同半导体特性的单壁碳纳米管根据其手性和直径而具有不同的带隙能量。因此，优选地将单壁碳纳米管彼此分开，以获得期望的半导体或金属性质。然而，将单壁碳纳米管分开存在问题。

另一方面，在装置中使用石墨烯片是有利的，这是因为，由于石墨烯的电特性依赖于结晶取向，所以可以通过布置石墨烯片，使得其结晶取向在选择的方向，石墨烯片可以被设计为展现期望的电特性。预期的是，石墨烯片的特性可以被应用到未来的含碳电子装置或含碳电磁装置。

可以使用微机械法或通过SiC热分解来制备石墨烯片。根据微机械法，可以通过将Scotch^TM带附着到石墨样品并将所述带剥离，以将石墨烯片与附着到所述带表面的石墨分开。在这种情况下，分开的石墨烯片不包括均匀的层数，并且撕开部分不具有均匀的形状。此外，不能使用微机械法来制备大尺寸石墨烯片。同时，在SiC热分解中，加热SiC单晶以在其表面上通过SiC的分解来去除Si，然后，残留的碳形成石墨烯片。然而，在SiC热分解中用作原材料的SiC单晶材料非常昂贵，并且大尺寸石墨烯片的形成会出现问题。

因此，需要一种经济并可再现地制备具有期望电性质的大尺寸石墨烯片的工艺。

发明内容

公开了一种单晶石墨烯片。

还公开了一种制备所述单晶石墨烯片的工艺。

另外，公开了一种包括所述单晶石墨烯片的透明电极。

在实施例中，提供了一种单晶石墨烯片，所述单晶石墨烯片包含多环芳香分子，其中，多个碳原子彼此共价结合以形成单晶，单晶石墨烯片包括层数在大约1层至大约300层之间的层，Raman D带强度与Raman G带强度的峰比小于等于大约0.2。

Raman D带/Raman G带的峰比可以为0。

单晶石墨烯片可以具有大约1层至大约60层之间的层数。

单晶石墨烯片可以具有大约1层至大约15层之间的层数。

单晶石墨烯片的宽度和长度可以均在大约1mm至大约1000mm之间。

根据另一实施例，提供了一种制备单晶石墨烯片的方法，所述方法包括：形成触媒层，触媒层包括单晶石墨化金属触媒片；将含碳材料设置在触媒层上；在惰性气氛和还原性气氛中的至少一种中热处理触媒层和含碳材料。

含碳材料可以固溶在单晶石墨化金属触媒片中。

可以通过将包含碳的聚合物涂敷在触媒层的表面上、将包含碳的气体设置在触媒层上或将触媒层浸入包含碳的液体溶液中来执行将含碳材料设置在触媒层上的步骤。

触媒层可以包含从由Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、Zr以及包含前述金属中的至少一种的组合组成的组中选择的金属。

可以在大约300℃至大约2000℃之间的温度下执行热处理大约0.001小时至大约1000小时之间的时间。

所述方法还可以包括通过在热处理之后使用酸对单晶石墨烯片和触媒层进行处理来去除触媒层，以将单晶石墨烯片与触媒层分开。

根据本发明另一实施例，提供了一种包含所述单晶石墨烯片的透明电极。

透明电解可以是柔性的。

还公开了一种制备单晶石墨烯片的方法，所述方法包括：形成触媒层，触媒层包括单晶石墨化金属触媒片；将自组装聚合物设置在触媒层上；在惰性气氛和还原性气氛中的至少一种中热处理触媒层和自组装聚合物，以使含碳材料固溶在触媒层中；在足以使固溶的含碳材料沉淀的温度和时间条件下进行热处理并形成单晶石墨烯片。

附图说明

通过参照附图进一步详细地描述上面的和其它的方面、特征和优点的示例性实施例，上面的和其它的方面、特征和优点将变得更明显，附图中，

图1示意性示出根据现有技术的制备石墨烯片的工艺；