[发明专利]一种石墨烯掺杂材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯掺杂材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是由碳原子直接紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。目前石墨烯薄膜的制备方法主要有微机械玻璃法、液相化学法、碳化硅外延石墨烯薄膜阀、化学气相沉积法等。其中通过微机械剥离法获得石墨烯不仅面积小，且产量少，不具有工业使用价值。通过液相化学法、碳化硅外延石墨烯薄膜法、化学气相沉积法得到的石墨烯薄膜方阻较大。液相化学法获得的石墨烯薄膜方阻在5KΩ左右，碳化硅外延石墨烯薄膜方阻在105KΩ左右，通过化学气相沉积法得到的单层石墨烯薄膜方阻在1 KΩ左右。化学气相沉积法得到的石墨烯薄膜叠加多层后，可以有效降低石墨烯薄膜的方阻，但叠加多层的同时，石墨烯薄膜的光透射率也在降低。因此限制了石墨烯薄膜在显示技术领域及其他工业领域的应用。

因此现有技术中为了克服石墨烯薄膜方阻大的缺陷采用硝酸掺杂或氯金酸掺杂。

使用硝酸掺杂，稳定性差，且对接触层具有强烈的腐蚀作用。

申请号为CN201110041766.0的中国专利申请，公开了一种降低石墨烯薄膜方阻的方法，包括将石墨烯薄膜及其基片浸泡于具有给予电子或给予空穴能力的溶液中一定时间，其中具有给予电子能力的溶液采用氯金酸或氯铂酸。采用氯金酸掺杂石墨烯后其方阻降低明显，可至未掺杂时的1/3，然而氯金酸对UV光极其敏感，经光照后方阻又会增加。因此对紫外光敏感的性质限制了石墨烯在很多电子元件方面的应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述不足提供一种有效降低方阻，不影响透光率的石墨烯掺杂材料及其制备方法和应用。

实现本发明目的的技术方案一是：一种石墨烯掺杂材料为石墨烯掺杂含卤素金属盐、氧化钼、氧化锌、氧化钛中一种掺杂剂的材料，其中卤素金属盐优选溴化银、氯化钠或溴化钾。

所述石墨烯掺杂材料为将石墨烯材料经过干法或湿法工艺掺杂所述掺杂剂而成，所述干法工艺包括热蒸镀、溅镀工艺中一种，所述湿法工艺包括旋涂、电化学沉积、溶液浸泡工艺中一种，所述掺杂剂优选氧化钼。

上述石墨烯掺杂材料的热蒸镀工艺制备方法包括如下步骤：（1）将基板放入热蒸镀仪器真空腔中后抽真空，调整电流加热溶解掺杂剂粉末，在基板上热蒸镀掺杂剂，形成掺杂剂基板；（2）取石墨烯薄膜转移在前述掺杂剂基板上；（3）将前步基板在惰性气体条件下退火处理。

上述的石墨烯掺杂材料的制备方法，所述步骤（1）的基板为平整度高的物质，优选为玻璃或PET或硅片或经加热后可固化的水胶，更优选为玻璃或PET。

上述的石墨烯掺杂材料的制备方法，所述步骤（3）的惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种或多种，优选氩气。

上述的石墨烯掺杂材料的制备方法，所述步骤（3）中退火处理为400~500℃，退火时间2~8小时。

上述石墨烯掺杂材料的溶液浸泡工艺的制备方法是（1）将掺杂剂溶解在溶剂中，形成掺杂剂溶液；（2）将带有衬底的石墨烯薄膜放入前步掺杂剂溶液中5~50分钟，优选5~10分钟。

上述的石墨烯掺杂材料可作为透明电极应用，优选在触摸屏、OLED、OPV上作为电极应用。

本发明掺杂剂优选氧化钼，氧化钼具有强的吸电子能力，可改变碳原子表面电荷分布，提高石墨烯材料的空穴浓度，宏观表现为导电性提高。

本发明具有积极的效果： 

（1）本发明通过石墨烯掺杂剂实现不影响石墨烯在可见光范围内的透过率的前提下，使得带基底的石墨烯薄膜的方阻从830Ω左右降低至530Ω左右，导电能力提高且稳定性好；（2）本发明采用干法或湿法工艺进行掺杂，具有镀层厚度易控、掺杂量易控、且均一性高等优点；（3）采用退火工艺时，掺杂剂与石墨烯结合更紧密，后续使用时不易受环境影响。

具体实施方式

（实施例1）

取带有玻璃衬底石墨烯薄膜，石墨烯层数为2层；三氧化钼粉末；

按照如下步骤制备三氧化钼掺杂石墨烯材料：（1）将带有衬底的石墨烯薄膜放入热蒸镀仪真空腔中后抽真空，真空度为1*10^-4Pa；（2）蒸镀，调整电流为90A加热溶解氧化钼固体粉末，三氧化钼在700℃左右蒸发沉积至石墨烯薄膜上，通过热蒸镀仪的挡板来隔离三氧化钼控制三氧化钼层的厚度，厚度为10纳米。使用时可将本实施例所得三氧化钼掺杂石墨烯材料作为触摸屏的基底电极使用。

（实施例2）

取带有PET衬底石墨烯薄膜，石墨烯层数为3层；溴化钾粉末；