[发明专利]规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法

说明书

技术领域:

本发明涉及石墨烯复合透明导电膜的制备技术，具体为一种规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法。

背景技术:

透明导电薄膜是一种重要的光电材料，广泛应用于触摸屏、液晶显示、有机发光二极管显示(OLED)、太阳能电池等光电领域。电子信息产品和技术的不断发展和升级换代，对透明导电膜的发展提出了柔性化、超轻薄化、高稳定性等更高的要求。铟锡氧化物(ITO)是目前综合性能最好的透明导电薄膜，但ITO存在资源短缺、成本高、柔韧性和化学稳定性差等诸多问题，无法满足新型透明导电膜的要求。

石墨烯是由单层碳原子构成的具有蜂窝状结构的一种新型二维碳材料。石墨烯具有优异的导电性，电导率是铜的1.6倍；石墨烯对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性，单层石墨烯的透光性达97.7％；石墨烯的强度可达130GPa，是钢的100多倍，并具有优异的柔韧性、热稳定性和化学稳定性。因此，石墨烯作为透明导电膜可以充分发挥其结构与性能优势，受到了极大关注。在采用不同方法制备的石墨烯材料中，由于CVD生长的石墨烯具有质量高，尺寸易于放大的突出优点，普遍采用基于CVD法制备的石墨烯制备石墨烯透明导电薄膜。但是，目前石墨烯透明导电膜无法同时满足优异的光电性能和高的稳定性。相比而言，石墨烯与其他透明导电膜形成的复合膜在光电性能和稳定性方面均优于单一的石墨烯薄膜。典型的复合透明导电膜包括石墨烯分别与金属纳米线、金属网格、纳米碳管、透明导电高分子形成的薄膜，性能改善主要由于石墨烯与其他透明导电膜各自性能优势的互补和协同作用。然而，现有制备方法获得的复合薄膜在性能、制备效率和成本方面仍存在较大的提高空间。目前主要采用转移后的CVD石墨烯薄膜用于复合。一方面，转移造成杂质残留对石墨烯与其他透明导电膜的界面造成污染，因此复合过程中其他透明导电膜无法与石墨烯的本征表面形成有效接触，限制了两者之间的协同作用；另一方面，单独转移石墨烯所需的介质涂覆和去除步骤既增加了成本，又降低了转移效率，而且转移再复合的方法使制备过程较为繁琐，因此不利于规模化制备大面积石墨烯复合薄膜。综上，目前亟需发展针对大面积、高性能石墨烯复合薄膜的低成本、规模化制备技术。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，利用其他透明导电薄膜作为石墨烯转移介质的组成部分(界面层)制备复合薄膜的新方法，可同时实现石墨烯的转移与薄膜的复合，适用于规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜。

本发明的技术方案是：

一种规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，所制备的薄膜包括石墨烯层、界面层和透明基体，界面层为透明导电薄膜，界面层与石墨烯的本征表面接触并位于石墨烯和透明基体之间；首先在初始基体上的大面积石墨烯表面和/或透明基体表面形成界面层，石墨烯与界面层构成复合透明导电膜，然后将初始基体上的石墨烯、界面层和透明基体进行结合，最后将石墨烯与初始基体分离，从而制备出大面积石墨烯复合透明导电膜；具体步骤如下：

(1)在初始基体上的大面积石墨烯表面和/或透明基体表面形成界面层；

(2)将初始基体上的石墨烯、界面层和透明基体进行结合；

(3)石墨烯与初始基体分离。

所述的规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，石墨烯为采用化学气相沉积方法生长的石墨烯或析出方法生长的石墨烯，位于初始基体上的石墨烯的平均层数为单层、双层、少层或多层，层数小于50层；石墨烯的本征表面特指转移前的石墨烯表面，未受到转移介质和溶液的污染。

所述的规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，界面层为透明导电薄膜材料，包括金属薄膜、金属纳米线、金属网格、纳米碳管及其衍生物、石墨烯的衍生物、透明导电高分子、铟锡氧化物(ITO)和铝锌氧化物(AZO)之一或两种以上的复合材料，界面层的厚度为0.3nm～500nm。

所述的规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，形成界面层材料的方法包括印刷、辊压涂覆、刮涂、线棒涂布、狭缝式涂布、喷涂、旋涂、提拉、化学气相沉积、物理气相沉积、蒸发镀膜、溅射镀膜之一或两种以上。

所述的规模化制备大面积、高性能石墨烯复合透明导电膜的方法，对形成的界面层材料进行后处理，包括掺杂、加热40～600℃、加压0.1～10MPa、蚀刻和清洗之一或两种以上。