[发明专利]一种高可靠性CVD石墨烯透明红外发射膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高可靠性CVD石墨烯透明红外发射膜及其制备方法，其通过在石墨烯层和基底层之间设置一个附着力增强层，且该附着力增强层具有特定的结构，其具有柔顺的主链结构，且侧基为高极性基团，因此，其与石墨烯能够在分子尺度充分贴近，并通过分子链的协调运动，使得附着力增强层的极性基团最大程度地与石墨烯晶界缺陷形成强氢键作用，并通过氢键的断裂吸收传递至界面的应力，从而避免承受外力状态下单层石墨烯薄膜结构的破损；应力消失后，氢键又可逆的形成，因而提供了一种长效的界面作用力增强效果，保障红外发射膜的可靠性。

技术领域

本发明涉及远红外技术领域，具有涉及一种高可靠性CVD石墨烯透明红外发射膜及其制备方法。

背景技术

近年来，基于石墨烯的红外发射膜因其轻薄便携，外观透明，热容小且热损低等优点而广受关注。然而，通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)制备的石墨烯薄膜的晶界存在众多结构缺陷，极大削弱了其力学性能：拉伸强度和破坏应变分别只有2GPa和0.2％(Nat.Commun.2014,5,3782)。也正因为CVD制备的石墨烯的低力学强度，使得基于石墨烯的红外发射膜存在以下缺陷：

1.在红外发射膜加工制造过程中，CVD法制备的石墨烯与其它材料物理接触或摩擦时，容易受到损伤，从而降低产品良率；

2.在使用过程中，当红外发射膜受到局部集中应力或疲劳弯曲应力作用时，该红外发射膜中的石墨烯层将受力开裂或破损，从而造成红外发射膜功能减弱，甚至完全失效，缩短了红外发射膜的使用寿命。

目前最为常用的石墨烯薄膜转移方法是热释放法。以热释放胶带为临时基底将石墨烯薄膜从金属衬底转移下来并释放到透明目标基底表面，基底与石墨烯层直接接触，层间作用力弱，透明胶带能够轻易将石墨烯薄膜粘离基底表面，如附图4所示。在进一步的制程中石墨烯易损伤，且上层功能层，例如电极层，易脱落。已见报道的其它方法，以聚合物作为中间层连接基底与石墨烯层，并未针对石墨烯的附着力以及抗破坏能力进行优化，不能解决上述问题。例如专利CN201720046374.6中提到的环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺、丙烯酸树脂等，专利CN201610879056.8报道的多巴胺聚合物等，并不能提高石墨烯附着力，透明胶带仍然能够轻易破坏石墨烯层，如附图5所示，造成结构大面积缺损。

针对石墨烯层间作用力弱，附着力差，进而导致的制程良率及器件可靠性低下的问题，本发明提出通过特殊设计优化的聚合物层，以提高石墨烯膜层附着力，进而制备高可靠性的红外发射膜。

发明内容

为了解决现有技术中CVD石墨烯易受损而导致红外发射效果降低，甚至完全丧失的问题，本发明提供了一种基于单层CVD石墨烯薄膜高可靠性透明红外发射膜，可耐受1万次反复弯曲(弯曲半径为5mm)，保持红外发射功能的完好性。

为了达到上述技术效果，本发明提供的技术方案为：

一种高可靠性CVD石墨烯透明红外发射膜，包括从下至上依次层叠设置的透明基底、石墨烯层和电极层，所述透明基底和所述石墨烯层之间设置附着力增强层，且所述附着力增强层与所述石墨烯层直接接触，其中，所述附着力增强层是由富含极性有机官能团的聚合物制成的，所述极性有机官能团包括羟基、羧基、巯基和磺酸基中的任意一种，或者，所述极性有机官能团包括羟基和巯基。

其中，所述附着力增强层中的极性有机官能团含量为0.17-2.1mol/100g。

进一步地，所述附着力增强层的厚度为0.1-500um，优选地，所述附着力增强层的厚度为0.1-15um。

其中，所述石墨烯层为通过CVD方法制备的单层石墨烯薄膜，由众多小单晶拼接而成的连续结构，其所包含石墨烯单晶大小为0.1-100um；

进一步地，石墨烯单晶平均大小为3-6um。