石墨烯透明导电薄教程文件.ppt

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1、石墨烯透明导电薄1.2两种常用透明导电薄膜优缺点分析金属膜具有良好的导电性，但其透光率较差。铟锡氧化物（ITO）由于其高导电率和高透光率已经成为透明导电薄膜的主要材料之一。然而使用过程中，ITO也存在一些缺点。包括：(1)铟的价格持续上涨，使得ITO成为日益昂贵的材料。（2）ITO的质地较脆，使得其不能满足一些新应用（例如可弯曲的LCD、有机太阳能电池）的性能要求。（3）ITO的制备方法（例如喷镀、蒸发、脉冲激光沉积、电镀）费用高昂。2.1石墨烯的优良特性自2004年第一次制备得到独立的单层石墨烯以来，吸引了众多科学家对石墨烯的研究，

2、石墨烯已经成为材料及凝聚态物理领域一颗闪耀的新星。石墨烯独特的二位晶体结构，赋予了它独特的性能，研究发现，石墨烯具有优良的机械性能，杨氏模量约1000GPa，同时由于其特殊的能带结构，石墨烯也表现出许多优良的的电学性质。2.2石墨烯优良的光电性质一、优良的电学性质：1、研究表明，石墨烯电子传导速率可达，2、由于石墨烯特殊的能带结构可以使得电子与空穴相互分离，因而即使在室温条件下也能观察到量子霍尔效应。3、石墨烯中电子传输的阻力也很小，可以移动亚微米的距离而不发生散射。研究表明，石墨烯薄层的内禀电子迁移率可以达到200000。比硅高10

3、0倍，比砷化镓高20倍。2.3石墨烯优良的光电性质优良的透光率1、理想单层石墨烯在白光的照射下不透明度只有(2.30.1)%，反射率是可以忽略不计的（0.1%）。2、在十层的时候反射率上升为2.0%，不透光度随着薄膜的厚度的增加而增加，每层石墨烯增加2.3%的不透光度。3、一般情况下要确保大范围波长领域的透明度，在游资的密度约地越好。不过，由于导电率与载流子迁移率和载流子密度的乘积成正比，因此如果载流子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意味这导电率较小，由于石墨烯的高载流子迁移率是得成为唯一对于包括远红外在内的所有红外线的高透明

4、性导电材料，从而成为下一代透明导电薄膜理想的替代材料。2.4石墨烯透明导电薄膜的潜在优势石墨烯透明导电薄膜是以石墨烯及其杂化材料替代铟锡氧化物（ITO）的透明薄膜。虽然石墨烯透明导电薄膜还处在研究阶段，但是石墨烯在许多方面比ITO具有更多的潜在优势，例如质量、坚固性、柔韧性、化学稳定性、红外透光性和价格等、因此采用石墨烯制备透明导电薄膜是一项很有前景的工作。3石墨烯透明导电薄膜的制备方法制备石墨烯透明导电薄膜的方法灵活多样，而且这些薄膜可以沉积到或转移到不同的基地上，如SiO2/Si、玻璃、石英、不饱和聚酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯

5、（PMMA）等。发展到目前有化学气相沉积法（CVD）真空抽滤法、旋转涂覆法、喷射涂覆法、等。目前化学气相沉积法(CVD)被认为是一种最有前景的制备几乎没有缺陷的石墨烯的方法之一，这种方法在碳纳米管的制备上被广泛使用。这里主要介绍CVD制备方法。3.1CVD法目前化学气相沉积法(CVD)是一种最有前景的制备几乎没有什么缺陷的方法，这种方法在碳纳米管的制备上被广泛使用。化学气相沉积法制备石墨烯薄膜一般是将单晶或多晶金属薄片或膜置于碳氢化合物气体中，加热催化碳氢化合物裂解，在基底表面沉积形成石墨烯膜。选用的金属材料通常是一些过渡金属材料，如

6、Co、Cu、Ni、Ir、Pt等。其中Cu和Ni使用的最多，不仅仅是因为他们价格相对便宜，更因为他们能更容易的被硝酸、氯化铁等溶液腐蚀，Cu和Ni上沉积的石墨烯膜，可以用热压贴合或PMMS转移到不同基底上，得到大面积、性能优良的石墨烯膜，如下图所示3.1CVD法3.1CVD-用Ni作为基底Jo等采用CVD法在Ni箔上沉积石墨烯膜，得到的石墨烯膜的透光率在波长为400-800nm范围内超过85%，薄膜电阻为620/sq。制得的多层石墨烯膜按照需求的外观形状用感应耦合等离子体（ICP）处理，用于GaN发光二极管(LEDs)的透明导电电极。得

7、到的光输出性能与传统的用铟锡氧化物作电极的GaNLEDs具有可比性。3.1CVD-用Cu作为基底就Ni基底而言，在CVD法制备石墨烯薄膜的过程中，温度是控制石墨烯薄膜质量和生长速率的关键。在石墨烯的沉积过程中，由于Ni的晶粒小，导致膜在晶界上产生多层石墨烯，厚度不一，而且Ni对碳的高溶解度也限制了石墨烯膜的生长。近期研究表明，Cu基底用于制备连续、均匀的单层石墨烯膜比Ni基底更有优势，分析认为，碳在Cu中的溶解度比其在Ni中的低，所以Cu在基底上更易得到均匀的单层石墨烯。3.1CVD-用Cu作为基底Srivastava等采用CVD法在

8、Cu箔上沉积石墨烯膜，得到连续的单层和多层的石墨烯膜，与其它小组不同的是他们采用的前体不是气体而是液相前体乙烷，如下图所示。基于液相前体的方法开创了一种便宜、方便的制备石墨烯薄膜的方法。采用含有各种掺杂的有机溶剂作前体可