论文部分内容阅读
二维材料石墨烯兼具优异的电学、光学、热学和机械性能，在透明导电薄膜领域具有重要的研究价值和应用前景，有望取代传统透明导电薄膜氧化铟锡(ITO)在光电子、微电子、军事和通讯领域的广泛应用。本文着眼于石墨烯透明导电薄膜的产业化应用，围绕大面积高质量石墨烯的生长、转移和掺杂，对石墨烯基透明导电薄膜的制备与应用展开全面的研究。主要贡献及创新包括: 石墨烯生长方面，提出并利用同位素示踪原子技术证实一种碳源铜箔内表面到外表面扩散的新的石墨烯生长机制;提出并利用同位素示踪原子技术证实一种铜箔外表面到内表面逆扩散的刻蚀机制;在8 inch的化学气相沉积(CVD)设备量产石墨烯薄膜，场效应电子迁移率达到1353cm2V-1s-1; 石墨烯转移方面，自主开发了连续稳定的静电膜辅助转移石墨烯的方法;首次提出一种采用改性的紫外光固化胶(UV)一步法转移和掺杂石墨烯形成石墨烯透明导电薄膜的新方法，透光率高，方阻低且稳定;在没有任何表面掺杂情况下单层石墨烯方阻为205Ω/□，方阻在6个月时间内无任何变化。薄膜透光率为90.8％（含PET基底），相对于PET基底透光率仅下降了0.8％。 石墨烯掺杂方面，首次采用二氯二氰基苯醌(DDQ)作为石墨烯的掺杂剂，可使石墨烯方阻下降68％;首次提出采用双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)作为石墨烯的掺杂质，可使石墨烯方阻下降约55％。二种掺杂剂均不会对石墨烯的透光率造成影响。通过叠加4层石墨烯并掺杂，获得方阻为34.7Ω/□，透光率为90.5％的石墨烯薄膜，性能与商用的ITO玻璃相当，远好于ITO/PET薄膜; 复合透明导电薄膜方面，制备了石墨烯/纳米金属网格透明导电薄膜。论文深入研究了不同聚合物纺丝的特性和制备条件，采用PAN/PMMA核壳结构静电纺丝作为掩模，H2O2处理铜网格/PET表面，制备石墨烯/铜纳米线金属网格的方阻下降到3.3Ω/□，透光率为87.9％。 石墨烯薄膜应用方面，开发了石墨烯除雾除霜薄膜、石墨烯触摸屏和石墨烯智能调光膜原型器件，在柔性状态下展现良好性能。石墨烯复合透明导电薄膜在在3.8V电压下，其表面温度由室温上升到60℃用时仅15秒，可作为汽车、户外电子设备的除雾除霜层使用;制备了石墨烯触摸屏，在柔性状态下，触控性能良好，有望在可穿戴设备上广泛使用。制备了石墨烯智能调光膜，阈值电压为30V，开态透光率达到71％。在柔性状态下，智能调光膜在40V电压下不间断地开关10000次后，其开关态对比度几乎没有变化，有望在智能窗户、白板显示等领域广泛应用。