石墨烯在基底上大面積的沉積及包含其之制品制造技術

本發(fā)明專利技術的某些實施例示例涉及石墨烯作為一種透明導電涂料（TCC）的使用。提供一種具有涂覆表面的基底。將一種自組裝單層（SAM）模板置于所述涂覆表面。提供一種包括前體分子的前驅(qū)物，所述前體分子為一種多環(huán)芳烴（PAH）與盤狀分子。溶解所述前驅(qū)物以形成一種溶液。將所述溶液施用到具有所述SAM模板置于其上的所述基底。將所述前體分子光化學貼附到所述SAM模板。加熱所述基底到至少450℃以形成一種含有石墨烯的薄膜。優(yōu)選的，所述含石墨烯的薄膜可直接被提供在所述基底上，例如無需剝離程序。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的某些實施例示例涉及包含石墨烯的薄膜。尤其是本專利技術的某些實施例示例涉及直接或間接地在玻璃和/或其他基底上大面積沉積的石墨烯，和/或包含其之制品。這可通過多環(huán)芳香烴前驅(qū)物的熱解來實現(xiàn)。本專利技術的某些實施例示例優(yōu)選不需要剝離(lift-off)和轉(zhuǎn)移石墨烯片。
技術介紹
銦錫氧化物(ITO)和摻氟氧化錫(FT0或SnO:F)涂層廣泛應用于光電器件的窗口電極(window electrodes)。這些透明導電氧化物(TCOs)在各種不同的應用中都非常成功。然而由于許多的原因，對于ITO和FTO的應用變的越來越困難。這些困難包括，例如地球上銦元素含量有限的事實、TCOs在酸或酸(acide or base)的環(huán)境下的不穩(wěn)定性、其對于離子導電層中離子擴散的磁化性(susc印tibility)、在近紅外區(qū)域(例如能量充足的頻段(power-rich spectrum))其有限的透明度、由FTO的結構缺陷導致的FTO器件的高漏電流等等。ITO的脆性與其高沉積溫度也限制了它的應用。另外，Sn02:F的表面的粗糙可導致問題電弧(在一些申請中)。因此，可以理解高穩(wěn)定性、高透明度與優(yōu)良導電率的光滑且可圖案化(patternable)的電極材料在本
是很需要的。對高穩(wěn)定性、高透明度與優(yōu)良導電率的新型電極材料的研發(fā)工作正在進行中。此研發(fā)工作的一個方面包括確定這種普通TCOs可行的替代品。基于此，本專利技術的專利技術者基于碳，特別是石墨烯開發(fā)出一種可行的透明導電涂層(TCC)。術語石墨烯指的是一個或多于一個的石墨原子層，例如單層的石墨烯可延伸成為η層的石墨(例如，這里η可約為10)。在電子行業(yè)的趨勢為將電路元件的尺寸降到納米級的時候，在曼徹斯特大學發(fā)現(xiàn)了石墨烯及其分離方法(通過切割晶質(zhì)石墨)。就這樣，是石墨烯而不是標準的電子材料意外地開創(chuàng)了了獨特光電特性的新領域。從線性色散關系(Ε vs. k)可知，石墨烯中的載荷子(charge carriers)具有零靜止質(zhì)量(zero rest mass)且其遵守相對論粒子的規(guī)律。繞碳原子運動的類似相對論行為的不受位置限制的電子與石墨烯的蜂窩狀晶格周期電勢(periodic potential)的相互作用引起新的準粒子quasi-particles),通過(2+1)維迪拉克方程以有效光速vF ^ Czsoo=IoW1精確描述處于低能態(tài)(e〈i. 2ev)的該準粒子。所以，所建立起的量子電動力學(QED)的完好技術(用來處理光子)可用做對石墨烯研究的手段一石墨烯在進一步的優(yōu)點方面的效果增大到原來的300倍。例如，石墨烯中普通的耦合常數(shù)α相比于真空中的1/137，為2.見發(fā)表在科學雜志第306卷上(Science, vol. 306) K. S. Novoselov所著的“原子級碳薄膜上的電場效應” ("ElectricalField Effect in Atomically Thin Carbon Films, ") (2004 版第 666-69 頁),其內(nèi)容在此并入本文。盡管只有一個原子的厚度(至少)，但是石墨烯在化學及熱學上是穩(wěn)定的(即使石墨稀在300 C時可被表面氧化)，因此成功制成的石墨稀基的器件能適應周圍環(huán)境條件。通過散裝石墨(bulk graphite)的微機械分離首次制備成高品質(zhì)的石墨烯片。相同的技術可將當前所提供的高品質(zhì)石墨烯微晶微調(diào)至100 μ m2的大小。這樣的大小足以滿足微型電子領域的大多數(shù)研究的需求。因此，目前為止大多數(shù)技術上的進展主要發(fā)生在大學中，所述進展更多的是集中在微觀樣本、器件制備和特性描述上，而不是批量生產(chǎn)上。不同于大多數(shù)當前的研究趨勢，認 識到石墨烯有可能作為TCC的全部潛力，優(yōu)質(zhì)材料大面積沉積在基底(例如玻璃或塑料基底)上是很重要的。迄今為止，大多數(shù)批量石墨烯的生產(chǎn)工藝還依賴于使用濕基化學品對散裝石墨烯進行剝離，并且開始是采用高定向石墨(HOPG)與化學剝離的方法。眾所周知，HOPG是通過沿C軸方向小于I度角偏轉(zhuǎn)的熱解石墨的高度定向形成的，通常是通過在3300Κ消除應力退火制成。雖然具有脆性和易剝落，HOPG 一般所表現(xiàn)的導電率更像純金屬。用這種方式制備的石墨烯經(jīng)過過濾后貼附到表面。然而，剝離工藝也有其缺點。例如，被剝離的石墨烯易折疊從而變皺，在沉積的貼附/結合工序會產(chǎn)生小的剝離，在石墨烯的層數(shù)上缺乏固有控制等。如此制備的材料經(jīng)常被添加物污染，這樣就會降低其電子特性的等級。對碳相圖進行深入分析可知工藝窗口條件不僅適于制造石墨與金剛石，還可以制造其他的同素異形體，例如像碳納米管(CNT)。納米管的催化劑沉積是在1000°C高溫通過各種組合從氣相形成的。
技術實現(xiàn)思路
與這些普通的研究領域和常規(guī)技術不同，本專利技術的受讓人具有先前描述的異質(zhì)外延生長的單晶石墨(η約為15)的擴展技術及將其轉(zhuǎn)化為高電子級(HEG)石墨烯的技術(η〈約3)。例如可見以下專利申請，序列號為12/461, 343; 12/461, 346; 12/461, 347;及12/461，349，其在此均通過引用整體并入。本專利技術的受讓人還描述了 HEG石墨烯在透明(同時為可見的和對紅外光譜范圍內(nèi)光線的透明)、超薄導電石墨烯薄膜方面的應用，例如，可選地用于各種用途的普遍適用的金屬氧化物窗口電極(window electrodes)(包括例如固態(tài)太陽能電池)。前述的生長技術是基于由催化劑驅(qū)動的異質(zhì)外延化學氣相沉積(CVD)工藝，其產(chǎn)生的溫度足夠低，對玻璃沒有損傷(glass-friendly)。例如根據(jù)熱力學及動力學原理，可使HEG石墨烯薄膜在低于約700°C的溫度下在催化接種層(seed catalyst layer)從氣相結晶形成。在此前述的某些實施例使用原子氫，證明其可作為強力自由基用來清除基底上的非晶碳污染，并且其能在低的工藝溫度下進行。在去除特別是由蝕刻工序留下的氧化物和其他熔敷金屬方面更是優(yōu)勢明顯。相比之下，本專利技術的某些實施例示例提供了直接或間接位于玻璃和/或其他基底上的大面積沉積的石墨烯。此技術可通過多環(huán)芳香烴的前驅(qū)物(precursors)熱解來實現(xiàn)。尤其是本專利技術的某些實施例示例牽涉到從超分子類的物質(zhì)異質(zhì)外延生長的石墨烯。在某些實施例示例中優(yōu)選無需剝離程序便可在基底上形成石墨烯。在本專利技術的某些實施例示例中提供一種制備涂覆物品的方法。提供一種具有涂覆表面的基底。將一種自組裝單層(SAM)模板置于所述涂覆表面。提供一種包括前體分子的前驅(qū)物，所述前體分子為一種多環(huán)芳烴(PAH)與盤狀分子。溶解所述前驅(qū)物以形成一種溶液。將所述溶液施用到具有所述SAM模板置于其上的所述基底。將所述前體分子光化學貼附到所述SAM模板。緩慢加熱所述基底到至少450°C (可高達900°C )以在包含惰性氣體和/或烴類氣體的環(huán)境或由惰性氣體和/或烴類氣體組成的環(huán)境中形成一種含有石墨烯的薄膜。在本專利技術的某些實施例示例中提供一種制備涂覆物品的方法。提供一種具有涂覆表面的基底。將一種自組裝單層(SAM)模板置于所述涂覆表面。將一種溶液施用到具有所述SAM模板置于其上的所述基底，所述溶液包括一種包含前體分子的前驅(qū)物，及所述前體分子為多環(huán)芳烴(PAH)分子。通過輻射UV能量于其上將所述前體分子貼附到所述SAM本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：維賈茵·S·維拉三美，
申請(專利權)人：格爾德殿工業(yè)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：