石墨烯透明導電薄膜的制作工藝制造技術

本發明專利技術涉及的是一種石墨烯透明導電薄膜的制作工藝，其方法步驟包括：（1）在真空室內，將銅箔卷開卷，使用電阻加熱銅箔的化學沉積反應區，通入甲烷氣體和氫氣，銅箔表面化學沉積生成石墨烯層，然后將用等離子體對石墨烯層進行刻蝕處理（2）采用凹版印刷工藝得到氧化石墨烯層；（3）制得氧化石墨烯薄膜；（4）在氧化石墨烯薄膜的銅箔面涂覆濃度為200g/L氯化銅刻蝕溶液；（5）將氧化石墨烯薄膜進行熱退火還原；（6）涂覆樹脂粘合劑，貼薄膜封裝，最終制得圖案化石墨烯透明導電薄膜；該制備方法成膜時間短、可實現低成本、大規模的批量生產，而且制備出的石墨烯導電薄膜的導電率高、柔韌性好、圖案清晰度高，提高透明導電薄膜的耐酸堿性，并降低成本。

【技術實現步驟摘要】
石墨烯透明導電薄膜的制作工藝
本專利技術涉及一種石墨烯導電薄膜的制作方法，尤其是石墨烯透明導電薄膜的制作工藝。
技術介紹
隨著科學技術的發展，社會對新型材料的需求也越來越多。材料是人類文明進步和科技發展的物質基礎，材料的更新使人們的生活也發生了巨大變化。目前，蓬勃發展的新型透明而又導電的薄膜材料在液晶顯示器、觸摸屏、智能窗、太陽能電池、微電子、信息傳感器甚至軍工等領域都得到了廣泛的應用，并且正在滲透到其它科技領域中。由于薄膜技術與多種技術密切相關，因而激發了各個領域的科學家們對薄膜制備及其性能的興趣。導電薄膜是一種能導電、實現一些特定的電子功能的薄膜，被廣泛用于顯示器、觸摸屏和太陽能電池等電子器件中。目前，作為一種透明而又導電半導體材料氧化銦錫(IT0)，一直廣泛應用于薄膜領域。通過在透明基材上采用磁控濺射蒸鍍ITO制備透明導電薄膜，透明基材包括如玻璃和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等。因為氧化銦錫具有高電導率、高通光率，所以成為制備導電薄膜的主要材料之一。但是，氧化銦錫導電薄膜在使用過程中也存在一些缺點，包括:(I)銦資源較少，導致價格持續上漲，使得ITO成為日益昂貴的材料，如噴涂、脈沖激光沉積、電鍍等。并且氧化銦有一定毒性，回收利用不合理易造成環境污染。(2) ITO脆的性質使其不能滿足一些新應用(例如可彎曲的柔性顯示器、觸摸屏、有機太陽能電池)的性能要求，不適用于下一代柔性電子器件的生產。石墨烯獨特的二維晶體結構，賦予了它獨特的性能，研究發現，石墨烯具有優良的機械性能及優異的電學性質，常溫下石墨烯的電子遷移率可達15000cm 2V-1S ―1，而電阻率僅為10_6Qcm。石墨烯在許多方面比氧化銦錫具有更多潛在的優勢，例如質量、堅固性、柔韌性、化學穩定性、紅外透光性和價格等。因此石墨烯非常有望代替氧化銦錫，用來發展更薄、導電速度更快的柔性電子器件。圖案化技術在大面積電子器件和柔性電路中的實際應用必不可缺。傳統圖案化技術制備過程復雜，而且圖案的清晰度較差。印刷電子技術是一種新型圖案化電子制造技術，通過將電子油墨轉印到不同襯底上即可制備出大尺寸的電子器件，這種制備方法的最大特點是大面積、柔性化與低成本。但是，油墨的不均勻性和成膜時間較長一種阻礙著這項技術的發展。凹版印刷是一種將凹版凹坑中所含的油墨直接壓印到承印物上的制備技術。由于其具備產量高和印刷質量好等優點，現已成為制備柔性圖案化電子器件的一種有效工藝手段。凹版印刷要求油墨具有濃度高，分散均勻和黏度小等特點，石墨烯是一種高度疏水性物質，在溶液中溶解度低，易聚沉，為了能夠得到濃度高、穩定分散的石墨烯油墨，很多研究小組將表面分散劑加入到石墨烯溶液中。但是，表面分散劑的加入會直接影響到石墨烯的導電性，從而導致制備出的導電薄膜的導電率大大下降，而氧化石墨烯是一種親水性物質，在水溶液中溶解度比石墨烯大很多。目前，石墨烯的制備方法主要有:微機械剝離法、氧化還原法、化學氣相沉積法、有機分子插層法等。自2006年由Somani等采用化學氣相沉積法，以莰酮(樟腦)為前驅體，在鎳箔上得到石墨烯薄膜，科學家們取得了很多在不同基體上得到厚度可控石墨烯片層的研究進展。通過在金屬基體上進行化學刻蝕，石墨烯片層分離開來并轉移到另一基體上，這就免去了復雜的機械或者化學處理方法而得到高質量的石墨烯片層。韓國和日本等國紛紛采用這種方法制備出了大尺寸石墨烯透明導電薄膜，期望的主要應用領域是在平面顯示器上，充當陽極。例如在新的有機發光顯示器(OLED)上的開發，OLED具有成本低、全固態、主動發光、亮度高、對比度高、視角寬、響應速度快、厚度薄、低電壓直流驅動、功耗低、工作溫度范圍寬、可實現軟屏顯示等特點，成為未來顯示器技術的發展方向。
技術實現思路
為克服現有技術上的不足，本專利技術的目的是提供一種墨烯透明導電薄膜的制作工藝，該制備方法成膜時間短、可實現低成本、大規模的批量生產，而且制備出的石墨烯導電薄膜的導電率高、柔韌性好、圖案清晰度高，提高透明導電薄膜的耐酸堿性，并降低成本。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現: 一種圖案化石墨烯導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述石墨烯導電薄膜包括石墨烯層和薄膜作為基材，所述薄膜的厚度為15(r200i!m，厚度公差小于±2 ym，透光率大于93%，霧度小于1% ;所述薄膜表面還有一層硬度3H以上的硬化層； 其方法步驟包括: (1)在真空室內，將 銅箔卷開卷，使用電阻加熱銅箔的化學沉積反應區，通入甲烷氣體和氫氣，所述甲烷氣體和氫氣的氣流量比例為12:1，在催化條件下，銅箔表面化學沉積生成石墨烯層，然后將石墨烯層洗凈、吹干，用等離子體對石墨烯層處理，用等離子體對石墨烯層進行刻蝕處理時的氣流量為5-200sccm，功率為5-120W，刻蝕時間為5_600s后收卷，同時真空室進行排氣；所述真空室的壓力為100(Tl500Pa; 所述銅箔的化學沉積反應區的加熱溫度80(T85(TC，通過電阻加熱銅箔，控制電流強度800A ； (2)采用凹版印刷工藝,將Hummers法制得的濃度為13mg/mL氧化石墨烯油墨印刷石墨烯層上，將其放在烘箱中干燥，得到氧化石墨烯層； (3)在步驟(1)中的把薄膜開卷，以凹版印刷法在薄膜表面涂覆樹脂粘合劑，然后把氧化石墨烯層開卷，使氧化石墨烯層面貼合到涂覆有樹脂粘合劑的薄膜基材上，最后經過紫外線照射氧化石墨烯薄膜使樹脂層固化，將氧化石墨烯薄膜收卷； (4)把氧化石墨烯薄膜開卷，在氧化石墨烯薄膜的銅箔面涂覆濃度為200g/L氯化銅刻蝕溶液，用水沖洗去除銅箔，干燥后將氧化石墨烯薄膜收卷； (5)將氧化石墨烯薄膜進行熱退火還原，所述熱退火還原的步驟為，將氧化石墨烯薄膜置于真空惰性環境中，600-610°C溫度下退火處理2-10小時； (6)還原處理后，涂覆樹脂粘合劑，貼薄膜封裝，最終制得圖案化石墨烯透明導電薄膜，成品收卷； 進一步的，所述步驟(1)中的等離子體為氧等離子體，氬等離子體或者氮等離子。進一步的，所述步驟(2)中，干燥溫度為110°C，干燥時間為5分鐘。進一步的，所述步驟(1)中，所述銅箔的厚度為20~50 i! m，純度達99.9%以上。進一步的,所述步驟(1) - (3)中的收卷速度為0.01~0.lm/min。進一步的，所述薄膜是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。進一步的，所述樹脂粘合劑為光固化環氧樹脂，其透光率大于95%，霧度小于1%，耐紫外線照射，無雙折射，涂膜厚度范圍為SlOym。進一步的，所述光固化環氧樹脂是透明雙酚A型環氧樹脂或脂肪族環氧樹脂，并且含有芳香硫鐵鹽或鵬鐵鹽引發劑。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于: (I)本專利技術方法通過粘結劑將過渡金屬表面生長的石墨烯與透明襯底粘結在一起，通過機械外力將過渡金屬與石墨烯分離，分離后的石墨烯轉移至透明襯底表面，該方法制備的石墨烯透明導電薄膜，尺寸大、電導率高、可見光透光率高，表面無污染；而且柔韌性好，導電率高，圖案非常清晰。(2)本專利技術采用氧化石墨烯油墨與凹版印刷技術相結合的方式來制備圖案化石墨烯導電薄膜，所以，本制備方法的成膜時間短、產率高，可實現大規模的批量生產。(3)本制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
石墨烯透明導電薄膜的制作工藝，其特征在于，所述石墨烯導電薄膜包括石墨烯層和薄膜作為基材，所述薄膜的厚度為150~200μm，厚度公差小于±2μm，透光率大于?93%，霧度小于?1%；所述薄膜表面還有一層硬度3H以上的硬化層；其方法步驟包括?：（1）在真空室內，將銅箔卷開卷，使用電阻加熱銅箔的化學沉積反應區，通入甲烷氣體和氫氣，所述?甲烷氣體和氫氣?的氣流量比例為?12:1，在催化條件下，銅箔表面化學沉積生成石墨烯層，然后將石墨烯層洗凈、吹干，用等離子體對石墨烯層處理，用等離子體對石墨烯層進行刻蝕處理時的氣流量為5?200sccm,?功率為?5?120W,?刻蝕時間為?5?600s后收卷，同時真空室進行排氣；所述真空室的壓力為?1000~1500Pa；所述銅箔的化學沉積反應區的加熱溫度800~850℃，通過電阻加熱銅箔，控制電流強度?800A；（2）采用凹版印刷工藝，將?Hummers?法制得的濃度為?13mg/mL氧化石墨烯油墨印刷石墨烯層上，將其放在烘箱中干燥，得到氧化石墨烯層；（3）在步驟（1）中的把薄膜開卷，以凹版印刷法在薄膜表面涂覆樹脂粘合劑，然后把氧化石墨烯層開卷，使氧化石墨烯層面貼合到涂覆有樹脂粘合劑的薄膜基材上，最后經過紫外線照射氧化石墨烯薄膜使樹脂層固化，將氧化石墨烯薄膜收卷；（4）把氧化石墨烯薄膜開卷，在氧化石墨烯薄膜的銅箔面涂覆濃度為200g/L氯化銅刻蝕溶液，用水沖洗去除銅箔，干燥后將氧化石墨烯薄膜收卷?；（5）將氧化石墨烯薄膜進行熱退火還原，所述熱退火還原的步驟為，將氧化石墨烯薄膜置于真空惰性環境中，600?610℃溫度下退火處理??2?10?小時；（6）還原處理后，涂覆樹脂粘合劑，貼薄膜封裝，最終制得圖案化石墨烯透明導電薄膜，成品收卷；根據權利要求?1?所述的石墨烯透明導電薄膜的制作工藝，其特征在于：所述步驟（1）中的等離子體為氧等離子體,?氬等離子體或者氮等離子。...

【技術特征摘要】
1.石墨烯透明導電薄膜的制作工藝，其特征在于，所述石墨烯導電薄膜包括石墨烯層和薄膜作為基材，所述薄膜的厚度為15(T200iim，厚度公差小于±2iim，透光率大于93%，霧度小于1% ;所述薄膜表面還有一層硬度3H以上的硬化層； 其方法步驟包括: (1)在真空室內，將銅箔卷開卷，使用電阻加熱銅箔的化學沉積反應區，通入甲烷氣體和氫氣，所述甲烷氣體和氫氣的氣流量比例為12:1，在催化條件下，銅箔表面化學沉積生成石墨烯層，然后將石墨烯層洗凈、吹干，用等離子體對石墨烯層處理，用等離子體對石墨烯層進行刻蝕處理時的氣流量為5-200sccm，功率為5-120W，刻蝕時間為5_600s后收卷，同時真空室進行排氣；所述真空室的壓力為100(Tl500Pa; 所述銅箔的化學沉積反應區的加熱溫度80(T850°C，通過電阻加熱銅箔，控制電流強度800A ； (2)采用凹版印刷工藝,將Hummers法制得的濃度為13mg/mL氧化石墨烯油墨印刷石墨烯層上，將其放在烘箱中干燥，得到氧化石墨烯層； (3)在步驟(I)中的把薄膜開卷，以凹版印刷法在薄膜表面涂覆樹脂粘合劑，然后把氧化石墨烯層開卷，使氧化石墨烯層面貼合到涂覆有樹脂粘合劑的薄膜基材上，最后經過紫外線照射氧化石墨烯薄膜使樹脂層固化，將氧化石墨烯薄膜收卷； (4)把氧化石墨烯薄膜開卷，在氧化石墨烯薄膜的銅箔面涂覆濃度為200g/L氯化銅刻蝕溶液，用水沖洗去除銅箔，干燥后將氧化石墨烯薄膜收卷； (5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳兵，
申請(專利權)人：蘇州瑞邦塑膠有限公司，
類型：發明
國別省市：