石墨烯和氧化石墨烯制備及在光電領域的應用

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1、石墨烯和氧化石墨烯制備及在光電領域的應用　　石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈蓋姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎?！　≌禾际俏ㄒ灰环N在0～3維尺度上都有穩(wěn)定存在的同素異形體的元素，并且每種結(jié)構都具有突出的性能。石墨烯可以被認為是構造碳的其他重要同素異形體的基本結(jié)構。簡要介紹批量制備技術及其在光電領域的研究和應用。氧化石墨法在石墨烯制備方法中具有重要地位，許多薄膜和器件應用中都需要在溶液中處理，包

2、括用于觸摸屏的透明電極、發(fā)光器件(LED)、場效應晶體管(FET)、光伏器件(OPV)、柔性電子器件、石墨烯復合物的應用?！　￡P鍵詞：石墨烯;電容器;集成電路;透明電極　　一、引言　　關于石墨烯在透明電極領域的相關研究已經(jīng)取得較大的進展，但仍需在提高片層電阻的同時維持適當?shù)耐该鞫?。為了解決這些問題，研究者提出了很多方法，如摻入雜質(zhì)，控制片層的尺寸和缺餡。理論證明石墨烯可以與銦錫氧化物(ITO)的整體性能相匹配，盡管結(jié)果還沒有達到理論預估值，已經(jīng)顯著提高石墨烯超級電容器的比電容。對于復合材料的應用，關鍵是要阻止石墨烯薄片的堆疊，這一點我們可通過添加分散劑來實現(xiàn)?！　《?、石墨烯在

3、光發(fā)射方面的應用　　官能團，包括OH、COOH，在氧化石墨烯片層邊緣上像手柄一樣來調(diào)節(jié)其性能。通過這種方法，各種分子被附著在石墨烯薄片上，使石墨烯/氧化石墨烯成為大規(guī)模應用中更通用的前體?！　∵策惢衔锸且环N共軛分子，具有優(yōu)良的光電性能。通過酰胺鍵將羧基官能團附著在氧化石墨烯上。用石墨烯和卟啉可以制備一種TPP-NHCO-SPFGraphene的納米材料。熒光研究表明在卟啉和石墨烯結(jié)構之間的光致激發(fā)是一種有效額能量或電子轉(zhuǎn)移方式。這樣就會表現(xiàn)出出眾的光發(fā)射效應，優(yōu)于作為基準的光發(fā)射材料C60。其他共軛分子，如C60和低聚噻吩，也可以通過相似的方法修飾石墨烯薄片，并體現(xiàn)出相似

4、的光發(fā)射性能?！　∪难趸┤芤褐兄苽渫该麟姌O　　目前，標準的透明電極的市場產(chǎn)品是ITO。ITO有很多值得考慮的方面，有限的珍貴資源、成本、化學穩(wěn)定性等等。單層石墨烯的透光度是97.7%，這種獨特性能，與其顯著地高電子遷移率，高的化學穩(wěn)定性、優(yōu)越的機械強度和彈性，使其成為透明電極的首選?！　?.1通過氧化石墨烯制備柔性透明電極　　用氧化石墨烯作為前體制備石墨烯器件可以用簡單的溶液法處理。其中最常用的兩個方法是化學還原法和熱處理法。經(jīng)過溶液處理過程，大部分官能團和缺陷都被除去了，這樣石墨烯的固有結(jié)構和優(yōu)越的導電性能基本可以恢復?！　⊥ㄟ^GO制備石墨烯透明導電薄膜電極的一般

5、過程是先準備GO薄膜，然后進行還原。第一步可以有很多種方法，比如旋涂法/甩膜法、真空過濾法等等。通過旋涂法制備的氧化石墨烯薄膜，肼蒸汽還原后可以制得導電率達10-2to101S/cm，透光率80%的薄膜。表征透明電極，更重要的參數(shù)是薄層電阻和透光度。作為參考，ITO標準是在波長550nm時薄膜的透光度>90%，薄層電阻約為10-30Ω/sq。結(jié)合肼還原和熱處理，可以將導電率提高到102S/cm以上。對于薄膜厚度在3-10nm時，薄層電阻可以提高到102-103Ω/sq，透光度80%以上。之后又有很多關于修飾的報道，通過用FGO取代GO，在相似的還

6、原和退火處理過程，薄膜的導電率可以提高大約1個數(shù)量級。關于化學還原成會明組報道的用HI制備的方法應引起注意，氧化石墨烯薄膜在氫碘酸中還原，制得的薄膜導電率3102S/cm，薄層電阻-1.6kΩ/sq，透光度達85%，比用其他還原方法制得的要好。更重要的是，這種方法保留了原氧化石墨烯薄膜中的完整性和靈活性。隨著通過弧放電法制備FLG的提出，薄膜通過旋涂FLG的DMF溶液，不經(jīng)過熱處理，產(chǎn)物的薄層電阻670kΩ/sq，在550nm的條件下，透光度達65%，比在同樣條件下還原GO和FGO，制得的產(chǎn)物效果更好?！　∈╇姌O也可以通過簡單劃算的噴墨打印技術制得

7、，因為氧化石墨烯容易分散。比如，在聚酰亞胺基底上的GO和FGO制得的電極，電導率-500and874S/m。打印石墨電極的電導率和機械靈活性在多次重復的彎曲試驗后仍保持不變。基于這些結(jié)論，很多高質(zhì)量的模型，甚至是完整的柔性電路/電路板，都可以直接打印在紙上或塑料板上。從GO溶液中制得的薄膜的電導率也可以顯著表明，通過摻雜或使用復合材料。如，將還原后的GO(rGO)薄膜浸泡在亞硫酰氯或氯化金中，可提高薄膜的電導率3～5個數(shù)量級。我們報道過一種透明且靈活的石墨烯/PEDOT混合薄膜，是通過原位聚合法在rGO