石墨烯透明导电薄膜应用

摘要:简要概述了石墨烯透明导电薄膜的结构与性质、几种常见的石墨烯透明导电薄膜的制备方法以及杭州驰飞超声波设备有限公司(以下简称“驰飞超声波”)探索的新型石墨烯透明导电薄膜制备方法,对石墨烯透明导电薄膜的研究现状进行评述,并展望了新型石墨烯透明导电薄膜制备方法在石墨烯领域的应用前景与发展趋势。

关键词:驰飞超声波;超声波纳米制备装置;石墨烯;透明导电薄膜


      透明导电薄膜应用十分广泛,主要应用在便携式电子器件、显示器、柔性电子器件、电致变色视窗、太阳能电池以及薄膜晶体管等。目前研究和应用最广泛的是金属氧化物透明导电薄膜(TCO),但随着光电器件转向微型化、轻便化、高集成和高灵敏发展,TCO在蓝光和近红光区域内吸收系数大、成本高、易碎性、离子扩散以及稀有金属资源限制等缺点成为其发展的瓶颈。

      而石墨烯具有传统材料不可比拟的优点:第一,石墨烯有完美的杂化结构,大的共轭体系使其电子传输能力很强,而且合成石墨烯的原料可以是天然石墨,层状石墨烯的提纯相比碳纳米管成本低很多;第二,石墨烯中的电子和空穴相互分离,电子在石墨烯中的传输阻力很小,迁移率能达到光速的1/300,能大大提高运行处理速度,另外,石墨烯具有高热导性能,可以很快在柔性基底应用中,高化学稳定性和强机械性能方面比传统TCO材料更有优势。因此石墨烯不论从化学稳定性、柔韧性、导电性、透明性、导热性还是从原料成本方面考虑都被认为是最有前途的透明导电薄膜的材料之一。

      从发现稳定存在的石墨烯到现在,石墨烯在制备方面取得了长足的进步,目前的研究热点已经从获得石墨烯发展到可控地制备石墨烯,如控制石墨烯的形状、尺寸、层数、元素掺杂和聚集形态等。以发展出的制备石墨烯透明导电薄膜的方法很多,主要包括氧化石墨法、剥离石墨法、化学气相沉积法和复合材料法等。但是这四种方法都存在问题,例如不适合大规模生产、合成的石墨烯透明薄膜存在缺陷。

      为了更好的控制石墨烯的形状、尺寸、层数,驰飞超声波利用超声波技术研制超声波纳米制备装置,通过超声波来进行物理机械式剥离石墨,保证石墨化学和物理性能不变。当超声波能量足够高时,就会产生“超声空化”现象,存在于液体中的微小气泡(空化核)在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量,当能量达到某个阈值时,空化气泡就会急剧崩溃闭合,它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量,产生高速冲击波。超声波纳米制备装置正是利用超声波的空化效应,将石墨片层剥离开来制备石墨烯。

      当前,石墨烯研究和应用的关键是如何大规模、低成本、可控地制备石墨烯。作为一种新型的制备方法,驰飞超声波研制的超声波纳米制备装置用于石墨烯的生产,其工艺简单,易于量产,并且通过超声波纳米制备装置可以实现对石墨烯层数及尺寸的调控,这必将为工业化生产石墨烯提供一条非常可行的路线。同时,由于超声波纳米制备装置的生产成本较低,一旦其实现了对石墨烯的规模化生产,将会带来无穷的市场价值。

 


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