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一种稳定掺杂降低石墨烯 薄膜 方 块 电阻的方法

阅读：850发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：将转移在基底上的石墨烯薄膜与含有稳定掺杂剂成分的试剂进行相互接触，接触时间为1～240min，实现对石墨烯薄膜进行稳定掺杂，降低石墨烯薄膜方块电阻。通过本发明对石墨烯薄膜进行处理之后，在基本不影响石墨烯薄膜透光率的情况下，不仅可以降低其方阻，更为重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻长期保持稳定，且在80～120摄氏度高温烘烤 60～240min及长期放置下，方阻变化不大，从而方便后续进行图案化等处理，促进石墨烯薄膜在显示技术等对透明导电薄膜的方阻和透光率要求较高的工业领域进行广泛应用。，下面是一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：将转移在基底上的石墨烯薄膜与含有稳定掺杂剂成分的试剂进行相互接触，接触时间为1～
240min，实现对石墨烯薄膜进行稳定掺杂，形成的稳定的∏-∏重叠结构,降低石墨烯薄膜方块电阻；其中，
所述稳定掺杂剂为含有苯环、萘环或稠环中两个以上苯环相邻或者相连的芳香基团的化学试剂，包括如下结构式：
其中，所述R包括H,-NO2，-CN，-F，-NH2，-NH-，-N＝，SO3或-OSO3中的任意一种或两种以上的混合；所述X包括C,O,N或S中的任意一种或两种以上的混合；所述Ar包括具有共平面共轭结构的含有芳香基团及其衍生物结构。
2.根据权利要求1所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述进行相互接触的方式包括浸泡、滚涂、刮涂、蒸涂、滴涂或旋涂中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜为通过CVD法生长的单层或者两层以上的石墨烯薄膜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：与掺杂剂接触后，或者接触的同时还包括加热或UV光照的步骤。
5.根据权利要求4所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述加热的温度为80～120℃，加热时间为60～240mi n；所述UV光照的时间为1～60mi n。
6.根据权利要求1至3任一项所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述稳定掺杂剂的有效形式为所述试剂的溶液形式、固态化合物、液态化合物或气态形式中的一种。
7.根据权利要求1至3任一项所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述具有共平面共轭结构的含有芳香基团及其连接基团的衍生物包括多元环、稠环及其衍生物,含N、O、S中一种或者多种杂原子环及其衍生物结构。
8.根据权利要求7所述的稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，其特征在于：所述含N、O、S中一种或者多种杂原子环包括咪唑、吡咯、噻吩、吲哚、嘧啶、嘌呤中的任意一种或两种以上混合。

说明书全文

一种稳定掺杂降低石墨烯 薄膜 方 块 电阻的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，特别涉及到一种提升石墨烯薄膜电学性能的方法，属于石墨烯薄膜处理方法领域。

背景技术

[0002] 石墨烯是sp2杂化碳原子按六角晶格排列而成的二维材料。独特的二维晶体结构，赋予石墨烯独特的性能。单层石墨烯的厚度为0.34nm，在很宽的波段内光吸收只有2.3％，5 2 -1 -1
本征载流子迁移率高达2.0×10cm·V ·s ，这就使石墨烯本质上同时具备高透过率和良好的导电性，可作为透明导电材料。

[0003] 目前石墨烯薄膜的制备方法主要有机械剥离法、碳化硅外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积法等，各种方法制备的石墨烯薄膜方阻偏高(500～2000Ω/sq)，需通过一定的掺杂手段来降低方阻，然而现有的掺杂方法虽然能够降低方阻，但是稳定性较差，常温下放置一段时间后，方阻便会大幅度升高，从而影响石墨烯的质量，这限制了石墨烯薄膜的应用。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，通过该方法对石墨烯薄膜进行处理之后，在基本不影响石墨烯薄膜透光率的情况下，不仅可以降低其方阻，更为重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻长期保持稳定，且在80～120摄氏度高温烘烤60～240min及长期放置下，方阻变化不大，从而方便后续进行图案化等处理，促进石墨烯薄膜在显示技术等对透明导电薄膜的方阻和透光率要求较高的工业领域进行广泛应用。

[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种稳定掺杂降低石墨烯薄膜方块电阻的方法，包括以下步骤：将转移在基底上的石墨烯薄膜与含有稳定掺杂剂成分的试剂进行相互接触，接触时间为1～240min，实现对石墨烯薄膜进行稳定掺杂，形成的稳定的∏-∏重叠结构,降低石墨烯薄膜方块电阻；其中，

[0006] 所述稳定掺杂剂为含有苯环、萘环或稠环中两个以上苯环相邻或者相连的芳香基团的化学试剂，典型结构式如下：

[0007]

[0008] 所述R包括H,-NO2，-CN，-F，-NH2，-NH-，-N＝，SO3或-OSO3中的任意一种或两种以上的混合；所述X包括C,O,N或S中的任意一种或两种以上的混合；所述Ar包括具有共平面共轭结构的含有芳香基团及其连接基团的衍生物等。

[0009] 本发明的有益效果是：

[0010] 通过本发明对石墨烯薄膜进行处理之后，在基本不影响石墨烯薄膜透光率的情况下，不仅可以降低其方阻，更为重要的是可以使石墨烯薄膜的方阻长期保持稳定，且在较高温度以及长期放置下，方阻变化不大，从而方便后续进行图案化等处理，促进石墨烯薄膜在显示技术等对透明导电薄膜的方阻和透光率要求较高的工业领域进行广泛应用。

[0011] 石墨烯薄膜与含有稳定掺杂剂成分的试剂进行相互接触，使得掺杂剂分子牢固地附着在石墨烯表面，形成稳定的∏-∏重叠结构，从而对石墨烯进行稳定掺杂。

[0012] 所述R为特定条件下具有吸电、供电能力的基团，这类供电、吸电基团的存在可以对石墨烯表面的电子浓度进行调节，达到较好的掺杂程度。

[0013] 上述两种结构同时存在的好处是，形成的∏-∏重叠结构将掺杂剂分子稳定在石墨烯表面，而电子调节基团同时可以对石墨烯的电子浓度进行稳定而有效的调节。

[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0015] 进一步，所述进行相互接触的方式包括浸泡、滚涂、刮涂、蒸涂、滴涂或旋涂等中的任意一种。

[0016] 进一步，所述石墨烯薄膜为通过CVD法生长的单层或者两层以上的石墨烯薄膜。

[0017] 进一步，与掺杂剂接触后，或者接触的同时还包括加热或UV光照等的步骤。

[0018] 进一步，所述加热的温度为80～120℃，加热时间为60～240min。进一步，所述UV光照时间为1～60min,优选为5～20min。

[0019] 进一步，所述稳定掺杂剂的有效形式为所述试剂的溶液形式、固态化合物、液态化合物或气态形式中的一种。

[0020] 进一步，所述具有共平面共轭结构的含有芳香基团及其连接基团的衍生物包括多元环、稠环及其衍生物,含N、O、S中一种或者多种杂原子环及其衍生物结构。

[0021] 所述含N、O、S中一种或者多种杂原子环包括咪唑、吡咯、噻吩、吲哚、嘧啶、嘌呤等中的任意一种或两种以上混合。附图说明

[0022] 图1为掺杂剂分子(以苯并咪唑、二硝基萘为例)在石墨烯表面形成∏-∏重叠结构的稳定吸附状态示意图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图说明对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0024] 实施例1

[0025] 将掺杂试剂配制成0.01-1mol/L的乙醇溶液，将转移在基底上的石墨烯薄膜浸泡至该溶液中80min，取出用清水浸泡1min，用高纯氮气吹干。然后在80℃加热60min。石墨烯的方阻从520Ω/□降至170-220Ω/□。可使用掺杂试剂结构如下：

[0026]

[0027]

[0028] 实施例2

[0029] 将掺杂试剂配制成0.01-1mol/L的二硫化碳溶液，将转移在基底上的石墨烯薄膜浸泡至该溶液中20min，取出用溶剂浸泡240min，用高纯氮气吹干。然后在8℃加热240min。石墨烯的方阻从550Ω/□降至190-254Ω/□。可使用掺杂试剂结构如下：

[0030]

[0031] 实施例3

[0032] 将掺杂试剂配制成0.01-1mol/L的溶液，滴加在石墨烯薄膜上放置20min，将石墨烯薄膜用溶剂(包括水溶液，乙醇溶液，异丙醇等)浸泡30min。石墨烯的方阻从515Ω/□降至225-245Ω/□。

[0033] 可使用掺杂试剂结构如下：

[0034]

[0035] 实施例4

[0036] 将掺杂试剂配制成0.01-1mol/L的水溶液，将转移在基底上的石墨烯薄膜浸泡至该溶液中20min，取出用溶剂(包括水溶液，乙醇溶液，异丙醇等)浸泡80min。石墨烯的方阻从450Ω/□降至210-230Ω/□。可使用掺杂试剂结构如下：

[0037]

[0038] 实施例5

[0039] 将掺杂试剂制成0.01-0.5mol/L的水溶液，加入过硫酸钾和硫酸对掺杂剂进行活化，然后将转移在基底上的石墨烯薄膜浸泡至该溶液中120min，取出用清水浸泡1-30min。石墨烯的方阻从500Ω/□降至150-170Ω/□。

[0040] 可使用掺杂试剂结构如下：

[0041]

[0042] 实施例6

[0043] 将掺杂试剂制成0.01-0.5mol/L的水溶液，加入微量过硫酸铵和硫酸对掺杂剂进行活化，然后将转移在基底上的石墨烯薄膜浸泡至该溶液中120min，取出用清水浸泡1-30min。石墨烯的方阻从520Ω/□降至155-180Ω/□。

[0044] 可使用掺杂试剂结构如下：

[0045]

[0046] 石墨烯薄膜与含有稳定掺杂剂成分的试剂进行相互接触，使得掺杂剂分子牢固地附着在石墨烯表面，形成稳定的∏-∏重叠结构，从而对石墨烯进行稳定掺杂，具体见图1，图1为掺杂剂分子(以苯并咪唑、二硝基萘为例)在石墨烯表面形成∏-∏重叠结构的稳定吸附状态示意图。

[0047] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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