調控石墨烯薄膜電子結構的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及調控石墨烯薄膜電子結構的方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯作為一種柔性透明導電材料，在觸摸屏、平板顯示、太陽能電池等領域有著廣闊的應用前景。但是石墨烯有著極高的載流子迀移率，但是載流子濃度較低，影響了其導電能力，制約著其使用范圍。
[0003]目前調控石墨烯電子結構的方法主要有兩大類，分別是晶格調控與吸附調控。晶格調控是通過硼原子、氮原子替換石墨烯六元環結構中的碳原子，這種調控方法會破壞石墨烯中的鍵結構，在提高其載流子濃度的同時嚴重影響其載流子迀移率，難以改善其導電性能。吸附調控是讓特定的化學物質吸附在石墨烯的表面，吸附化學物質與石墨烯發生電荷的轉移，進而改變石墨烯的載流子濃度。采用吸附調控，一般采用無機鹽溶液浸泡或是旋涂的方法，這種方法調控后穩定性差，同時調控效果不夠理想。現有的方法大都直接將生長的石墨烯和金屬襯底直接在真空環境內進行處理，這種方式由于生長有石墨烯的金屬薄膜力學性能不好，容易發生彎曲變形，進而對石墨烯造成破壞，不方便操作，不利于工業化的流水線批量生產的要求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供實際可行，可以用于工業化操作的調控石墨烯薄膜電子結構的制備方法，改善了石墨烯的電學性能，擴展石墨烯的使用范圍。
[0005]實現本發明目的的第一種技術方案是:調控石墨烯薄膜電子結構的方法，包括以下步驟:
[0006]①、通過化學氣相沉積法在襯底上生長石墨烯；
[0007]②、將用來轉移石墨烯的目標基底置于蒸鍍腔體中，并對蒸鍍腔體抽真空；
[0008]③、加熱金屬蒸鍍源至該金屬的恪點以上溫度，待目標基底上蒸鍍上金屬納米顆粒后，向蒸鍍腔體中通入惰性氣體至常壓，打開蒸鍍腔體取出蒸鍍有金屬納米顆粒的目標基底待用；
[0009]④、將襯底上生長的石墨烯轉移到步驟③中蒸鍍有金屬納米顆粒的目標基底上，得到石墨烯透明導電膜。
[0010]調控石墨烯薄膜電子結構的方法，還包括以下步驟:
[0011]⑤、將轉移后得到的石墨烯透明導電膜置于蒸鍍腔體中，并對蒸鍍腔體抽真空；
[0012]⑥、加熱石墨烯透明導電膜至100°C以上，并保持至少10分鐘，使吸附在石墨烯上的污染物從其表面脫附；
[0013]⑦、加熱金屬蒸鍍源至該金屬的熔點以上溫度，待石墨烯透明導電膜上蒸鍍上金屬納米顆粒后，向蒸鍍腔體中通入惰性氣體至常壓，打開蒸鍍腔體取出調整了電子結構的后的石墨烯膜。
[0014]所述金屬納米顆粒的厚度為I?5個原子層的厚度。
[0015]所述步驟②中的目標基底為PET材料或者PI材料；所述目標基底為PET材料時，步驟⑥中石墨烯透明導電膜加熱至100°C?120°C;所述目標基底為PI材料時，步驟⑥中石墨烯透明導電膜加熱至100°C?200 °C。
[0016]所述步驟②和步驟⑤中對蒸鍍腔體抽真空時，需要將蒸鍍腔體內的壓力抽到0.0lpa 以下。
[0017]所述步驟③和步驟⑦中的金屬蒸鍍源為相同或者不同金屬，但均為功函數大于石墨烯的金屬，或者均為功函數小于石墨烯的金屬；當步驟③和步驟⑦中的金屬蒸鍍源均使用功函數大于石墨烯的金屬時，獲得P型石墨烯；當步驟③和步驟⑦中的金屬蒸鍍源使用功函數小于石墨烯的金屬時，獲得N型石墨烯。
[0018]實現本發明目的的第二種技術方案是:調控石墨烯薄膜電子結構的方法，包括以下步驟:
[0019]①、通過化學氣相沉積法在襯底上生長石墨烯；
[0020]②、將生長后的石墨烯從襯底上轉移到目標基底上，得到石墨烯透明導電膜；
[0021]③、將轉移后得到的石墨烯透明導電膜置于蒸鍍腔體中，并對蒸鍍腔體抽真空，然后加熱石墨烯透明導電膜至100°C以上，并保持至少10分鐘，使吸附在石墨烯上的污染物從其表面脫附；
[0022]④、加熱金屬蒸鍍源至該金屬的熔點以上溫度，待石墨烯透明導電膜上蒸鍍上金屬納米顆粒后，向蒸鍍腔體中通入惰性氣體至常壓，打開蒸鍍腔體取出處理后的石墨烯膜。
[0023]所述步驟②中的目標基底為PET材料或者PI材料；所述目標基底為PET材料時，步驟③中石墨烯透明導電膜加熱至100°C?120°C;所述目標基底為PI材料時，步驟③中石墨烯透明導電膜加熱至100°C?200 °C。
[0024]所述步驟③中對蒸鍍腔體抽真空時，需要將蒸鍍腔體內的壓力抽到0.0lpa以下。
[0025]所述步驟④中的金屬蒸鍍為功函數大于石墨烯的金屬，或者功函數小于石墨烯的金屬；當金屬蒸鍍源使用功函數大于石墨烯的金屬時，獲得P型石墨烯；當金屬蒸鍍源使用功函數小于石墨烯的金屬時，獲得N型石墨烯。
[0026]采用了上述技術方案，本發明具有以下的有益效果:
[0027](I)本發明提供的兩種方法最大的特點就是先對石墨烯薄膜進行轉移，從而避免了因金屬襯底力學性能不好而導致的彎曲變形對石墨烯薄膜造成的損壞，因此方便了操作，適合工業化流水線上的批量生產。
[0028](2)本發明通過吸附調控的方法，改變石墨烯的費米能級，提高其載流子濃度，從而改善其導電性能，達到擴展其使用范圍的目的。方阻為350 ±20 Ω/SqUare的石墨烯導電薄膜在加了 0.1nm厚的納米金顆粒后，方阻下降到200Q/square。方阻為350±20Ω/square的石墨稀導電薄膜在加了 0.2nm厚的納米金顆粒后，方阻下降到ΙδΟΩ/square。
[0029](3)本發明可以通過選擇不同的金屬蒸鍍源可以對石墨烯進行P型、N型，從而實現對其極性的調控。
【具體實施方式】
[0030](實施例1)[0031 ] 本實施例的調控石墨烯薄膜電子結構的方法，包括以下步驟:
[0032]①、通過化學氣相沉積法在襯底上生長石墨烯。
[0033]②、將用來轉移石墨烯的目標基底置于蒸鍍腔體中，并對蒸鍍腔體抽真空。目標基底為PET材料或者PI材料。
[0034]③、加熱金屬蒸鍍源至該金屬的恪點以上溫度，待目標基底上蒸鍍上金屬納米顆粒后，向蒸鍍腔體中通入惰性氣體至常壓，打開蒸鍍腔體取出蒸鍍有金屬納米顆粒的目標基底待用。金屬納米顆粒的厚度為I?5個原子層的厚度。
[0035]④、將襯底上生長的石墨烯轉移到步驟③中蒸鍍有金屬納米顆粒的目標基底上，得到石墨烯透明導電膜。
[0036]⑤、將轉移后得到的石墨烯透明導電膜置于蒸鍍腔體中，并對蒸鍍腔體抽真空。
[0037]⑥、加熱石墨烯透明導電膜至100°C以上，并保持至少10分鐘，使吸附在石墨烯上的污染物從其表面脫附。目標基底為PET材料時，石墨烯透明導電膜加熱至100°C?120°C;目標基底為PI材料時，石墨烯透明導電膜加熱至100°C?200°C。
[0038]⑦、加熱金屬蒸鍍源至該金屬的熔點以上溫度，待石墨烯透明導電膜