CN104692362A - 一种保护石墨烯的方法以及含有保护层的石墨烯薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用一种保护液保护石墨烯的方法，所述方法包括以下步骤：1)将保护液涂覆在石墨烯表面上；2)通过加热或光照使保护液固化，以形成含有保护层的石墨烯薄膜；其中，用于形成保护层的保护液可以是例如丙烯酸基光固化胶、丙烯酸基热固化胶、环氧基光固化胶、环氧基热固化胶、硅基热固化胶、硅基光固化胶、二氧化硅加硬液、聚氨酯基光固化胶、聚氨酯基热固化胶、聚甲基丙烯酸甲酯热固化胶或聚甲基丙烯酸甲酯光固化胶。本发明还涉及根据所述方法制备的含有保护层的石墨烯薄膜。

Description

一种保护石墨烯的方法以及含有保护层的石墨烯薄膜

技术领域

本发明涉及使用保护液保护石墨烯的方法以及由所述方法制备的含有保护层的石墨烯薄膜。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子构成的六方蜂窝状二维晶体。由于石墨烯具有优异的电学、力学、热学和光学特性，因此其在材料领域有着广泛的应用，例如用于制造透明电极、以及更薄、开关速度更快的电子元件等。

目前，石墨烯的制备方法主要包括：机械剥离法、化学剥离法、外延法、溶剂剥离法、化学气相沉积法(CVD)。通过化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜通常附着于金属箔衬底上，经过后续的转移步骤从而将其转移至其它衬底上。但是，转移后的石墨烯薄膜由于其薄膜性质，容易被划伤而造成破损，因此需要对其进行后续加工来进行保护。目前，主要是使用保护薄膜对石墨烯进行保护。但是这种方法影响石墨烯的刻蚀性能，且再次取出后会造成石墨烯破损，并且贴上保护薄膜后影响石墨烯的透光性。

发明内容

因此，本发明的目的在于在石墨烯表面上形成保护层，从而有效地保护石墨烯以防止损坏。本发明的目的还在于在改进石墨烯耐磨性的同时不影响其透光性及加工性能，同时亦可保持其柔性。

本发明的一个方面提供了一种使用保护液保护石墨烯的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将保护液涂覆在石墨烯表面上；

2)通过加热或光照使保护液固化，以形成含有保护层的石墨烯薄膜；

其中，用于形成保护层的保护液可以是例如丙烯酸基光固化胶、丙烯酸基热固化胶、环氧基光固化胶、环氧基热固化胶、硅基热固化胶、硅基光固化胶、二氧化硅加硬液、聚氨酯基光固化胶、聚氨酯基热固化胶、聚甲基丙烯酸甲酯热固化胶或聚甲基丙烯酸甲酯光固化胶，优选二氧化硅加硬液或丙烯酸基光固化胶。所述保护液经固化后透光率达到光学级(＞90％)。

本发明的另一方面提供了由所述方法制备的含有保护层的石墨烯薄膜。所述保护层的厚度为1～100μm，优选1～50μm，更优选3～8μm。

本发明的又一个方面提供了一种激光刻蚀的方法，其中使用所述含有保护层的石墨烯薄膜，所述激光刻蚀采用紫外、红外或可见光波段的激光。

本发明的再一个方面提供了所述含有保护层的石墨烯薄膜用作透明电极的用途。

使用本发明的方法制备的含有保护层的石墨烯薄膜与现有技术的含有保护膜的石墨烯薄膜相比，本发明的保护层可以不经移除，即，石墨烯薄膜在不移除保护层的情况下进行激光刻蚀图案(所述保护层耐高温)，同时不影响透光性、加工性能，且同时改进耐磨性和保持柔性。

具体实施方式

所述石墨烯样片是负载在衬底上的石墨烯薄膜，衬底可以为金属衬底、陶瓷、硅片、玻璃衬底、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等有机板材或片材衬底，优选苯二甲酸乙二醇酯衬底。苯二甲酸乙二醇酯衬底的优势在于可以满足石墨烯的弯曲性能和柔性。

所述石墨烯样片可通过喷涂、旋涂、滚涂、刷涂或浸涂等方式涂覆保护液，但并不限于此。

所述保护液经加热固化或经紫外光辐射固化，所述加热是在40～200℃、优选40～70℃的温度下进行。

由保护液形成的保护层的厚度可以为1～100μm，优选1～50μm，更优选3～8μm。

实施例

在下文中对本发明进行详细描述，下列实例仅用于对本发明的技术方案进行解释和说明，而并非意在对本发明的范围进行限制。

石墨烯样片的制备

石墨烯样片：通过CVD方法制备透明石墨烯薄膜，规格尺寸为20cm*30cm，然后将其转移至PET衬底上。

透光性测试

测试方式：将薄膜透光率仪(GZ502A，购自联易微电子有限公司)打开，自动校准透光率后，将石墨烯薄膜平整放在测试台上，读出波长为550nm的透过率数值。

方块电阻测试

在23±2℃的温度，60％～70％RH的湿度条件下将石墨烯薄膜放在非接触方块电阻测试仪(JXNR-2，购自北京恒奥德科技有限公司)测试平台上进行方阻测试。

激光刻蚀

采用TOPwin光纤激光蚀刻机，激光刻蚀条件：

1064nm，M^2＜1.3单模红外激光器；

温度22～25℃，湿度25～65％RH。

焦点高度	能量	速度	频率	遍数
					23.815mm	7W	2500	200K	1

柔性测试

弯曲程度：将20mm宽的薄膜绕直径为10mm的圆棒弯曲1周，弯曲时间1s，恢复时间1s循环1000次透过率变化＜1％、方阻测试变化值＜2％。

具体实施例：

含有保护层的石墨烯薄膜1的制备

将20cm*30cm石墨烯样片浸入丙烯酸基光固化胶(购自汉高乐泰)中，再经过慢拉缓慢提起石墨烯样片，使得在石墨烯薄膜表面上形成一层均匀的液膜，然后在365nm的紫外光下每平方厘米得到2000mj的固化能量就可固化，得到厚度为7μm的石墨烯薄膜。

在未形成保护层之前，测得石墨烯薄膜的方块电阻为330Ω/sq，透光率为86.7％。在形成保护层之后，石墨烯薄膜的方块电阻变为300Ω/sq，透过率为88.6％。激光刻蚀测试显示出，在石墨烯薄膜上可以直接进行激光刻蚀，而无需移除保护层。柔性测试显示出其柔韧性良好。

含有保护层的石墨烯薄膜2的制备

利用喷涂的方法在20cm*30cm石墨烯样片的表面上形成一层二氧化硅加硬液膜(购自深圳凡高化工材料有限公司)，然后在60℃的温度下烘烤20分钟进行固化，得到保护层厚度为6μm的石墨烯薄膜。

在未形成保护层之前，测得石墨烯薄膜的方块电阻为330Ω/sq，透光率为86.7％。在形成保护层之后，石墨烯薄膜的方块电阻变为310Ω/sq，透过率为89％。激光刻蚀测试显示出，在石墨烯薄膜上可以直接进行激光刻蚀，而无需移除保护层。柔性测试显示出其柔韧性良好。

通过上述实验可看出，石墨烯样片在未形成保护层时，使用非接触式方阻仪测试样片，石墨烯方决电阻为330Ω/sq，薄膜透光率仪测试透光率为86.7％，在形成保护层之后，再进行测试，方块电阻变为300～310Ω/sq，透过率为88.6～89％。表面形成了光滑面，用手反复摩擦多次进行方阻测试仍未改变。固化后样片进过多次弯曲后测试方阻未发生变化。使用激光机进行激光刻蚀后功能测试为正常，说明被保护后的石墨烯仍然可加工。

Claims (10)

1.一种保护石墨烯的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将保护液涂覆在石墨烯表面上；

2)通过加热或光照使保护液固化，以形成含有保护层的石墨烯薄膜；

2.权利要求1的保护石墨烯的方法，其中所述保护液选自丙烯酸基光固化胶、丙烯酸基热固化胶、环氧基光固化胶、环氧基热固化胶、硅基热固化胶、硅基光固化胶、二氧化硅加硬液、聚氨酯基光固化胶、聚氨酯基热固化胶、聚甲基丙烯酸甲酯热固化胶或聚甲基丙烯酸甲酯光固化胶，优选为二氧化硅加硬液或丙烯酸基光固化胶。

3.权利要求1的保护石墨烯的方法，其中所述石墨烯样片通过喷涂、旋涂、滚涂、刷涂或浸涂方式涂覆保护液。

4.权利要求1的保护石墨烯的方法，其中所述保护液经加热固化或经紫外光辐射固化，所述加热是在40～200℃、优选40～70℃的温度下进行。

5.权利要求1的保护石墨烯的方法，其中石墨烯样片是负载在衬底上的石墨烯薄膜，所述衬底为金属衬底、陶瓷、硅片、玻璃衬底、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯有机板材或片材衬底。

6.权利要求5的保护石墨烯的方法，其中石墨烯样片负载在苯二甲酸乙二醇酯衬底上。

7.权利要求1的保护石墨烯的方法，其中保护层的厚度为1～100μm，优选1～50μm，更优选3～8μm。

8.一种含有保护层的石墨烯薄膜，使用权利要求1-7所述的保护石墨烯的方法制备。

9.一种激光刻蚀的方法，其中使用权利要求8的含有保护层的石墨烯薄膜，所述激光刻蚀采用紫外、红外或可见光波段的激光。

10.权利要求8的石墨烯薄膜用作透明电极的用途。