CN105609217A - 一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置 - Google Patents

一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置，该制作方法包括：配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。本发明实施例提供的上述制作方法较简单，得到的石墨烯透明电极具有低电阻、高平整性。

Description

一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置。
背景技术
在显示技术领域，平板显示装置，如液晶显示器和有机电致发光显示器因其具有轻、薄、低功耗、高亮度，以及高画质等优点，在平板显示技术领域占据重要的地位。
目前显示装置中透明电极的材料一般采用氧化铟锡(Indiumtinoxide，简称ITO)，但由于ITO机械稳定性差，而且铟资源的日益缺少导致其成本的不断提高，所以急需寻求一些可替代的环保的电极材料。过去几十年研究者们尝试了大量的新型电极材料，比如纳米碳管、金属网格与金属纳米线网等。
最近，由于其高导电性、透明性、可弯曲性、空气与高温稳定性，石墨烯(Graphene)作为一种新型的柔性电子学与电极材料得到广泛认同。石墨烯是一种理想的二维晶体，是由sp2杂化轨道的二维碳原子形成的厚度仅为单层原子的六角蜂窝状的平面。石墨烯特殊的片层结构使得石墨烯具有优异的电学、光学、热学及机械特性，由于电子在石墨烯中传输不易发生散射，迁移率高达2×105cm2/(VS)，是硅中电子迁移率的140倍。石墨烯的表面电阻约为31Ω/sq，导电率更是高达106S/m，，其构成的薄膜是一种超“柔性”的透明导体，使得石墨烯透明电极有望取代传统电极ITO，成为新一代透明电极。但是现有技术中石墨烯应用于透明电极存在电阻偏大、表面起伏大等问题。
因此，如何制备出具有低电阻、高平整性的石墨烯透明电极，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置，可以利用简单的制作方法，得到具有低电阻、高平整性的石墨烯透明电极。
因此，本发明实施例提供了一种石墨烯透明电极的制作方法，包括：
配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的所述氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；
将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；
对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印，具体包括：
在真空条件下采用喷射涂覆的方式将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转印到待形成的电极图形的区域，进行热压处理。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述转印的角度范围为0至360度。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述待形成的电极图形的区域具有金属栅网；
所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移在所述金属栅网的表面上。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，具体包括：
采用水合肼还原法对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯进行还原处理。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述还原处理的温度范围为100℃至300℃。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述氧化石墨烯溶液的预设浓度范围为0.05％至10％。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述氧化石墨烯溶液为掺杂聚苯胺的氧化石墨烯复合溶液。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，所述石墨烯透明电极为像素电极、公共电极或触控电极。
本发明实施例还提供了一种石墨烯透明电极，所述石墨烯透明电极采用本发明实施例提供的上述制作方法制作。
本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置，该制作方法包括：配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。本发明实施例提供的上述制作方法较简单，在经过转移、转印和还原处理后，得到的石墨烯透明电极具有低电阻、高平整性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的石墨烯透明电极的制作方法流程图；
图2为本发明实施例提供的石墨烯透明电极的制作方法在步骤S103执行后的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的石墨烯透明电极的SEM图；
图4为本发明实施例提供的石墨烯透明电极的FT-IR图；
图5为本发明实施例提供的具有石墨烯透明电极的液晶面板示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
其中，附图中各结构的大小和形状不反映石墨烯透明电极的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种石墨烯透明电极的制作方法，如图1所示，包括：
S101、配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；
S102、将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；
S103、对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。
在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，该方法包括：首先配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；然后将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；最后对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。本发明实施例提供的制作方法较简单，在经过抽滤、热压喷涂转印和还原处理后，得到的石墨烯透明电极具有低电阻、高平整性。
需要说明的是，本发明实施例在执行步骤S101配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤时，具体可以采用如下方式实现：
首先，称取1.5g的硝酸钠(NaNO3)固体溶于69ml98％的浓硫酸中，形成混合液，将该混合液置于冰水浴中同时磁力搅拌15min，使NaNO3固体充分溶解(反应温度控制在0℃)；称量3.0g的天然石墨加入到上述的混合液中，搅拌15min(温度亦维持在0℃)；然后，缓慢加入一定量的高锰酸钾，在加入过程中控制反应温度不超过20℃，搅拌20min，将温度调到35℃继续搅拌1h；之后，在混合液中加入138ml的去离子水并升温至98℃，搅拌15min，再次加入420ml的去离子水并加入30ml30％的双氧水(H2O2)来还原残余的氧化剂，使溶液变为亮黄色；关掉加热并趁热过滤，在过滤的同时用5％的盐酸(HCl)溶液洗涤，除去溶液中的二氧化锰(MnO2)；将过滤后得到的滤饼用一定量的去离子水稀释，再进行超声和离心处理；在离心后得到的上层清液中加入一定量的浓盐酸和去离子水，充分搅拌后再次离心；将离心后得到的下层粘性固体置于65℃的烘箱中烘干，此时可以得到氧化石墨样品。
随后，将上述氧化石墨样品配制成预设浓度的氧化石墨烯溶液，利用移液枪量取一定体积的溶液，将其用水稀释后进行真空抽滤，这样通过控制量取溶液的体积便可以达到控制薄厚的效果。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，为了使待形成的电极的电阻尽量小，上述氧化石墨烯溶液的预设浓度范围可以设置为0.05％至10％。氧化石墨烯溶液的浓度越小，电阻就越小，且透光性越好。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，为了提高氧化石墨烯薄膜的均匀性，步骤S102将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印，具体可以采用如下方式实现：
在真空条件下采用喷射涂覆的方式将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转印到待形成的电极图形的区域，进行热压处理。
需要说明的是，将抽滤所得的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，在一定外力下进行转压后，需要用丙酮反复清洗来除去滤膜，将清洗干净的薄膜用乙醇冲洗干净后，烘干(或常温下风干)即可制得所需的氧化石墨烯薄膜。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，为了进一步提高薄膜的平整性和均匀性，如图2所示，转印的角度范围可以设置为0至360度，可将氧化石墨烯完全平整地摊开；此外，为了使氧化石墨烯薄膜为透明状，氧化石墨烯的膜厚尽量控制在纳米级别。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，为了进一步降低薄膜的电阻，待形成的电极图形的区域可以设置有金属栅网；并且，抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移在金属栅网的表面上。该金属栅网的材料可以设置为银(Ag)、钯(Pd)、钯/金(Pd/Au)、钪(Sc)、金(Au)、钛/金(Ti/Au)、镍/金(Ni/Au)。对于金属栅网材料的选择可以根据实际情况而定，只要满足能够降低薄膜的电阻即可，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，为了使氧化石墨烯还原成石墨烯，并且还原效果好，步骤S103对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，具体可以采用如下方式实现：
采用水合肼还原法对热压喷涂转印后的氧化石墨烯进行还原处理。
需要说明的是，在利用水合肼对氧化石墨烯薄膜进行还原反应后，需要将反应后的薄膜用乙醇溶液反复清洗，然后烘干(或常温下风干)即可制得所需的石墨烯薄膜，即石墨烯透明电极。
图3示出了经还原后的石墨烯SEM图，从图中可见石墨烯的薄层结构。图4示出了经还原后的石墨烯FT-IR谱图，从图中可以看出天然石墨在3430cm-1的一个O-H键的伸缩振动峰，2920cm-1、2850cm-1的C-H振动峰和1630cm-1的C＝C振动峰，基本上没有含氧化官能团的存在。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，上述还原处理的温度范围可以设置为100℃至300℃，在这种低温下可以有效防止对其他膜层性能的影响。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，氧化石墨烯溶液可以选择为掺杂聚苯胺的氧化石墨烯复合溶液，聚苯胺的含量可以设置为0-90％，这样，可以提高电极的导电率和透过率。经实验数据可知，用导电聚苯胺掺杂所得到的氧化石墨烯复合溶液，能够很好地旋涂在玻璃或者PET的基底上，然后只需要在低温下还原，便可以得到高导电率(80Ω/sq)和高透光率(80％)的石墨烯复合材料透明电极；在弯曲测试中，电极也显示了极好的稳定性，导电性没有明显降低。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极的制作方法中，石墨烯透明电极可以作为像素电极、公共电极或触控电极。以在TN模式下的液晶显示面板为例，如图5所示，石墨烯透明电极可以作为公共电极2，即设置在彩膜基板1的彩膜层上，石墨烯透明电极也可以作为像素电极3，设置在阵列基板4上。对于石墨烯透明电极的位置可以根据实际情况，进行选择，在此不做限定。
下面以一个具体的实例详细的说明本发明实施例提供的石墨烯透明电极的制作方法，制作石墨烯透明电极的具体步骤如下：
步骤一、配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；
在具体实施时，配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，该预设浓度范围可以为0.05％至10％；具体地，利用移液枪量取一定体积的氧化石墨烯溶液，将其用水稀释后进行真空抽滤，得到一定厚度的氧化石墨烯薄膜；
步骤二、将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；
在具体实施时，上述待形成电极图形的区域可以为像素电极图形所在的区域、公共电极图形所在的区域或触控电极图形所在的区域等；具体地，在真空条件下采用喷射涂覆的方式将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转印到待形成的电极图形的区域，然后进行热压处理，之后用丙酮反复清洗来除去滤膜，将清洗干净的薄膜用乙醇冲洗干净后，烘干(或常温下风干)即可制得所需的氧化石墨烯薄膜；
步骤三、对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极；
在具体实施时，采用水合肼还原法对热压喷涂转印后的氧化石墨烯进行还原处理，之后将反应后的薄膜用乙醇溶液反复清洗，然后烘干(或常温下风干)即可制得所需的石墨烯薄膜，即石墨烯透明电极。
至此，经过具体实例提供的上述步骤一至步骤三制作出了本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种石墨烯透明电极，由于该结构解决问题的原理与前述一种石墨烯透明电极的制作方法相似，因此该结构的实施可以参见石墨烯透明电极的制作方法的实施，重复之处不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述石墨烯透明电极，该显示装置可以包括液晶显示器、有机电致发光显示器或电容式触控屏等。具体地，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该显示装置的实施可以参见上述石墨烯透明电极的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种石墨烯透明电极、其制作方法及显示装置，该制作方法包括：首先配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；然后将抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；最后对热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。本发明实施例提供的制作方法较简单，在经过抽滤、热压喷涂转印和还原处理后，得到的石墨烯透明电极具有低电阻、高平整性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种石墨烯透明电极的制作方法，其特征在于，包括：
配制预设浓度的氧化石墨烯溶液，对稀释后的所述氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯薄膜；
将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印；
对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到石墨烯透明电极。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移到待形成的电极图形的区域，进行热压喷涂转印，具体包括：
在真空条件下采用喷射涂覆的方式将所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转印到待形成的电极图形的区域，进行热压处理。
3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述转印的角度范围为0至360度。
4.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述待形成的电极图形的区域具有金属栅网；
所述抽滤后的氧化石墨烯薄膜转移在所述金属栅网的表面上。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯薄膜进行还原处理，具体包括：
采用水合肼还原法对所述热压喷涂转印后的氧化石墨烯进行还原处理。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述还原处理的温度范围为100℃至300℃。
7.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的预设浓度范围为0.05％至10％。
8.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液为掺杂聚苯胺的氧化石墨烯复合溶液。
9.如权利要求1-8任一项所述的制作方法，其特征在于，所述石墨烯透明电极为像素电极、公共电极或触控电极。
10.一种石墨烯透明电极，其特征在于，所述石墨烯透明电极采用如权利要求1-9任一项所述的制作方法制作。
11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求10所述的石墨烯透明电极。
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