CN112885895A - 石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置 - Google Patents

石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置，其中，石墨烯导电薄膜的制备方法包括以下步骤：采用原子层沉积技术在介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层；将沉积金属催化层后的介孔二氧化硅分散在第一有机溶剂中，得到分散液，将分散液制成薄膜；以薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除薄膜，得到石墨烯纳米线；将石墨烯纳米线分散至第二有机溶剂中，得到成膜液，将成膜液涂设于基板的表面，得到石墨烯导电薄膜。本发明提供的制备方法，通过原料的选择和步骤的设计，并充分结合不同工艺的优势，使制得的石墨烯导电薄膜的导电性、透明度和物理性能优良，且适合大规模生产。

Description

石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置。
背景技术
随着电子工业的飞速发展，对低能耗、多功能以及环境友好型电子产品的不断需求，柔性电子器件以其独特的柔韧延展性、高效多功能性以及便携可穿戴性成为了下一代电子工业发展的重要领域，引起人们越来越多的关注。其中晶体管作为许多电子设备驱动部分的放大器和开关，在电子器件中应用很多，故柔性薄膜晶体管也是近几年的一个研究热点。对于柔性薄膜晶体管，传统采用氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)材料作为透明电极。但ITO材料的导电率较低，使得薄膜晶体管的导电性能差。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置，旨在现有薄膜晶体管的导电性能较差的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种石墨烯导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层；
将沉积金属催化层后的所述介孔二氧化硅分散在第一有机溶剂中，得到分散液，将所述分散液制成薄膜；
以所述薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除所述薄膜，得到石墨烯纳米线；
将所述石墨烯纳米线分散至第二有机溶剂中，得到成膜液，将所述成膜液涂设于基板的表面，得到石墨烯导电薄膜。
可选地，所述采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层的步骤之前，还包括：
将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液；
调节所述混合溶液的pH值为3～6，再将所述混合溶液在30～60℃下搅拌1～3h，得到溶液A；
向所述溶液A加入正硅酸乙酯，并在30～60℃下继续搅拌反应5～12h，得到溶液B；
将所述溶液B升温至100～150℃，然后反应12～24h，反应结束后，冷却至室温，得到混合液；
将所述混合液固液分离，取固体物干燥后，在400～600℃下煅烧2～5h，得到介孔二氧化硅。
可选地，每加入3～5g所述聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，对应加入5～20mL所述正硅酸乙酯。
可选地，所述采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积金属催化层的步骤包括：
将所述介孔二氧化硅放入反应室内，在100～200℃下，脉冲交替通入金属前驱体和还原性气体，并采用保护气吹扫，在所述介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到金属催化层。
可选地，所述金属前驱体的通入时间为0.01s～0.04s，停留时间为5～20s，所述还原性气体的通入时间为0.02s～0.05s，停留时间为5s-20s；和/或，
所述金属前驱体包括铜催化层或镍前驱体。
可选地，所述以所述薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除所述薄膜，得到石墨烯纳米线的步骤包括：
将所述薄膜放入化学气相沉积反应室中，同时通入惰性气体和还原性气体，加热至800～1200℃后，继续加热5～10min，停止惰性气体的通入，再通入碳源前驱体反应60～300s，冷却降温以在所述薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线；
采用模板去除剂去除所述薄膜中的所述介孔二氧化硅，采用催化层去除剂去除所述薄膜中的所述金属催化层，得到石墨烯纳米线。
可选地，所述惰性气体和还原性气体的流量比为1：(20～100)；和/或，
所述碳源前驱体包括甲烷、乙炔和乙烷中的至少一种；和/或，
所述还原性气体与所述碳源前驱体通入的流量比为(80～120)：(10～30)；和/或，
所述模板去除剂包括氟化氢溶液或氢氧化钠溶液中；和/或，
所述催化层去除剂包括氯化铁溶液。
进一步地，本发明还提出一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括电极层，所述电极层为如上所述的石墨烯导电薄膜的制备方法制得的石墨烯导电薄膜。
可选地，所述薄膜晶体管还包括依次层叠设置的基板、栅金属层、栅绝缘层、非晶硅有源层、欧姆接触层、源漏金属层和钝化层；
其中，所述电极层设置在所述钝化层背离所述源漏金属层的一侧上，且所述电极层至少部分贯穿所述钝化层并与所述源漏金属层连接。
此外，本发明还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的薄膜晶体管。
本发明提供的技术方案中，通过原子层沉积技术在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积金属催化层，介孔二氧化硅的孔径为2～50nm，有利于碳源前驱体的填充，利用其为模板制备的石墨烯纳米线的尺寸也在2～50nm，这种介观有序尺寸赋予石墨烯纳米线优异的物理性能和导电性，从而使制得的石墨烯导电薄膜的物理性能和导电性能较好；同时，采用原子层沉积技术使沉积的金属催化层的均匀性、致密性、阶梯覆盖率及厚度控制都有明显优势，此外，金属催化层的沉积，可以提高制得的薄膜的孔隙率和比表面积，使后续沉积制备的石墨烯纳米线易于控制且致密度高，适合工业化使用；通过化学气相沉积在薄膜上沉积石墨烯纳米线，使其得到了产量高、速率快的石墨烯纳米线。因此，本发明提供的制备方法，通过原料的选择和步骤的设计，并充分结合不同工艺的优势，使制得的石墨烯导电薄膜的导电性、透明度和物理性能优良，且适合大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提出的石墨烯导电薄膜的制备方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明提出的一实施例中制得的介孔二氧化硅的扫描电镜图；
图3为本发明提供的薄膜晶体管的一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 基板 50 欧姆接触层
20 栅金属层 60 源漏金属层
30 栅绝缘层 70 钝化层
40 非晶硅有源层 80 电极层
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种石墨烯导电薄膜的制备方法，请参阅图1，该制备方法包括以下步骤：
步骤S10、采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层。
原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)技术是一种特殊的化学气相沉积技术，是通过将气相前驱体脉冲脉冲交替通入反应室并在沉积基体表面发生化学吸附反应形成薄膜的一种方法。当前驱体分子达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应，原子层沉积的表面反应具有自限制性，即化学吸附自限制性(CS)和顺次反应自限制性(RS)，这种自限制性特征是原子层沉积的基础，通过不断重复这种自限制性反应形成纳米颗粒或薄膜，生产极好的三维保形性化学计量薄膜。因此，ALD沉积的速率较慢，但沉积的膜层的均匀性、致密性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都具有明显的优势。此处，金属催化层的沉积量比较少，因此，选用ALD沉积金属催化层，得到了均匀性、致密性、阶梯覆盖率和厚度控制都较好的金属催化层。
在一实施例中，步骤S10包括：将介孔二氧化硅放入反应室内，在100～200℃下，脉冲交替通入金属前驱体和还原性气体，并采用保护气吹扫，从而在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到金属催化层。
在一实施例中，金属前驱体包括铜前驱体或镍前驱体。由于有机金属化合物含有官能团，能够与模板表面结合，以便于形成金属催化层，而且有机金属化合物沸点低，可以在低温下生长成金属催化层薄膜，因此，金属前驱体选用有机金属化合物。本发明不限制铜前驱体的具体物质，在一具体实施例中，铜前驱体选用N，N—二异丙基乙酸铜。其中，还原性气体用以将有机金属化合物中金属离子还原成金属单质，得到金属催化层，作为后续石墨烯生长的催化剂。还原性气体可选用氢气等离子体，如此可使得其还原反应能够在低温下进行。保护气用以对沉积得到的金属催化层进行保护，以防止其被氧化，在一实施例中，保护气为氩气。
为了使制得的金属催化层的均匀性较好，在本实施例中，金属前驱体的通入时间为0.01s～0.04s，停留时间为5～20s，还原性气体的通入时间为0.02s～0.05s，停留时间为5s-20s。其中，脉冲交替的循环次数为50～300次。
具体地，一个脉冲交替过程包括第一脉冲过程和第二脉冲过程，第一脉冲过程：通入金属前驱体0.01～0.04s，并控制金属前驱体停留在孔道中5～20s，使金属前驱体在孔道中充分吸附，吸附完成后通入保护气3～10s将多余的金属前驱体进行吹扫，清除残留气体；第二脉冲过程：通入还原性气体0.02～0.05s，并控制还原性气体停留在孔道中5～20s，使还原性气体与孔道吸附的金属前驱体在完成反应，在反应完成后通入保护气3～15s将产生的废气进行吹扫。在完成一个脉冲交替过程后，重复前述脉冲交替过程50～300次，最终金属纳米颗粒高效稳定均匀地填充在介孔二氧化硅孔道的内壁面上。
需要说明的是，介孔二氧化硅可以在市面上购买，也可以自行制备。请参阅图2，在本实施例中，采用溶胶-凝胶法自行制备介孔二氧化硅，可以得到孔径较多的介孔二氧化硅，同时可以通过调整反应条件，来调整制得的介孔二氧化硅的孔径大小，操作方便且节约成本。
因此，在步骤S10之前还包括以下步骤：
步骤A1、将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液。
其中，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物即P123，以下简称P123。
步骤A2、调节所述混合溶液的pH值为3～6，再将所述混合溶液在30～60℃下搅拌1～3h，得到溶液A。
可以理解的是，通过加入硫酸或盐酸溶液来调节混合溶液的pH值，使其pH值为3～6。
步骤A3、向所述溶液A加入正硅酸乙酯，并在30～60℃下继续搅拌反应5～12h，得到溶液B。
正硅酸乙酯为反应提供硅源，其中，正硅酸乙酯即TEOS。本发明不限制正硅酸乙酯和P123在反应体系中具体的加入量，为了使后续制得的石墨烯导电薄膜的物理性能优异，在本实施例中，每加入3～5g P123，对应加入5～20mL正硅酸乙酯。
步骤A4、将所述溶液B升温至100～150℃，然后反应12～24h，反应结束后，冷却至室温，得到混合液。
具体地，将溶液B放入高压反应釜中，升温至100～150℃，保持12～24h，自然冷却至室温，得到混合液。
步骤A5、将所述混合液固液分离，取固体物干燥后，在400～600℃下煅烧2～5h，得到介孔二氧化硅。
具体地，将混合液抽滤，并将抽滤得到的固体物进行洗涤、干燥，然后在400～600℃下，在空气中煅烧2～5h，得到白色的介孔二氧化硅粉末。
步骤S20、将沉积金属催化层后的所述介孔二氧化硅分散在第一有机溶剂中，得到分散液，将所述分散液制成薄膜。
其中，第一有机溶剂用以使介孔二氧化硅制备成膜，在一实施例中，第一有机溶剂选用为有机醇溶液可以是乙醇溶液，也可以是异丙醇溶液，还可以是其他醇溶液。本发明先将金属催化层沉积于介孔二氧化硅中，再制备成膜，相比于直接将介孔二氧化硅制备成膜，可以提高制得的薄膜的孔隙率和比表面积，使后续沉积制备的石墨烯纳米线易于控制且致密度高，适合大规模生产。
步骤S30、以所述薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除所述薄膜，得到石墨烯纳米线；
本发明通过制备孔径为2～50nm的介孔二氧化硅，使制得的石墨烯纳米线的尺寸也为2～50nm，同时还可以通过调整介孔二氧化硅的制备方法，来得到所需的具体孔径的介孔二氧化硅。如此，制备得到的石墨烯纳米线为线型，电子传输性能高，且物理性能优异。
在一实施例中，步骤S30具体包括以下步骤：
步骤S31、将所述薄膜放入化学气相沉积反应室中，同时通入惰性气体和还原性气体，加热至800～1200℃后，继续加热5～10min，停止惰性气体的通入，再通入碳源前驱体反应60～300s，冷却降温以在所述薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线。
为了去除化学气相沉积反应室内的空气，在化学气相沉积前先向反应室同时通入惰性气体和还原性气体，同时为了利于后续的化学气相沉积，在本实施例中，所述惰性气体和还原性气体的流量比为1：(20～100)。
其中，还原性气体和碳源前驱体通入的流量比为(80～120)：(10～30)，以使沉积的石墨烯纳米线的均匀性和致密度好。在本实施例中，惰性气体为氩气，还原性气体为氢气。同时，加热至800～1200℃下再退火冷却，使石墨烯纳米线与薄膜的连接紧密。此外，碳源前驱体包括甲烷、乙炔和乙烷中的至少一种。在一实施例中，化学气相沉积反应室内的压强为100～150Pa，功率为300～500W。
步骤S32、采用模板去除剂去除所述薄膜中的所述介孔二氧化硅，采用催化层去除剂去除所薄膜中的所述金属催化层，得到石墨烯纳米线。
本发明不限制模板去除剂的具体选择，只要去除薄膜中的介孔二氧化硅的效果好即可，在本实施例中，模板去除剂选用氟化氢溶液或氢氧化钠溶液。可以理解的是，氟化氢溶液为氟化氢溶于水的溶液，氢氧化钠为氢氧化钠溶于水的溶液。具体地，将沉积石墨烯纳米线的薄膜置于质量浓度为3～15％的HF溶液或质量浓度为10～30％的NaOH溶液，并在25～80℃下搅拌，以去除介孔二氧化硅。其中，催化层去除剂一般选用活泼金属盐溶液，这样活泼金属盐溶液可以将惰性金属进行置换而去除，在本实施例中，催化层去除剂为氯化铁溶液。
步骤S40、将所述石墨烯纳米线分散至第二有机溶剂中，得到成膜液，将所述成膜液涂设于基板的表面，即可得到石墨烯导电薄膜。
可以理解的是，先将石墨烯纳米线进行漂洗，再将漂洗后的石墨烯纳米线分散至第二有机溶剂中，得到成膜液，然后将成膜液凸设于基板表面，加热退火后，即可得到石墨烯导电薄膜。其中，第二有机溶剂为有机醇溶液，可以是乙醇溶液，也可以是异丙醇溶液，还可以是其他醇溶液。需要说明的是，本发明不限制第一有机溶剂和第二有机溶剂的相互关系，两者可以一样，也可以不同。采用旋涂法或喷墨打印法将成膜液沉积于基板表面。
综上，本发明提供的技术方案中，通过溶胶-凝胶法制备得到了介孔二氧化硅，而介孔二氧化硅的孔径为2～50nm，有利于碳源前驱体的填充，利用其为模板制备的石墨烯纳米线的尺寸也在2～50nm，这种介观有序尺寸赋予石墨烯纳米线优异的物理性能和导电性，从而使制得的石墨烯导电薄膜的物理性能和导电性能较好；通过原子层沉积技术在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积金属催化层，一方面，采用原子层沉积技术使沉积的金属催化层的均匀性、致密性、阶梯覆盖率及厚度控制都有明显优势，另一方面，金属催化层的沉积，可以提高制得的薄膜的孔隙率和比表面积，使后续沉积制备的石墨烯纳米线易于控制且致密度高，适合工业化使用；通过化学气相沉积在薄膜上沉积石墨烯纳米线，使其得到了产量高、速率快的石墨烯纳米线。因此，本发明提供的制备方法，通过材料的选择和步骤的设计，并充分结合不同工艺的优势，使制得的石墨烯导电薄膜的导电性、透明度和物理性能优良，且适合大规模生产。
进一步地，本发明还提出一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括电极层，所述电极层为如上所述的石墨烯导电薄膜的制备方法制得的石墨烯导电薄膜。
请结合参阅图2，在一具体实施例中，薄膜晶体管包括依次层叠设置的基板10、栅金属层20、栅绝缘层30、非晶硅有源层40、欧姆接触层50、源漏金属层60、钝化层70和电极层80，且电极层至少部分贯穿至钝化层并与源漏金属层连接。
此外，本发明还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的薄膜晶体管。其中，薄膜晶体管包括电极层，而电极层为如上所述的石墨烯导电薄膜的制备方法制得的石墨烯导电薄膜，所述石墨烯导电薄膜的具体制备方法参照上述实施例，由于本发明显示装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将10g P123溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液，加入盐酸溶液以调节混合溶液的pH值为6，再将混合溶液在40℃下搅拌2h，得到溶液A，向溶液A加入20mL正硅酸乙酯，并在40℃下继续搅拌反应10h，得到溶液B，将溶液B升温至130℃，在130℃下反应15h，反应结束后冷却至室温，得到混合液，将混合液抽滤，并将抽滤得到的固体物进行洗涤、干燥，然后在500℃下，在空气中煅烧4h，得到介孔二氧化硅粉末。
(2)将介孔二氧化硅粉末放入原子层沉积反应室内，在150℃下，通入铜前驱体0.03s，并停留12s，通入氩气吹扫6s，通入氢气等离子体0.04s，并停留12s，再通入氩气吹扫10s，如此循环150次，即可在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到铜催化层。
(3)将沉积铜催化层后的介孔二氧化硅分散在醇溶液中，得到分散液，将分散液旋涂成薄膜。
(4)将薄膜放入化学气相沉积腔反应室中，同时通入氩气(氩气流量为1sscm)和氢气(氢气的流量为100sccm)，保持压强为120Pa，功率为400W，加热至1000℃，在6min后，停止氩气的通入，然后通入乙炔(乙炔的流量为20sccm)反应150s，冷却降温，在薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线，将沉积石墨烯纳米线的薄膜置于HF溶液，并在60℃下搅拌，以去除介孔二氧化硅，再将其置于氯化铁溶液中，以去除铜催化层，即可得到石墨烯纳米线。
(5)将石墨烯纳米线分散至醇溶液中，得到成膜液，采用旋涂法将成膜液涂设于基板的表面，即可得到透明稳定的石墨烯导电薄膜。
实施例2
(1)将3g P123溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液，加入盐酸溶液以调节混合溶液的pH值为3，再将混合溶液在30℃下搅拌3h，得到溶液A，向溶液A加入10mL正硅酸乙酯，并在30℃下继续搅拌反应12h，得到溶液B，将溶液B升温至150℃，在150℃下反应12h，反应结束后冷却至室温，得到混合液，将混合液抽滤，并将抽滤得到的固体物进行洗涤、干燥，然后在400℃下，在空气中煅烧5h，得到介孔二氧化硅粉末。
(2)将介孔二氧化硅粉末放入原子层沉积反应室内，在100℃下，通入铜前驱体0.01s，并停留20s，通入氩气吹扫3s，通入氢气等离子体0.02s，并停留20s，再通入氩气吹扫3s，如此循环50次，即可在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到铜催化层。
(3)将沉积铜催化层后的介孔二氧化硅分散在醇溶液中，得到分散液，将分散旋涂成薄膜。
(4)将薄膜放入化学气相沉积腔反应室中，同时通入氩气(氩气流量为4sscm)和氢气(氢气的流量为80sccm)，保持压强为100Pa，功率为300W，加热至800℃，在10min后，停止氩气的通入，然后通入乙炔(乙炔的流量为10sccm)反应300s，冷却降温，在薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线，将沉积石墨烯纳米线的薄膜置于HF溶液，并在80℃下搅拌，以去除介孔二氧化硅，再将其置于氯化铁溶液中，以去除铜催化层，即可得到石墨烯纳米线。
(5)将石墨烯纳米线分散至醇溶液中，得到成膜液，采用旋涂法将成膜液涂设于基板的表面，即可得到透明稳定的石墨烯导电薄膜。
实施例3
(1)将5g P123溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液，加入盐酸溶液以调节混合溶液的pH值为4，再将混合溶液在50℃下搅拌2h，得到溶液A，向溶液A加入20mL正硅酸乙酯，并在50℃下继续搅拌反应7h，得到溶液B，将溶液B升温至100℃，在100℃下反应24h，反应结束后冷却至室温，得到混合液，将混合液抽滤，并将抽滤得到的固体物进行洗涤、干燥，然后在600℃下，在空气中煅烧2h，得到介孔二氧化硅粉末。
(2)将介孔二氧化硅粉末放入原子层沉积反应室内，在200℃下，通入铜前驱体0.04s，并停留5s，通入氩气吹扫5s，通入氢气等离子体0.05s，并停留5s，再通入氩气吹扫5s，如此循环300次，即可在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到铜催化层。
(3)将沉积铜催化层后的介孔二氧化硅分散在醇溶液中，得到分散液，将分散液旋涂成薄膜。
(4)将薄膜放入化学气相沉积腔反应室中，同时通入氩气(氩气的流量为2sscm)和氢气(氢气的流量为100sccm)，保持压强为150Pa，功率为500W，加热至1000℃，在7min后，停止氩气的通入，然后通入乙烷(乙烷的流量为20sccm)反应100s，冷却降温，在薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线，将沉积石墨烯纳米线的薄膜置于HF溶液，并在25℃下搅拌，以去除介孔二氧化硅，再将其置于氯化铁溶液中，以去除铜催化层，即可得到石墨烯纳米线。
(5)将石墨烯纳米线分散至醇溶液中，得到成膜液，采用旋涂法将成膜液涂设于基板的表面，即可得到透明稳定的石墨烯导电薄膜。
实施例4
(1)将3g P123溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液，加入盐酸溶液以调节混合溶液的pH值为5，再将混合溶液在60℃下搅拌1h，得到溶液A，向溶液A加入5mL正硅酸乙酯，并在60℃下继续搅拌反应5h，得到溶液B，将溶液B升温至120℃，在120℃下反应18h，反应结束后冷却至室温，得到混合液，将混合液抽滤，并将抽滤得到的固体物进行洗涤、干燥，然后在500℃下，在空气中煅烧3h，得到介孔二氧化硅粉末。
(2)将介孔二氧化硅粉末放入原子层沉积反应室内，在150℃下，通入镍前驱体0.02s，并停留10s，通入氩气吹扫10s，通入氢气等离子体0.03s，并停留10s，再通入氩气吹扫15s，如此循环200次，即可在介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到镍催化层。
(3)将沉积镍催化层后的介孔二氧化硅分散在醇溶液中，得到分散液，将分散液旋涂成薄膜。
(4)将薄膜放入化学气相沉积腔反应室中，同时通入氩气(氩气的流量为3sscm)和氢气(氢气的流量为120sccm)，保持压强为120Pa，功率为400W，加热至1200℃，在5min后，停止氩气的通入，然后通入甲烷(甲烷的流量为30sccm)反应60s，冷却降温，在薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线，将沉积石墨烯纳米线的薄膜置于NaOH溶液，并在50℃下搅拌，以去除介孔二氧化硅，再将其置于氯化铁溶液中，以去除镍催化层，即可得到石墨烯纳米线。
(5)将石墨烯纳米线分散至醇溶液中，得到成膜液，采用喷墨打印法将成膜液涂设于基板的表面，即可得到透明稳定的石墨烯导电薄膜。
对比例1
(1)将强酸与石墨反应，得到石墨烯。
(2)将石墨烯分散至醇溶液中，得到成膜液，采用喷墨打印法将成膜液涂设于基板的表面，即可得到石墨烯薄膜。
将实施例1至4制得的石墨烯导电薄膜和对比例制得的石墨烯薄膜进行导电性能和物理性能测试，其结果如表1所示。
表1性能测试结果
实施例 对比例
导电率S/m 4*10<sup>6</sup>～7*10<sup>6</sup> 2.0*10<sup>6</sup>～3.5*10<sup>6</sup>
拉伸强度GPa 20～80 2～20
由表1可以看出，实施例1至4制得的石墨烯导电薄膜的导电率均在3.5*106～7*106S/m之间，且拉伸强度在20～80GPa之间，而对比例制得的石墨烯薄膜的导电率在2.0*106～3.5*106S/m之间，且拉伸强度为2～20GPa之间。因此，本申请制得的石墨烯导电薄膜比现有的石墨烯薄膜的导电性能和物理性能均更优异，市场优势明显。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层；
将沉积金属催化层后的所述介孔二氧化硅分散在第一有机溶剂中，得到分散液，将所述分散液制成薄膜；
以所述薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除所述薄膜，得到石墨烯纳米线；
将所述石墨烯纳米线分散至第二有机溶剂中，得到成膜液，将所述成膜液涂设于基板的表面，得到石墨烯导电薄膜。
2.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅的孔道的内壁面上沉积金属催化层的步骤之前，还包括：
将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于去离子水中，并搅拌均匀，得到混合溶液；
调节所述混合溶液的pH值为3～6，再将所述混合溶液在30～60℃下搅拌1～3h，得到溶液A；
向所述溶液A加入正硅酸乙酯，并在30～60℃下继续搅拌反应5～12h，得到溶液B；
将所述溶液B升温至100～150℃，然后反应12～24h，反应结束后，冷却至室温，得到混合液；
将所述混合液固液分离，取固体物干燥后，在400～600℃下煅烧2～5h，得到介孔二氧化硅。
3.如权利要求2所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，每加入3～5g所述聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，对应加入5～20mL所述正硅酸乙酯。
4.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用原子层沉积技术在所述介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积金属催化层的步骤包括：
将所述介孔二氧化硅放入反应室内，在100～200℃下，脉冲交替通入金属前驱体和还原性气体，并采用保护气吹扫，在所述介孔二氧化硅孔道的内壁面上沉积得到金属催化层。
5.如权利要求4所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体的通入时间为0.01s～0.04s，停留时间为5～20s，所述还原性气体的通入时间为0.02s～0.05s，停留时间为5s-20s；和/或，
所述金属前驱体包括铜前驱体或镍前驱体。
6.如权利要求1所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述以所述薄膜为模板，采用化学气相沉积工艺制备石墨烯纳米线，并去除所述薄膜，得到石墨烯纳米线的步骤包括：
将所述薄膜放入化学气相沉积反应室中，同时通入惰性气体和还原性气体，加热至800～1200℃后，继续加热5～10min，停止惰性气体的通入，再通入碳源前驱体反应60～300s，冷却降温以在所述薄膜表面沉积得到石墨烯纳米线；
采用模板去除剂去除所述薄膜中的所述介孔二氧化硅，采用催化层去除剂去除所述薄膜中的所述金属催化层，得到石墨烯纳米线。
7.如权利要求6所述的石墨烯导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体和还原性气体的流量比为1：(20～100)；和/或，
所述碳源前驱体包括甲烷、乙炔和乙烷中的至少一种；和/或，
所述还原性气体与所述碳源前驱体通入的流量比为(80～120)：(10～30)；和/或，
所述模板去除剂包括氟化氢溶液或氢氧化钠溶液；和/或，
所述催化层去除剂包括氯化铁溶液。
8.一种薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管包括电极层，所述电极层为如权利要求1至7任意一项所述的石墨烯导电薄膜的制备方法制得的石墨烯导电薄膜。
9.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括依次层叠设置的基板、栅金属层、栅绝缘层、非晶硅有源层、欧姆接触层、源漏金属层和钝化层；
其中，所述电极层设置在所述钝化层背离所述源漏金属层的一侧上，且所述电极层至少部分贯穿所述钝化层并与所述源漏金属层连接。
10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求8或9所述的薄膜晶体管。
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