TWI535653B - 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用 - Google Patents

利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用 Download PDF

Info

Publication number
TWI535653B
TWI535653B TW103115622A TW103115622A TWI535653B TW I535653 B TWI535653 B TW I535653B TW 103115622 A TW103115622 A TW 103115622A TW 103115622 A TW103115622 A TW 103115622A TW I535653 B TWI535653 B TW I535653B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
graphene
slurry
plasma
substrate
scaly
Prior art date
Application number
TW103115622A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201540662A (zh
Inventor
陳奕君
陳建彰
徐振哲
周必泰
劉筱薇
張浩銘
梁聖彬
吳挺睿
Original Assignee
國立臺灣大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立臺灣大學 filed Critical 國立臺灣大學
Priority to TW103115622A priority Critical patent/TWI535653B/zh
Priority to US14/701,471 priority patent/US9908779B2/en
Publication of TW201540662A publication Critical patent/TW201540662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI535653B publication Critical patent/TWI535653B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment
    • C01B32/23—Oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1262—Process of deposition of the inorganic material involving particles, e.g. carbon nanotubes [CNT], flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1295—Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用
本說明書揭露一種利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用。利用該電漿處理位於一基板上之石墨烯後，可以使得該處理後的石墨烯因之具有特殊的結構及特性。
隨著地球上石化能源的蘊藏量日漸枯竭，運用太陽能發電成為能源科技發展的重要趨勢之一，從1954年以來，太陽能電池的發展已經歷數個世代，其中染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,DSSC)屬於第三代太陽能電池。染料敏化太陽能電池與傳統矽基(silicon-based)太陽能電池利用n型和p型半導體互相接觸(pn junction)的發電原理不同，它是一光電化學系統(photoelectrochemical system)，利用不同化學反應的作用把光能轉為電能。相較於其他種類太陽能電池，其最大優勢在於成本低廉、製程簡單，在太陽能電池的普及面臨成本瓶頸的今日，具有競爭力，另外也能以軟性材料作為基板，達成可撓曲的效果。
一個染料敏化太陽能電池由光電極、對電極與電解液組成。傳統上光電極為塗佈於FTO導電玻璃並吸附有光敏染料的多孔性(mesoporous)二氧化鈦(TiO2)，對電極為鍍上金屬鉑薄膜的導電玻璃，電解液為包含I-/I3-氧化還原對的離子液體。在光照射的情況下，吸附於二氧化鈦上的染料分子吸收光後被激發，因而注入電子到二氧化鈦的傳導帶 中，電子由二氧化鈦經過FTO導電玻璃流至外電路中，最後到達鉑電極。在鉑電極上電解液中的I3-離子得到流入的電子而被還原成I-離子，另外失去電子的帶正電染料分子也會氧化I-離子而還原成中性分子並產生I3-離子，完成一個循環，此循環不斷重複，持續把光能轉為電能。
為了促使染料敏化太陽能電池能達到商業化的目標，世界各地的研究單位積極投入，研究課題包括染料分子與光電極的改善、電解質成分濃度的優化等。一般的DSSC使用鉑作為對電極，因其有導電與穩定度佳、具催化效果的特性，但鉑屬於貴重金屬，成本極高，為了發揮DSSC低成本的優勢，尋找鉑的替代材料也是目前研究集中的焦點之一。
石墨烯(graphene)為碳元素的一種同素異形體，可視為單層石墨(graphite)，因此有獨特的二維結構，其厚度即為單層原子的厚度。在其二維平面上，碳原子排列成六角形蜂巢結構，每個碳原子和鄰近三個碳原子維持sp2鍵結，產生極佳的平面導電性。2004年Novoselov和Geim團隊從石墨上利用機械方式剝離出僅數層原子層厚的石墨烯，因這種方法簡單且成本低廉，產生的石墨烯擁有高達1013cm-2的載子濃度以及室溫下10000cm2V-1s-1的載子遷移率。除了電特性以外，石墨烯也具備其他良好的光學、熱傳特性，因此其應用範圍涵蓋許多領域，包括石墨烯電晶體、光偵測器、透明導電膜、能源相關等。
中華民國第099129474號專利申請案(案名：石墨烯透明電極、石墨烯發光二極體、及該發光二極體其之製備方法)，提供一種石墨烯透明電極，包括：至少一層石墨烯(graphene)薄膜，且石墨烯薄膜之間係相互堆疊而電性連接；其中，每一石墨烯薄膜之直徑為10μm到1mm，石墨烯透明電極所包含之石墨烯薄膜的總層數為1至1000層，石墨烯透明電極之電阻係為1Ω/cm或以下，且石墨烯透明電極之透光度係70%或以上。
中華民國第100137740號專利申請案(案名：藉由以氧化石 墨烯形成複合材質使性能增強之電極)，提供一種電極，其包含且較佳由下列所組成：奈米微粒形式之電子性活性材料(EAM)及基材，該基材由熱解產物所組成，於其中有併入石墨烯薄片與任意的離子鋰來源。此專利申請案亦為用以製造以粒子為基礎(特別是以纖維為基礎)之電極材料的方法，及包含此種電極之可再充電電池的方法。該電極材料包含併入石墨烯薄片之以熱解材料形成之基材。
中華民國第100146689號專利申請案(案名：以金屬氧化物/ 石墨烯/奈米碳材組成之三相複合材料作為化學儲能之電極材料)，提供一種一種以金屬氧化物/石墨烯/奈米碳材組成之三相複合材料作為化學儲能之電極材料，該電極材料係包括有奈米石墨烯、奈米碳材料及過渡金屬氧化物，而該奈米石墨烯之間係以奈米碳材料作為阻隔，且於該奈米石墨烯及奈米碳材料之表面係沉積有過渡金屬氧化物。藉此，可利用奈米碳材料有效抑制奈米石墨烯之聚集與重疊現象，以提升石墨烯實際上可利用之表面積，且以過渡金屬氧化物提供奈米石墨烯之導電通路。
申請人經悉心設計與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思 出本案「利用電漿處理石墨烯之裝置、方法及其應用」，以下為本案之簡要說明。
本說明書係揭露一種利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用。利用該電漿處理位於一基板上之石墨烯後，可以使得該處理後的石墨烯因之具有特殊的結構及特性。
為達上述目的，本說明書提供一種石墨烯電極製備方法，包括下列步驟：提供含石墨烯之一漿料；使該漿料分布於一導電基板上；以 及利用一大氣噴射電漿加熱處理該漿料，以使該漿料形成一石墨烯薄膜而固定於該導電基板上，以形成該石墨烯電極。
為達上述目的，本說明書亦提供一種製備三維泡棉狀石墨烯(3D graphene foam)之方法，包括下列步驟：提供含石墨烯之一漿料；使該漿料分布於一基板上；以及利用一電漿加熱處理分布於該基板上之該漿料，使該漿料於該基板上形成該三維泡棉狀石墨烯。
為達上述目的，本說明書亦提供一種製備石墨烯薄膜的裝置，其包含：一承載單元，用以承載一基板，其中該基板上具有一石墨烯漿料；以及一電漿產生單元，用以產生一電漿，其中該電漿用以加熱處理位於該基板上之該石墨烯漿料，使該石墨烯漿料於該基板上形成該石墨烯薄膜。
為達上述目的，本說明書亦提供一種石墨烯薄膜製備方法，包括下列步驟：提供一基板，該基板上具有一石墨烯漿料；以及利用一大氣噴射電漿加熱處理該石墨烯漿料，以形成該石墨烯薄膜。
第一圖為一電壓-電流曲線。
第二圖為一電化學阻抗分析頻譜之奈奎斯特圖(Nyquist plot)。
第三A-三G圖為石墨烯電極放大1000倍之SEM照片。
第四A-四G圖為石墨烯電極放大10000倍之SEM照片。
本案的裝置與方法將可由以下的實例說明而得到充分瞭解，並使得熟習本技藝之人士可以據以完成。然本案之實施型態並不以下列實例為限。
在利用大氣噴射電漿(atmospheric pressure plasma jet,APPJ) 處理石墨烯的一實施例中，取以乙基纖維素(ethyl cellulose)為黏著劑(10wt%)、α-松油醇(α-terpineol)為溶劑所調配成的黏稠狀溶液2mL，將60mg的還原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide,RGO)粉末均勻混合於其中，以形成含石墨烯漿料。接著，利用乾淨之FTO(Fluorine-doped tin oxide)導電玻璃做為基板，將含石墨烯漿料網印於其上，並於烘箱中100℃下軟烤5分鐘後，以大氣噴射電漿進行處理。其中電漿操作參數為30slm流量的氮氣、275V的操作電壓和7/33微秒的工作週期(duty cycle)。將此覆蓋有含石墨烯漿料之FTO導電玻璃固定在活動式載台的基板上，並以緩慢的速度移動至電漿下方進行退火處理，以防止FTO導電玻璃因溫度的劇烈變化而龜裂。 在電漿以上述操作參數進行處理時，基板的工作溫度為450℃。而在電漿下方完成退火處理後，再以同樣的移動速度將載台移出。電漿與載台距離為2公分，石英管與載台的間距為1公釐，而電漿處理覆蓋有含石墨烯漿料之FTO導電玻璃之時間分別為1秒、5秒、9秒、11秒、13秒及17秒。經上述電漿處理後，含石墨烯漿料將形成固定於FTO導電玻璃上之一薄膜。此具有石墨烯薄膜之FTO導電玻璃，即為一石墨烯電極。
其中，本說明書所使用之黏著劑，可以使用但不限於：纖維 素之酯類衍生物(例如硝酸纖維素、醋酸纖維素)、纖維素之醚類衍生物(例如甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素)、PEG(Polyethylene glycol)、PEO(Polyethylene oxide)、PVP(Polyvinylpyrrolidone)等。本說明書所使用之溶劑，可以使用但不限於：水、α-松油醇、β-松油醇、χ-松油醇、δ-松油醇、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮等。
本說明書所使用之電漿氣體可使用包括但不限於：氫氣、氧氣、氬氣、氦氣、空氣等。本說明書所述之電漿的驅動電源的種類可以使 用包括但不限於：直流、交流、脈衝、射頻等。本說明書所述之電漿的種類包括：介電質放電式電漿、噴射式電漿等。操作壓力為50mTorr到5大氣壓。
另外，以上述相同步驟製備但未經後續熱處理、以及經習知 爐管退火(450℃、15分鐘)處理之石墨烯電極、以及經上述大氣電漿退火處理之石墨烯電極當作對電極，再分別與具有緻密層及離散層、且經過四氯化鈦後處理的二氧化鈦光電極組裝成DSSC後，量測各DSSC之開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、理想因子(FF%)和光電轉換效率(η%)等光電特性，記載如下表一所示。
從表一可以發現網印完軟烤後未經後續熱處理的石墨烯對 電極效率極低，應是有機物阻礙傳導所致，顯示熱處理步驟的必要性。原本採用的400℃爐管退火可以達到5.18%的光電轉換效率。而大氣電漿退火的效率短時間內隨時間遞增，在11秒時即可達到與爐管退火相當的效率， 縮短退火所需時間達九成以上。對於效率最主要的影響來自理想因子，效率極低時理想因子也相當差，隨著大氣電漿退火的時間增加理想因子也漸增。
上述比較例及本說明書實施例所製備之DSSC的電壓-電流曲線歸納如第一圖所示。
而上述比較例及本說明書實施例所製備之DSSC的電化學阻抗分析頻譜之奈奎斯特圖歸納如第二圖所示。其中由於APPJ退火處理1秒的曲線範圍遠大於其他條件，第二圖只畫出其餘五種APPJ退火處理條件之阻抗頻譜。另外，根據電路模型分別擬合上述經習知爐管退火處理及APPJ退火處理1秒、5秒、9秒、11秒之電化學阻抗分析頻譜得到的Rct1值，記載如下表二所示。
透過表二可知，隨著APPJ處理時間的增加，Rct1逐漸降低，11秒時電荷轉移電阻已略低於經爐管退火處理之石墨烯對電極，顯示對電極催化性與效率呈現正相關，應是導致效率改變的原因之一。
請參閱第三A-三G圖及第四A-四G圖，其分別為上述比較例及本說明書實施例所製備之石墨烯電極的掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)照片，放大倍率分別為1000倍(第三A-三G圖)和10000倍(第四A-四G圖)。其中，第三A、三B、三C、三D、三E、三F、三G圖分別顯示上述未經後續熱處理之比較例、上述習知爐管退火處理之比較例及上述經APPJ退火處理1秒、5秒、9秒、11秒、13秒之石墨烯電極。第四A、四B、四C、四D、四E、四F、四G圖分別顯示上述未經後續熱處理之比較例、上述習知爐管退火處理之比較例及上述經APPJ退火處理1秒、5秒、9秒、11秒、13秒之石墨烯電極。
第三A圖中可以看到未經後續熱處理之石墨烯表面為粗糙 狀，但石墨烯的片狀結構並不明顯。而如第三B圖所示，爐管退火後藉由有機物的移除，使膜中產生孔隙，並顯露片狀結構。另外，隨著APPJ處理對電極時間增加，表面的孔隙漸趨明顯，並有鱗片狀翻起，且與爐管退火看到的片狀結構並不相同。而從第四D圖也可觀察，到電漿處理5秒後，單片狀石墨烯表面出現破裂狀，而呈現鱗片狀翻起，不似爐管退火的片狀結構平整，因此電漿可能在移除有機物的同時，也破壞了石墨烯的平面結構。 石墨烯結構的缺陷可能降低導電度，但同時能提升催化能力，從Rct1值也可以看出，以APPJ退火處理11秒後，此對電極的催化性略高於爐管退火所製備而成者。故大氣電漿處理的石墨烯對電極能快速去除有機物，而結構破壞的負面影響則由增加的催化活性補償。上述之石墨烯片狀結構之尺度(長、寬或直徑)為0.5至50μm，鱗片狀翻起之結構中，單一鱗片之尺度(長、寬或直徑)為0.1至2μm。
此外，以上述習知爐管退火處理之石墨烯，經估計每平方公 分需耗能3kJ。然而，經由上述APPJ退火處理之石墨烯，以處理11秒為例，估計每平方公分僅需耗能1.1kJ。也就是說，透過本說明書所述的方法來製備石墨烯電極，僅需習知爐管退火處理約三分之一的耗能，即可使得此石 磨烯電極具有與習知爐管退火處理所製備者相同之光電轉換效率。
經由上述說明可知，本說明書提供了一種製備具特殊結構之 石墨烯的方法。詳言之，透過將含石墨烯的漿料塗佈於基板，再以大氣電漿對此含石墨烯的漿料進行適當時間的熱處理，直至獲得具鱗片狀結構之石墨烯薄膜後，即可應用於如上所述之實施例中。而由上述實施例所製備而成的石墨烯，其因具有為數眾多的鱗片狀結構，故自整體觀之，此石墨烯乃具有三維泡棉狀之結構，亦即為三維泡棉狀石墨烯(3D graphene foam)。
綜上所述，本說明書至少提供了一種製備石墨烯電極之裝置 與方法，其可將原本以小時為單位的製程縮短至11秒以內，並與傳統長時間退火方法所得之成品具有相同之特性。具體而言，本說明書利用大氣電漿在短時間、低耗能下製備出石墨烯電極，並以其製備出高效率的染料敏化太陽能電池，證實了大氣電漿退火處理確實可以完全取代傳統習知的退火製程，並提供一更快更經濟的改善方案。
具體而言，以下所列之實施例可以對本發明做更清楚的描 述。
1.一種石墨烯電極製備方法，包括下列步驟：提供含石墨 烯之一漿料；使該漿料分布於一導電基板上；以及利用一大氣噴射電漿加熱處理該漿料，以使該漿料形成一石墨烯薄膜而固定於該導電基板上，以形成該石墨烯電極。
2.如實施例1所述之方法，其中該石墨烯薄膜具有複數個鱗 片狀石墨烯結構，而該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成該具有複數個鱗片狀結構的石墨烯薄膜，以形成該石墨烯電極。
3.如實施例2所述之方法，其中該複數個鱗片狀石墨烯結構 各自具有0.1至2μm之尺度。
4.如實施例1-3任一項所述之方法，其中該漿料具有一黏著 劑及一溶劑，該黏著劑包含纖維素之酯類衍生物、纖維素之醚類衍生物、PEG(Polyethylene glycol)、PEO(Polyethylene oxide)、PVP(Polyvinylpyrrolidone)及其組合，該溶劑包含水、α-松油醇、β-松油醇、χ-松油醇、δ-松油醇、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮及其組合。
5.一種製備三維泡棉狀石墨烯(3D graphene foam)之方 法，包括下列步驟：提供含石墨烯之一漿料；使該漿料分布於一基板上；以及利用一電漿加熱處理分布於該基板上之該漿料，使該漿料於該基板上形成該三維泡棉狀石墨烯。
6.如實施例5所述之方法，其中該電漿為一大氣噴射電漿， 而該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成具有複數個鱗片狀結構之石墨烯，以形成該三維泡棉狀石墨烯。
7.一種製備石墨烯薄膜的裝置，其包含：一承載單元，用 以承載一基板，其中該基板上具有一石墨烯漿料；以及一電漿產生單元，用以產生一電漿，其中該電漿用以加熱處理位於該基板上之該石墨烯漿料，使該石墨烯漿料於該基板上形成該石墨烯薄膜。
8.一種石墨烯薄膜製備方法，包括下列步驟：提供一基板， 該基板上具有一石墨烯漿料；以及利用一大氣噴射電漿加熱處理該石墨烯漿料，以形成該石墨烯薄膜。
9.如實施例8所述之方法，其中該石墨烯薄膜具有複數個鱗 片狀石墨烯結構，而該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成該具有複數個鱗片狀結構的石墨烯薄膜。
10.如實施例9項所述之方法，其中該複數個鱗片狀石墨烯 結構各自具有0.1至2μm之尺度。
惟值得注意，縱使本案已由上述之實例所詳細敘述，而可由在此領域具通常知識者任施匠思而為諸般修飾，然該等修飾皆不脫離如附實施例所欲保護者。

Claims (10)

  1. 一種石墨烯電極製備方法，包括下列步驟：提供含石墨烯之一漿料；使該漿料分布於一導電基板上；以及利用一大氣噴射電漿加熱處理該漿料，其中該大氣噴射電漿與該漿料的處理時間為1-17秒，以使該漿料形成一石墨烯薄膜而固定於該導電基板上，以形成該石墨烯電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該石墨烯薄膜具有複數個鱗片狀石墨烯結構，而該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成該具有複數個鱗片狀結構的石墨烯薄膜，以形成該石墨烯電極。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該複數個鱗片狀石墨烯結構各自具有0.1至2μm之尺度。
  4. 如申請專利範圍第1-3項任一項所述之方法，其中該漿料具有一黏著劑及一溶劑，該黏著劑包含纖維素之酯類衍生物、纖維素之醚類衍生物、PEG(Polyethylene glycol)、PEO(Polyethylene oxide)、PVP(Polyvinylpyrrolidone)及其組合，該溶劑包含水、α-松油醇、β-松油醇、χ-松油醇、δ-松油醇、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮及其組合。
  5. 一種製備三維泡棉狀石墨烯(3D graphene foam)之方法，包括下列步驟：提供含石墨烯之一漿料；使該漿料分布於一基板上；以及利用一電漿加熱處理分布於該基板上之該漿料，其中該電漿與該漿料的處理時間為1-17秒，使該漿料於該基板上形成該三維泡棉狀石墨烯。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該電漿為一大氣噴射電漿，而 該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成具有複數個鱗片狀結構之石墨烯，以形成該三維泡棉狀石墨烯。
  7. 一種製備石墨烯薄膜的裝置，其包含：一承載單元，用以承載一基板，其中該基板上具有一石墨烯漿料；以及一電漿產生單元，用以產生一大氣噴射電漿，其中該大氣噴射電漿用以加熱處理位於該基板上之該石墨烯漿料，使該石墨烯漿料於該基板上形成該石墨烯薄膜。
  8. 一種石墨烯薄膜製備方法，包括下列步驟：提供一基板，該基板上具有一石墨烯漿料；以及利用一大氣噴射電漿加熱處理該石墨烯漿料，其中該大氣噴射電漿與該石墨烯漿料的處理時間為1-17秒，以形成該石墨烯薄膜。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該石墨烯薄膜具有複數個鱗片狀石墨烯結構，而該大氣噴射電漿加熱處理該漿料，直至該漿料形成該具有複數個鱗片狀結構的石墨烯薄膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該複數個鱗片狀石墨烯結構各自具有0.1至2μm之尺度。
TW103115622A 2014-04-30 2014-04-30 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用 TWI535653B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103115622A TWI535653B (zh) 2014-04-30 2014-04-30 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用
US14/701,471 US9908779B2 (en) 2014-04-30 2015-04-30 Apparatus and method for treating graphene using plasma and application thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103115622A TWI535653B (zh) 2014-04-30 2014-04-30 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201540662A TW201540662A (zh) 2015-11-01
TWI535653B true TWI535653B (zh) 2016-06-01

Family

ID=54354708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103115622A TWI535653B (zh) 2014-04-30 2014-04-30 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9908779B2 (zh)
TW (1) TWI535653B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106185904B (zh) * 2016-07-15 2018-02-09 浙江大学 一种高褶皱石墨烯纸
US11066296B1 (en) * 2018-08-21 2021-07-20 Iowa State University Research Foundation, Inc. Methods, apparatus, and systems for fabricating solution-based conductive 2D and 3D electronic circuits
CN113174169B (zh) * 2021-04-08 2021-12-17 南京航空航天大学 一种耐磨防腐特氟龙涂料的制备方法、涂料及应用方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534921B1 (en) * 2000-11-09 2003-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for removing residual metal-containing polymer material and ion implanted photoresist in atmospheric downstream plasma jet system
ATE339871T1 (de) * 2002-03-28 2006-10-15 Apit Corp S A Verfahren zur oberflächenbehandlung durch atmosphärisches plasma und vorrichtung zu seiner herstellung
US20070053168A1 (en) * 2004-01-21 2007-03-08 General Electric Company Advanced heat sinks and thermal spreaders
DE102004033728B4 (de) * 2004-07-13 2009-07-23 Plasmatreat Gmbh Verfahren zum Bearbeiten und Verkleben von Werkstücken aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer hydratisierten Oxid- und/oder Hydroxidschicht
US7691278B2 (en) * 2005-09-27 2010-04-06 Lam Research Corporation Apparatus for the removal of a fluorinated polymer from a substrate and methods therefor
JP5052597B2 (ja) * 2007-03-20 2012-10-17 株式会社日本マイクロニクス 積層型パッケージ要素の端子形成方法、及び、積層型パッケージの形成方法
US20090311540A1 (en) * 2008-06-11 2009-12-17 Yoram Cohen Highly Sensitive and Selective Nano-Structured Grafted Polymer Layers
US8426309B2 (en) * 2009-09-10 2013-04-23 Lockheed Martin Corporation Graphene nanoelectric device fabrication
US9017756B2 (en) * 2010-01-07 2015-04-28 Nanotek Instruments, Inc. Continuous process for producing spacer-modified nano graphene electrodes for supercapacitors
IL220677A (en) * 2011-06-30 2017-02-28 Rohm & Haas Elect Mat Transparent conductive items
US8962504B2 (en) * 2011-07-29 2015-02-24 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Graphene-reinforced ceramic composites and uses therefor
CN102903539A (zh) 2012-10-24 2013-01-30 上海大学 石墨烯厚膜电极的制备方法
TWI511356B (zh) * 2012-11-21 2015-12-01 Ind Tech Res Inst 石墨烯電極、包含其之能量儲存裝置、及其製造方法
US20140154464A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Empire Technology Development, Llc Graphene membrane with size-tunable nanoscale pores
KR101995465B1 (ko) * 2013-02-18 2019-07-03 삼성전자 주식회사 롤 형태를 갖는 전극 구조체, 이를 채용한 전극 및 전기소자, 및 상기 전극 구조체의 제조방법
KR101510805B1 (ko) * 2013-10-22 2015-04-08 현대자동차주식회사 그래핀-세라믹 하이브리드 코팅막, 및 이의 제조 방법
CN103710759B (zh) * 2013-12-17 2016-03-02 华中科技大学 一种石墨烯图形化掺杂方法
US9406485B1 (en) * 2013-12-18 2016-08-02 Surfx Technologies Llc Argon and helium plasma apparatus and methods

Also Published As

Publication number Publication date
US9908779B2 (en) 2018-03-06
US20150315026A1 (en) 2015-11-05
TW201540662A (zh) 2015-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hou et al. TiO2 nanotubes for dye‐sensitized solar cells—A review
Gholipour et al. Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells based on a Low-Cost Carbon Cloth.
Feng et al. Vertically aligned single crystal TiO2 nanowire arrays grown directly on transparent conducting oxide coated glass: synthesis details and applications
Wang et al. Application of TiO2-graphene nanocomposites to photoanode of dye-sensitized solar cell
Dong et al. Vertically aligned carbon nanotubes/graphene hybrid electrode as a TCO-and Pt-free flexible cathode for application in solar cells
Kwon et al. Hydrothermal synthesis of rutile–anatase TiO2 nanobranched arrays for efficient dye-sensitized solar cells
Peng et al. Facial synthesis of SnO2 nanoparticle film for efficient fiber-shaped dye-sensitized solar cells
Seo et al. Mesoporous TiO2 films fabricated using atmospheric pressure dielectric barrier discharge jet
KR101879610B1 (ko) 조밀한 부분 및 성긴 부분을 갖는 단층 카본 나노튜브를 갖는 막과 그 제조 방법, 및 그 막을 갖는 재료와 그 제조 방법
Sima et al. Study of dye sensitized solar cells based on ZnO photoelectrodes deposited by laser ablation and doctor blade methods
Jiang et al. Influences of deposition and post-annealing temperatures on properties of TiO2 blocking layer prepared by spray pyrolysis for solid-state dye-sensitized solar cells
Bu Synthesis of graphitic carbon nano-onions for dye sensitized solar cells
TWI535653B (zh) 利用電漿處理石墨烯之裝置與方法、及其應用
Song et al. Simple preparation of fluorine-doped TiO2 photoanode for high performance dye sensitized solar cells
Fodjouong et al. Synthesis of ZnO nanostructure films by thermal evaporation approach and their application in dye-sensitized solar cells
Kim et al. Transparent TiO 2 nanotube array photoelectrodes prepared via two-step anodization
Kumara et al. Efficient solid-state dye-sensitized n-ZnO/D-358 dye/p-CuI solar cell
More et al. Effect of cleaning process of substrate on the efficiency of the DSSC
Kim et al. Dye-sensitized solar cells based on trench structured TiO2 nanotubes in Ti substrate
Malekshahi Byranvand et al. Influence of nanostructured TiO2 film thickness on photoelectrode structure and performance of flexible Dye-Sensitized Solar Cells
Ho et al. Fabrication of TiO2 nanotube–nanocube array composite electrode for dye-sensitized solar cells
Akbar et al. FTO-free counter electrodes for dye-sensitized solar cells using carbon nanosheets synthesised from a polymeric carbon source
US20150322573A1 (en) Method for preparing metal from metal precursor solution and the application thereof
Lee et al. Sculptured platinum nanowire counter electrodes for dye-sensitized solar cells
Al-Khafaji et al. Influence of grain size, electrode type and additives on dye sensitized solar cells efficiency