具有良好透光性和导电性的石墨烯薄膜的热化学法制备研究

本项目旨在发展一种全新的基于薄层石墨烯膜的窗口电极材料用于替代存在致命问题的ITO(一种铟掺杂的氧化锡)膜材料。主要思想是采用具有特定结构的石墨片断分子为前驱体，首先在纳米压印技术的协助下形成带有中空纳米图案的有机薄膜，然后通过可控的热反应将这种由石墨片断分子组成的膜转化为一种具有全新结构的薄层石墨膜，从而使这种膜同时具有很好的导电性和很高的透光率。本项目要解决的关键问题是这种石墨膜的导电性与透光率之间的矛盾问题；通过调节石墨片断分子的结构和热反应来调节薄层石墨膜的结构，同时通过引入具有特定结构的中空纳米图案来保证膜导电性的前提下大幅度提高膜的透光率。从而使这种膜成为一种很有竞争力的ITO替代材料。

本项目旨在发展一种石墨烯基透明电极材料用于替代目前常用的氧化铟锡透明导电膜材料。透明电极材料广泛用于各种光电器件中，例如太阳能电池，触摸屏和光电二极管等。目前常用的氧化铟锡存在诸多缺点，包括价格昂贵且铟的存量稀少、化学稳定性差以及缺乏柔性等。发展石墨烯基透明导电电极有助于解决这些问题。根据本项目的研究计划，在本项目的执行期间，主要针对盘状小分子的结构构建及自组装成膜、石墨烯热化学法制备、以电纺丝模板和规则掩模板构建石墨烯基透明导电网格材料等方面开展了研究工作。通过对盘状小分子的结构设计，我们实现了网状薄膜的构建；通过石墨烯热化学法制备，我们了解了石墨烯尺寸、氧化剂与石墨比例和热处理温度对石墨烯透光性和导电性能的影响；通过电纺丝为掩模板对石墨烯薄膜的刻蚀，我们了解了电纺丝尺寸、电纺丝密度和电纺丝制备时间对透明导电石墨烯网格薄膜性能的影响；通过规则掩模板对石墨烯薄膜的刻蚀，我们获得了具有规则结构的石墨烯网格薄膜，其电阻约为1000Ω/cm2，透光率在90%以上，经过与金属网格的结合，最终我们得到了石墨烯基透明导电薄膜，其电阻为18Ω/cm2,透光率在80%，基本达到预定的目标。总之，通过本项目的研究，我们对石墨烯基透明导电膜的结构-性能关系有了较系统深入的了解，为下一步的性能优化与规模化制备奠定了良好的实验基础；同时，通过对以上内容的系统深入研究，基本完成了本项目预定的工作计划，实现了既定的目标。在本项目的资助下，共发表论文12篇，申请专利8项，培养博士3人。