基于石墨烯的透明导电薄膜及其原型器件的研究

当前国际上关于石墨烯的研究主要集中在高质量样品的获取、奇异物性的探测以及原型器件的设计制造等。由于研究时间短，这几方面的研究仍蕴藏着丰富的物理内涵和巨大的探索空间。基于此，本项目主要采用垂直沉积法，Langmuir-Blodgett 自组装法等，将化学剥离法得到的氧化石墨片(GO)进行自组装沉积，通过优化沉积条件和还原方式实现大面积高质量的石墨烯透明导电薄膜的可控制备。研究基于石墨烯电极的高效率柔性太阳能电池和高比能量、高功率密度的"绿色"储能原型器件；并结合石墨烯薄膜电极和器件性能对石墨烯结构特性、基本物性等相关基础问题进行研究。微米级的石墨烯片层搭接形成石墨烯宏观体，具有其独特的薄层结构，良好的透光率和导热导电特性，是代替ITO薄膜作为有机光电子器件电极的理想材料，同时由于其具有超大的理论比表面积，简单的织构特性，石墨烯同时也是储能（如超级电容器，锂离子电池等）体系的理想候选电极材料。

1. 成功制备了尺寸大于10μm的单层石墨烯样品，并确定了合成的最佳工艺路线，通过调整氧化时间、剥离强度等因素，实现了对样品尺寸的控制。.2. 通过沉积方法制备了大尺寸石墨烯薄膜，确定了影响成膜质量的关键为悬浮液浓度和衬底放置角度，通过控制薄膜厚度，调节薄膜透光率和电导率间的相互关系，得到性能最佳的石墨烯薄膜。.3. 首次提出有机化石墨烯与共混给体作为活性层，并制备ITO/PEDOT:PSS/P3HT:有机化石墨烯：MDMO-PPV/LiF/Al光伏器件。石墨烯与共混给体活性层实现光谱吸收作用区域从480nm-580nm拓宽为400nm-580nm，使得光生激子从P3HT和MDMO-PPV的LUMO能级传导到石墨烯的HOMO能级；将开路电压从0.73V提高到0.88V，并在内部获得稳定连续的三维网络传输，将短路电流从3.98mA cm-2提高到4.39 mA cm-2，为光伏转化效率提高提供了新的研究方法。.4. 提出一种无连接剂、一步原位合成石墨烯/金纳米颗粒的方法，并经多种检测手段表征。通过巧妙的控制衬底结构，在几乎不影响“电磁机制”的基础上极大的增强“化学机制”，从而将一直以来混淆在一起的的两个SERS机制分离开来，为SERS机理的研究奠定了基础。.5. 首次提出将吞噬石墨烯量子点前列腺癌细胞放在X射线下治疗的方案，通过MTT测试细胞的活性，说明吞噬石墨烯量子点前列腺癌细胞的活性在X射线光照下受到抑制。.6. 以石墨烯为电极材料，制备了水系扣式超级电容器，其比容大于200F/g，能力密度大于20Wh/Kg，功率密度大于10kW/Kg，综合性能与商业化产品相比成倍提高。.7. 以石墨烯为电极材料，制备了有机系扣式超级电容器。采用四乙基四氟硼酸铵溶液作为电解质，比容大于120F/g，约为活性炭电容器的两倍，能量密度大于80Wh/Kg，功率密度大于20kW/Kg，显著优于商业化双电层超级电容器。..8. 共发表相关研究论文36篇，并申请国家发明专利6项，已经授权2项。.