新型石墨烯复合透明导电薄膜的制备与性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:angelfang555
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现代社会生活中科技的发展十分迅速,电子器件日新月异的更新换代,尤其是平板显示向着轻薄化和便携化方向的发展。采用柔性材料做衬底的透明导电薄膜因为具有便携带,柔性好,机械能力强等优点,已成为世界上目前科技项目研究的一大热点。众所周知的是,最初广泛使用的透明导电薄膜材料是ITO,而ITO已经运用在光电子薄膜器件领域中长达五十多年,但是由于抗弯折拉伸的能力很差,并不适合用于制备柔性的透明导电薄膜,因此科研工作者们一直在寻找其它替代材料。石墨烯、金属纳米线以及导电氧化物三者复合透明导电薄膜因其具有良好的导电性、透过率和优异的弯折性,是最有潜力替代的材料。因而本论文旨在设计能够综合Cu纳米线、石墨烯(Gra)、铝掺杂氧化锌(AZO)三种材料优点的复合柔性透明导电薄膜,并研究其性能,其内容如下:第一部分:通过水热法制备出Cu纳米线,通过化学气相沉积法和还原氧化法制备得到石墨烯。随后通过各种涂覆方法得到Cu纳米线、石墨烯、AZO单一结构的柔性透明导电薄膜材料。采用XRD、SEM、TEM、紫外分光光度计、四探针方阻测试等仪器手段对透明导电薄膜性能进行表征。结果表明,旋涂法式涂覆铜纳米线的效果最优;使用化学气相沉积法制备的石墨烯要比还原氧化方法制备的石墨烯质量更好,更适用于做透明导电材料;AZO作为陶瓷材料,在涂覆时50 nm的厚度能够使其综合透明导电能力达到最优。第二部分:设计并制备出Cu/Gra/AZO的复合柔性透明导电薄膜材料。采用XRD、SEM、TEM、紫外分光光度计、四探针方阻测试等仪器手段对透明导电薄膜进行了表征。经测试得知,复合薄膜的方阻为9.4Ω/sq,同时在550 nm处有着74%的透光率,是满足柔性透明导电需求。本论文测试了Cu/Gra/AZO复合薄膜在受到外力作用拉伸、弯折时的方阻变化,得益于石墨烯优良的延展性,复合薄膜在拉伸、弯折时方阻变化不大。同时测试了复合薄膜在空气中长时间放置的方阻变化,得知上层的石墨烯和AZO能够有效防止Cu纳米线被氧化。最后,通过进行薄膜的抗摩擦测试,证明了涂覆AZO可有效增加薄膜的抗摩擦能力。Cu/Gra/AZO复合薄膜综合了Cu纳米线的低方阻,石墨烯的优良可弯折性,AZO陶瓷的优良的化学稳定性等等优点,在工业化应用中具有重要应用前景。
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