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石墨烯(Graphene)是近年才被发现的二维碳原子晶体,石墨烯独特的二维结构使其具有优异的透光性和导电性。目前,利用石墨烯制备透明导电薄膜并将其应用在太阳能电池中成为新能源开发研究的热点。如何制备得到均匀平整的超薄石墨烯薄膜是获得其优异性能的关键。
本实验首次尝试采用提拉镀膜工艺制备石墨烯薄膜。以化学氧化法所得氧化石墨烯(GraphiteOxide,GO)为原料,在质子化的石英基片上涂覆氧化石墨烯薄膜,在Ar/H2气氛中于进行热处理还原得到石墨烯薄膜,考察制备工艺条件对薄膜结构和性质的影响。
通过UV-Vis、AFM、SEM等表征手段对薄膜的生长状况及表面形貌进行表征,并考察其透过率及导电性。结果表明:GO溶液的浓度对薄膜的表面形貌及性能有较大的影响。提高GO溶液的浓度,薄膜表面粗糙度增大、透光性下降、方块电阻减小。当GO溶液的浓度为0.2mg/mL,提拉三次所得石墨烯薄膜的透过率高于90%(550nm),方块电阻小于30kΩ。
考察了热处理工艺对薄膜还原程度以及导电性能的影响。结果表明:在600-900℃范围内,热处理温度越高还原效果越好,石墨烯薄膜趋向于平整光滑,透光性和导电性均提高。
为进一步提高薄膜的导电性,通过提拉镀膜工艺在氧化石墨烯薄膜表面镀上一层纳米银溶胶,再经过900℃热处理后得到纳米银/石墨烯复合薄膜。经AFM表征,纳米银成功镶嵌在石墨烯薄膜上,纳米银的引入使石墨烯薄膜粗糙度增加,透过率略有降低,但是导电性明显提高,并对其机理进行了探讨。