北京大學(xué)成功研發(fā)高性能石墨烯柔性透明電極連續(xù)卷對(duì)卷生產(chǎn)新工藝
時(shí)間：2021-04-06 16:43:03學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
石墨烯薄膜具有優(yōu)異的透光性和導(dǎo)電性以及機(jī)械柔性，在透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。然而目前基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜仍然存在導(dǎo)電性不夠高、穩(wěn)定性不夠好、難以實(shí)現(xiàn)低成本大面積制備等挑戰(zhàn)性問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，北京大學(xué)納米化學(xué)研究中心的研究人員在高品質(zhì)石墨烯薄膜可控生長(zhǎng)的前期工作基礎(chǔ)上（Nano Lett. 2011, 11, 1106; Nature Commun. 2012, 3, 1280; Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2263; Nature Commun. 2015, 6, 6519），最近開(kāi)發(fā)出一種新的卷對(duì)卷連續(xù)快速生長(zhǎng)石墨烯薄膜的方法，設(shè)計(jì)并研制了可達(dá)到中試水平的石墨烯卷對(duì)卷化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)石墨烯成核與生長(zhǎng)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了大面積單層石墨烯薄膜在工業(yè)銅箔基底上卷對(duì)卷宏量制備。并開(kāi)發(fā)了卷對(duì)卷熱壓印-電化學(xué)快速鼓泡轉(zhuǎn)移方法，避免了銅箔刻蝕的常規(guī)轉(zhuǎn)移工藝，實(shí)現(xiàn)了石墨烯從銅箔生長(zhǎng)基底直接向工業(yè)用PET柔性透明塑料基底的連續(xù)化無(wú)損轉(zhuǎn)移，從而制備了高品質(zhì)石墨烯/PET柔性塑料電極。此工藝突破了大尺寸石墨烯薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)瓶頸，還實(shí)現(xiàn)了銅箔的反復(fù)利用，與綠色、可持續(xù)工業(yè)生產(chǎn)工藝兼容，在降低工業(yè)生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)能方面富有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
在此基礎(chǔ)上，研究人員在石墨烯快速轉(zhuǎn)移過(guò)程中，將金屬納米線（銀納米線、銅納米線等）網(wǎng)絡(luò)直接封裝在石墨烯與柔性塑料基底之間，批量制備了石墨烯/金屬納米線/PET的復(fù)合型柔性導(dǎo)電薄膜。測(cè)試表明，相對(duì)于單組分的石墨烯或者金屬納米線透明電極，石墨烯/納米線/PET柔性透明電極顯示出超高的導(dǎo)電性和透光性（表面電阻低至8歐姆/?，且透光性高達(dá)94%）、優(yōu)異的機(jī)械柔性和抗剝離性能、出色的化學(xué)穩(wěn)定性和抗蝕性，在惡劣的工作環(huán)境中具有優(yōu)良的耐久性能，在下一代柔性電子和光電子領(lǐng)域有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。與商品化的ITO電極相比，石墨烯/納米線/PET柔性透明電極具有更高的導(dǎo)電性、透光性、機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，能夠制成可以彎曲、折疊的光電器件。北京大學(xué)與斯坦福大學(xué)的研究人員合作，將石墨烯/納米線/PET柔性透明電極應(yīng)用于電致變色器件，成功制備了變色速度快、循環(huán)穩(wěn)定性能好的柔性電致變色器件。這種連續(xù)卷對(duì)卷CVD生長(zhǎng)-封裝轉(zhuǎn)移-無(wú)損剝離的快速制備石墨烯薄膜的方法突破了諸多技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜和高性能柔性透明電極的連續(xù)化和規(guī)?；a(chǎn)，并降低了化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)法的生產(chǎn)成本，具有工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。
研究人員已經(jīng)將這項(xiàng)原型技術(shù)申請(qǐng)了專(zhuān)利，其研究成果發(fā)表在近期的《納米快報(bào)》(Nano Letters)雜志上【Bing Deng（鄧兵）, Po-Chun Hsu（徐伯均）, Yi Cui（崔屹）, Zhongfan Liu（劉忠范）, Hailin Peng（彭海琳）, et al., Roll-to-roll encapsulation of metal nanowires between graphene and plastic substrate for high-performance flexible transparent electrodes. Nano Letters 2015, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01531】。這項(xiàng)工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中組部人才基金和北京市科委的資助。
(高性能石墨烯柔性透明電極連續(xù)卷對(duì)卷生產(chǎn)新工藝研發(fā)成功 插圖作者：彭海琳)
（2015年5月30日）
(高性能石墨烯柔性透明電極連續(xù)卷對(duì)卷生產(chǎn)新工藝研發(fā)成功 插圖作者：彭海琳)
（2015年5月30日）
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