石墨烯透明导电薄膜课件
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石墨烯透明导电薄精品文档30页
主要内透明导电薄膜的制备方法 4.应用展望
= 380— 780nm
1.1透明导电薄膜概念及应用
透明导电薄膜（TCFs transparent conducting films）是
指在可见光区（ = 380— 780nm）有较高的透光率
3.1CVD-用Cu作为基底
Srivastava等采用CVD法在Cu箔上沉积石墨烯 膜，得到连续的单层和多层的石墨烯膜，与其 它小组不同的是他们采用的前体不是气体而是 液相前体乙烷，如下图所示。基于液相前体的 方法开创了一种便宜、方便的制备石墨烯薄膜 的方法。采用含有各种掺杂的有机溶剂作前体 可以制备掺杂的石墨烯薄膜。
（例如可弯曲的LCD、有机太阳能电池）的性能要求。 （3）ITO的制备方法（例如喷镀、蒸发、脉冲激
光沉积、电镀）费用高昂。
2.1石墨烯的优良特性
自2019年第一次制备得到独立的单层石墨烯 以来，吸引了众多科学家对石墨烯的研究，石 墨烯已经成为材料及凝聚态物理领域一颗闪耀 的新星。
石墨烯独特的二位晶体结构，赋予了它独特的 性能，研究发现，石墨烯具有优良的机械性能， 杨氏模量约1000GPa，同时由于其特殊的能 带结构，石墨烯也表现出许多优良的的电学性 质。
（Tavg大于80%），并且有优良的导电性，电阻率可以 达到一下10-5*m的薄膜材料。 透明导电薄膜是许多光电子器件的重要组成部分，例如 液晶显示器（LCD），有机太阳能电池，有机发光二极 管（OLCD）等。 常用的透明导电薄膜包括金属膜、氧化物膜（主要是指 铟锡氧化物（ITO））、有机高分子膜、复合膜等
2.2石墨烯优良的光电性质
一、优良的电学性质：
1、研究表明，石墨烯电子传导速率可8*105m*s-1
达
，
= 380— 780nm
1.1透明导电薄膜概念及应用
透明导电薄膜（TCFs transparent conducting films）是
指在可见光区（ = 380— 780nm）有较高的透光率
3.1CVD-用Cu作为基底
Srivastava等采用CVD法在Cu箔上沉积石墨烯 膜，得到连续的单层和多层的石墨烯膜，与其 它小组不同的是他们采用的前体不是气体而是 液相前体乙烷，如下图所示。基于液相前体的 方法开创了一种便宜、方便的制备石墨烯薄膜 的方法。采用含有各种掺杂的有机溶剂作前体 可以制备掺杂的石墨烯薄膜。
（例如可弯曲的LCD、有机太阳能电池）的性能要求。 （3）ITO的制备方法（例如喷镀、蒸发、脉冲激
光沉积、电镀）费用高昂。
2.1石墨烯的优良特性
自2019年第一次制备得到独立的单层石墨烯 以来，吸引了众多科学家对石墨烯的研究，石 墨烯已经成为材料及凝聚态物理领域一颗闪耀 的新星。
石墨烯独特的二位晶体结构，赋予了它独特的 性能，研究发现，石墨烯具有优良的机械性能， 杨氏模量约1000GPa，同时由于其特殊的能 带结构，石墨烯也表现出许多优良的的电学性 质。
（Tavg大于80%），并且有优良的导电性，电阻率可以 达到一下10-5*m的薄膜材料。 透明导电薄膜是许多光电子器件的重要组成部分，例如 液晶显示器（LCD），有机太阳能电池，有机发光二极 管（OLCD）等。 常用的透明导电薄膜包括金属膜、氧化物膜（主要是指 铟锡氧化物（ITO））、有机高分子膜、复合膜等
2.2石墨烯优良的光电性质
一、优良的电学性质：
1、研究表明，石墨烯电子传导速率可8*105m*s-1
达
，
石墨烯ppt课件
04
缺点
设备成本高，制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中，通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件，如超声 功率、时间、温度等，以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单，成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ，如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等，需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长，石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间，企业需要抓 住机遇，积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合，共同推动产业升级和创新 发展，如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代， 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景，如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等，未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注，如生物传感器、药物载体 、医疗器械等，未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
2024版《石墨烯的研究》PPT课件
目录•引言•石墨烯的基本性质•石墨烯的制备方法•石墨烯的应用领域•石墨烯的挑战与前景•结论引言石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料。
石墨烯具有极高的电导率、热导率和机械强度等优异性能。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注，被认为是未来材料科学的重要发展方向之一。
石墨烯的背景与概念0102 03推动材料科学的发展石墨烯作为一种新型材料，其研究有助于推动材料科学的发展，为制备更高性能的材料提供新的思路和方法。
促进相关产业的发展石墨烯的优异性能使其在电子、能源、生物等领域具有广泛的应用前景，其研究有助于促进相关产业的发展。
提高国家科技实力石墨烯作为一种具有重要战略意义的材料，其研究水平的提高有助于提高国家的科技实力和竞争力。
石墨烯的研究意义国内研究现状国内石墨烯研究起步较早，目前已经取得了一系列重要成果，包括石墨烯的制备、表征、应用等方面。
国外研究现状国外石墨烯研究也非常活跃，许多国际知名大学和科研机构都在开展石墨烯相关的研究工作。
发展趋势未来石墨烯的研究将更加注重应用基础研究，探索石墨烯在各个领域的应用潜力，同时加强石墨烯的规模化制备和产业化应用等方面的研究。
国内外研究现状及发展趋势石墨烯的基本性质石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
二维碳纳米材料石墨烯中的碳原子以六边形进行排列，每个碳原子与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的晶格结构。
碳原子排列方式石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm ，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子均为sp2杂化。
原子尺寸零带隙半导体石墨烯是一种零带隙半导体，其载流子在狄拉克点附近呈现线性色散关系，具有极高的载流子迁移率。
高电导率由于石墨烯中载流子的特殊性质，其电导率极高，甚至超过铜等传统导体。
量子霍尔效应在低温强磁场条件下，石墨烯会表现出量子霍尔效应，这是其独特电学性质之一。
石墨烯的强度极高，其抗拉强度是钢铁的数百倍，同时具有优异的韧性。
透明导电氧化物薄膜精品PPT课件
理化学性能提出更高的要求，这样多组元TCO材料的开发 就应运而生，与此同时，TCO与金属复合的多层膜系也取 得了一定的研究成果。目前研究的焦点主要集中在金属基 复合多层膜和多组元TCO上，形成两个平行的发展方向。
透明导电薄膜结构
透明导电氧化物薄膜的基本特性
• 透明导电氧化物薄膜的基本特性之一是良好的导 电性。
透明导电薄膜发展历史
• 20世纪初，透明性与导电性可以共存首次在Cd的氧化物中 发现。
• 60年代ITO成为透明导电材料的主。 • 70年代光学多层膜研究开辟了透明导电多层膜的研究领域
。 • 80年代掺杂ZnO作为ITO的最佳替代材料而广泛研究。 • 到90年代随着光电子产业的快速发展，对透明导透明导电薄膜制备中采用最 为广泛的技术。
• 脉冲激光沉积(PLD)工艺是薄膜制备中常见方法之 一，
• 溶胶一凝胶工艺是一种制备多元氧化物薄膜的常 用方法。
• 喷射热分解法是由制备太阳能电池透明电极而发 展起来的薄膜制备方法。
• 其它一些薄膜制备技术，如化学气相沉积等也被 应用于制备透明导电薄膜
透明导电氧化物薄膜的应用及市场 前景
• 透明导电氧化物薄膜目前主要的应用领域有平面液晶显示 (LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能光伏电池透明电
极[22,231；它对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)可 用作热反射镜，用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用，节省能源 消耗；还可用作透明表面发热器，在汽车、飞机等交通工具的玻璃窗 上形成防雾除霜玻璃；同理，可用在防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜 、仪器视窗上L24j；利用TCO薄膜对微波的衰减性，可用在电子设备 、计算机房、雷达屏蔽保护区等需要屏蔽电磁波的地方，以防止外界 电磁波对电子设备的干扰与破坏嘲；利用TCA3薄膜光电导随表面吸附 的气体种类 和浓度不同会发生变化的特点，可用来制作表面型气敏器件，通 过掺入不同元素检测不同的气体[2朝；柔性衬底TCO薄膜的开发使它的潜 在用途扩大到制造柔性发光器件、塑料液晶显示器、可折叠太阳能电 池以及作为保温材料用于塑料大棚、玻璃粘贴 膜等。表1总结了透明导电薄膜的主要应用及其相应的性能要求。
透明导电薄膜结构
透明导电氧化物薄膜的基本特性
• 透明导电氧化物薄膜的基本特性之一是良好的导 电性。
透明导电薄膜发展历史
• 20世纪初，透明性与导电性可以共存首次在Cd的氧化物中 发现。
• 60年代ITO成为透明导电材料的主。 • 70年代光学多层膜研究开辟了透明导电多层膜的研究领域
。 • 80年代掺杂ZnO作为ITO的最佳替代材料而广泛研究。 • 到90年代随着光电子产业的快速发展，对透明导透明导电薄膜制备中采用最 为广泛的技术。
• 脉冲激光沉积(PLD)工艺是薄膜制备中常见方法之 一，
• 溶胶一凝胶工艺是一种制备多元氧化物薄膜的常 用方法。
• 喷射热分解法是由制备太阳能电池透明电极而发 展起来的薄膜制备方法。
• 其它一些薄膜制备技术，如化学气相沉积等也被 应用于制备透明导电薄膜
透明导电氧化物薄膜的应用及市场 前景
• 透明导电氧化物薄膜目前主要的应用领域有平面液晶显示 (LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能光伏电池透明电
极[22,231；它对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)可 用作热反射镜，用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用，节省能源 消耗；还可用作透明表面发热器，在汽车、飞机等交通工具的玻璃窗 上形成防雾除霜玻璃；同理，可用在防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜 、仪器视窗上L24j；利用TCO薄膜对微波的衰减性，可用在电子设备 、计算机房、雷达屏蔽保护区等需要屏蔽电磁波的地方，以防止外界 电磁波对电子设备的干扰与破坏嘲；利用TCA3薄膜光电导随表面吸附 的气体种类 和浓度不同会发生变化的特点，可用来制作表面型气敏器件，通 过掺入不同元素检测不同的气体[2朝；柔性衬底TCO薄膜的开发使它的潜 在用途扩大到制造柔性发光器件、塑料液晶显示器、可折叠太阳能电 池以及作为保温材料用于塑料大棚、玻璃粘贴 膜等。表1总结了透明导电薄膜的主要应用及其相应的性能要求。
透明导电膜介绍PPT课件
ZnO 晶體結構及特性(6/6)
製造氧化鋅薄膜的方法很多，在薄膜的製 程方面有相當多的方法可以成長ZnO 膜， 如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、 分子束磊晶法(MBE)、脈衝雷射沉積法 (PLD)、熱分解法(Spray pyrolysis)以及濺 鍍法(Sputtering)等等；隨著製程條件的不同， ZnO 薄膜也呈現出不同的材料特性。
光電陶瓷-
透明導電膜
指導教授：劉依政 教授 學生：籃耿晃 學號：G950K020
透明導電膜介紹(1/4)
隨著光電產業的快速發展，各種材料不斷 被開發，而透明導電膜是近年來產業應用 最多的新材料，它可以應用在液晶顯示器 (liquid crystal display，LCD)、電漿顯示器 (plasma display panel，PDP)、LED、OLED、 光偵測器、太陽能電池等。
濺鍍製程(1/3)
利用濺鍍系統製作IZO 薄膜，此系統由電 源供應器產生射頻信號(13.56MHz)傳送至 靶材與基板所在的真空系統中，藉由解離 真空系統中的氣體，而使解離的陽離子轟 擊靶材(target)，靶材的原子於是被濺鍍而出， 附著在基板上完成鍍膜的動作。
濺鍍系統示意圖
濺鍍製程(2/3)
濺射(RF sputtering)原理(1/2)
氣體在特殊環境的條件下，會由氣體分子 分解為原子，再解離為帶電離子或者電子團， 且維持電中性的狀態，而這些離子化的氣 體就稱為電漿(Plasma)。射頻電漿的產生， 當交流電壓加於電極時，在較高的頻 率下電極將隨時處於非飽和狀態，使得電 極間主要粒子的撞擊反應得以進行，電漿 因此而產生並得以維持。
在上述製程中牽涉到的變數相當廣，包 括通入的氣體種類、氣體流量、混合的 氣體比例、系統壓力、濺鍍功率⋯ 等。 所以在鍍膜時需對這些參數同時監控， 以維持在穩定的條件。
石墨烯透明导电薄膜课件
4.2 石墨氧化-还原法 天然石墨片首先经过化学强氧化得到边缘含有羧基、羟基而层间含有 羰基和环氧等含氧基团的氧化石墨 (Graphite Oxide，GO)，这些基团的 存在增大了石墨层间距同时也增强其亲水性能，再通过超声波分散，得 到单原子层厚度的GO，最后用化学还原将石墨烯氧化物还原成石墨烯。 这种方法可以得到独立的单层石墨烯片悬浮液，产量高，目前应用广泛。 (1)单层石墨烯氧化物的制备 石墨的氧化方法主要包括Hummers、Brodie和Staudenmaier 3种方Байду номын сангаас， Hummers 氧化法相对其他两种方法安全性较高，因此也是目前最常用的 制备氧化石墨的方法。它们都是将强酸的小分子插入石墨层间来增加层 间距，然后再用强氧化剂(如KMnO4等)对其进行氧化，表面的功能基团可 以降低层与层之间的范德华力，最后通过超声分散，得到单层或少数几 层的石墨烯氧化物。
(2) 石墨烯氧化物的还原 石墨烯氧化物的还原方法可归纳为化学还原法、热还原法、电化学还 原法等。 化学还原法中常用的还原剂有肼、硼氢化钠、苯肼、氢碘酸、对苯二 酚、二元胺、氨基酸等，该方法基于溶液相操作，反应条件温和，但在 氧化过程中由于化学键断裂产生的缺陷难以恢复，因而其导电性能难以 达到理论值。 热还原法是在氮气或氩气等惰性气氛中，对石墨烯氧化物进行快速高 温热处理，需要高温还原，使部分含氧基团热解生成CO2释放，最后得到 石墨烯。 电化学还原方法是将涂覆有石墨烯氧化物的基底置于磷酸盐缓冲溶液 中，将工作电极直接与石墨烯氧化物膜接触，控制扫描电位，即可将石 墨氧化物还原成石墨烯。
(3) 单层石墨烯的分散 由于石墨烯本身的强疏水作用，还原石墨烯氧化物后得到的产物 (Ｒ GO)容易发生团聚而影响进一步的应用。为了破环石墨层间的范德华作用 力，更好地实现剥离，提高ＲGO的分散性，研究者通常先对石墨烯氧化 物进行修饰，然后再进行还原。 其中化学修饰主要可归纳为3种:共价键修饰、非共价键修饰和离子修 饰。 共价键修饰:以石墨烯氧化物边缘的羧基为活性基团，与带氨基的化 合物如脂肪胺、芳香胺或氨基酸等反应，最后可得到功能化的石墨烯氧 化物，能很好的分散到有机溶剂(THF)、极性非质子性溶剂(如DMF、NMP、 DMAc)中，并且有较好的热稳定性。 非共价键修饰:因为石墨烯具有大的π 共轭体系，可与具有共轭体系 的小分子或高分子通过π -π 相互作用增强其溶解性或者分散性。 金属颗粒及金属离子修饰 :用贵金属离子或者纳米粒子修饰石墨烯， 金属粒子作为阻隔物，可降低石墨烯层间的π -π 堆积作用，而金属离子 之间的静电排斥作用也可以阻止石墨烯的团聚。
透明导电薄膜 TCO之原理及其应用发展 ppt课件
不
1980年代，磁控濺鍍﹙magnetron sputtering﹚開發，使低溫沉膜製程，
論在玻璃及塑膠基板均能達到低面阻值、高透性ITO薄膜.
使
1990年代，具有導電性之TCO陶瓷靶材開發，使用DC 磁控濺鍍ITO，
沉積製程之控制更趨容易，各式TCO材料開始廣泛被應用.
市
2000年代，主要的透明導電性應用以ITO 材料為主，磁控濺鍍ITO成為
透明導電薄膜透明導電薄膜tcotco之原理及其應用發展之原理及其應用發展hw20080417ito及各種透明導電氧化物材料的介紹透明導電氧化物transparentconductiveoxidetcooutlineoutlineito及各種透明導電氧化物材料的介紹及各種透明導電氧化物材料的介紹透明導電氧化物透明導電氧化物transparentconductiveoxidetcotransparentconductiveoxidetco什麼是透明導電薄膜什麼是透明導電薄膜在可見光波長範圍內具有可接受之透光度以flatpaneldisplay而言透光度愈高愈好以solarcell而言太陽光全波長範圍之透光度及熱穩定性具有導電特性電阻比resistivity愈小愈好通常104一般而言導電性提高透光度便下降反之亦然
TCO薄膜的導電原理
➢材料之導電率σ
σ = neμ
其中n = 載子濃度
(就TCO材料包括電子及電洞)
e：載子的電量
μ：載子的mobility
載子由摻雜物的混入及
離子的缺陷生成
TCO中導電性最好的ITO，載子濃度約1018~1019 cm-3
﹙金屬載子濃度約1022 ~10~23 cm-3﹚
透明导电薄膜 TCO之原理及其应
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
《石墨烯透明导电薄》课件
详细描述
外延生长法是在单晶表面上通过热解或化学气相沉积的方法，生长出与衬底晶格匹配的石墨烯。这种方法制备的 石墨烯透明导电薄具有较高的导电性和透光性，适用于制备高质量的石墨烯材料。
剥离法
总结词
简单有效的石墨烯透明导电薄制备方法
VS
详细描述
剥离法是通过物理或化学的方法将石墨烯 从天然石墨上剥离下来，然后将其转移到 目标衬底上。这种方法制备的石墨烯透明 导电薄具有较好的导电性和透光性，且工 艺简单，成本较低。
03
石墨烯透明导电薄支持多点触控技术，可以实现多个手指同时
操作，提高交互性。
太阳能电池
高光电转换效率
石墨烯透明导电薄在吸收太阳光 的同时保持较高的透明度，提高 了光电转换效率。
柔性太阳能电池
由于石墨烯的柔韧性，石墨烯透 明导电薄可以应用于制造柔性太 阳能电池，方便安装和运输。
稳定性
石墨烯的化学稳定性使其在恶劣 环境下仍能保持稳定的性能，提 高了太阳能电池的使用寿命。
04 石墨烯透明导电薄的生产工艺
化学气相沉积法
总结词
大规模生产石墨烯透明导电薄的有效方法
详细描述
化学气相沉积法是一种在高温下利用气态的碳源和催化剂，通过化学反应在衬 底上生长石墨烯的方法。这种方法可以大规模生产高质量的石墨烯透明导电薄 ，具有较高的导电性和透光性。
外延生长法
总结词
制备高质量石墨烯透明导电薄的关键技术
石墨烯透明导电薄的市场前景
06
与挑战
市场前景
01
02
03
Hale Waihona Puke 高效能电子器件石墨烯透明导电薄具有出 色的导电性和透光性，有 望成为下一代高效能电子 器件的关键材料。
显示技术革新
外延生长法是在单晶表面上通过热解或化学气相沉积的方法，生长出与衬底晶格匹配的石墨烯。这种方法制备的 石墨烯透明导电薄具有较高的导电性和透光性，适用于制备高质量的石墨烯材料。
剥离法
总结词
简单有效的石墨烯透明导电薄制备方法
VS
详细描述
剥离法是通过物理或化学的方法将石墨烯 从天然石墨上剥离下来，然后将其转移到 目标衬底上。这种方法制备的石墨烯透明 导电薄具有较好的导电性和透光性，且工 艺简单，成本较低。
03
石墨烯透明导电薄支持多点触控技术，可以实现多个手指同时
操作，提高交互性。
太阳能电池
高光电转换效率
石墨烯透明导电薄在吸收太阳光 的同时保持较高的透明度，提高 了光电转换效率。
柔性太阳能电池
由于石墨烯的柔韧性，石墨烯透 明导电薄可以应用于制造柔性太 阳能电池，方便安装和运输。
稳定性
石墨烯的化学稳定性使其在恶劣 环境下仍能保持稳定的性能，提 高了太阳能电池的使用寿命。
04 石墨烯透明导电薄的生产工艺
化学气相沉积法
总结词
大规模生产石墨烯透明导电薄的有效方法
详细描述
化学气相沉积法是一种在高温下利用气态的碳源和催化剂，通过化学反应在衬 底上生长石墨烯的方法。这种方法可以大规模生产高质量的石墨烯透明导电薄 ，具有较高的导电性和透光性。
外延生长法
总结词
制备高质量石墨烯透明导电薄的关键技术
石墨烯透明导电薄的市场前景
06
与挑战
市场前景
01
02
03
Hale Waihona Puke 高效能电子器件石墨烯透明导电薄具有出 色的导电性和透光性，有 望成为下一代高效能电子 器件的关键材料。
显示技术革新
最新ppt透明导电材料
• • 透光率：AZO（掺铝的氧化锌）:20% GZO:50% (200～380nm) 电阻率：AZO:10-2～1O-4Q•cm， GZO的电阻率为1.03•10-5Q•cm
• 邱军等人发明了一种玻璃纤维/石墨烯-碳纳米管/环氧树脂夺位混杂复合材料的制备方法。主要步 骤为首先将石墨烯-碳纳米管表面羧基化，然后引入二元胺，之后再将其分散在环氧树脂基体中， 采用有机酸酐类固化剂，从而形成以共价键相连的多维混杂复合材料结构。
透明导电材料的研究现状
基于石墨烯的掺杂
1
主要内容
• 石墨烯与玻璃掺杂
• 石墨烯与聚氨酯掺杂 • 石墨烯与环氧树脂掺杂
• 其他掺杂方法
2
石墨烯与玻璃掺杂
• 杨斌等人在《石墨烯改性的TCO玻璃的研究》中得到：通过制备氧化锌-石墨烯粉末，然后利用旋
转涂覆的方式制得了GZO。通过表征发现其主要有以下优点：
7
• 于涛通过合成氧化石墨， TDI（甲苯二异氰酸酯） 插层改性氧化石墨，含 功能化石墨烯的水性聚 氨酯分散体的合成，最 终合成了纳米复合材料 薄膜，厚度约 2mm。并 先后测定了PU 薄膜材料 的拉伸强度及断裂伸长 率、导电率与所含石墨 烯含量的变化关系。结 果如右表。
ห้องสมุดไป่ตู้
[8] 于涛.石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备与性能研究[D].合肥工业大学,2013.
6
• 刘丽在毕业论文《聚氨酯基纳米复合材料的制
备和性能研究》中制备了石墨烯、含有可聚合 双键的聚氨酯、聚（氨酯-离子液体）共聚物及
• 孙光伟等人以热塑性聚氨酯(TPU)为基体材料，
石墨烯为填料，利用溶液浇铸法制备了不同配 比的TPU/石墨烯复合材料，并测定了其电学性 能。实验结果发现，热塑性聚氨酯/石墨烯复合 材料的电性能在质量分数为1％～3％的填料量 范围内出现了突变，体积电阻率降低了6个数量 级，具体参数如左表。
• 邱军等人发明了一种玻璃纤维/石墨烯-碳纳米管/环氧树脂夺位混杂复合材料的制备方法。主要步 骤为首先将石墨烯-碳纳米管表面羧基化，然后引入二元胺，之后再将其分散在环氧树脂基体中， 采用有机酸酐类固化剂，从而形成以共价键相连的多维混杂复合材料结构。
透明导电材料的研究现状
基于石墨烯的掺杂
1
主要内容
• 石墨烯与玻璃掺杂
• 石墨烯与聚氨酯掺杂 • 石墨烯与环氧树脂掺杂
• 其他掺杂方法
2
石墨烯与玻璃掺杂
• 杨斌等人在《石墨烯改性的TCO玻璃的研究》中得到：通过制备氧化锌-石墨烯粉末，然后利用旋
转涂覆的方式制得了GZO。通过表征发现其主要有以下优点：
7
• 于涛通过合成氧化石墨， TDI（甲苯二异氰酸酯） 插层改性氧化石墨，含 功能化石墨烯的水性聚 氨酯分散体的合成，最 终合成了纳米复合材料 薄膜，厚度约 2mm。并 先后测定了PU 薄膜材料 的拉伸强度及断裂伸长 率、导电率与所含石墨 烯含量的变化关系。结 果如右表。
ห้องสมุดไป่ตู้
[8] 于涛.石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备与性能研究[D].合肥工业大学,2013.
6
• 刘丽在毕业论文《聚氨酯基纳米复合材料的制
备和性能研究》中制备了石墨烯、含有可聚合 双键的聚氨酯、聚（氨酯-离子液体）共聚物及
• 孙光伟等人以热塑性聚氨酯(TPU)为基体材料，
石墨烯为填料，利用溶液浇铸法制备了不同配 比的TPU/石墨烯复合材料，并测定了其电学性 能。实验结果发现，热塑性聚氨酯/石墨烯复合 材料的电性能在质量分数为1％～3％的填料量 范围内出现了突变，体积电阻率降低了6个数量 级，具体参数如左表。
石墨烯-最终版PPT课件
.
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氧化石墨还原法——低质高产
石墨 氧化
氧化石 墨
超声剥离
氧化石 墨片
还原
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石墨烯
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特点
优势：成本低廉，工艺简单，已经实现大规 模量产。含氧基团的存在使得石墨烯容易分 散在基体中，更容易和其他物质结合，便于 制造复合材料。
劣势：纯度较低，制成的石墨烯片存在大量 结构缺陷，易发生褶皱或折叠，带有许多含 氧基团，影响了石墨烯的优良性质，无法满 足一些应用领域的需要，如光电器件，储氢 材料等。
cvd法日趋成熟有望在510年实现应用用于导电散热等领域拥有含氧基团应用于药物监测催化剂等特殊领域24石墨烯电子材料领域重点领域透明电极太阳能电池柔性屏幕可穿戴设备电子材料领域重点领域透明电极太阳能电池电池负极材料替代硅的芯片材料柔性屏幕可穿戴设备散热材料领域等设备的散热问题散热材料领域解决手机计算机等设备的散热问题进一步提升性能环保监测领域方面表现优异环保监测领域功能化石墨烯及石墨烯复合材料在污染物吸附过滤方面表现优异生物医学领域石墨烯在细胞成像生物医学领域石墨烯在细胞成像干细胞工程等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景
背景
集成电路制造技术不断改进，极紫外光刻的引入， 将特征尺寸大幅度减小，下一代硅基集成电路的 特征尺寸将达到15甚至10nm以下。随之而来的 短沟道效应和介质隧穿效应等的影响，以及制造 难度的提升，将很难得到特征寸小于10nm的性 能稳定的电路产品。所以急需研究开发基于新材 料、新结构和新工艺的器件。
B. H. Hong研究组进一步发展该 法, 制备出30英寸的石墨烯膜,透 光率达97.4%。
N. P. Guisinger组的研究表明:石墨 烯的生长始于石墨烯岛，具有不同的 晶体取向,从而导致片层的结合处形 成线缺陷。
石墨烯的研究课件
石墨烯的研究
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
纳米材料--石墨烯的世界ppt
石墨烯的应用
双层石墨烯可降低元器件电噪声 美国IBM公司T·J·沃森研究中心 的科学家，攻克了在利用石墨构建 纳米电路方面最令人困扰的难题， 即通过将两层石墨烯片叠加，可以 将元器件的电噪声降低10倍，由此 可以大幅改善晶体管的性能，这将 有助于制造出比硅晶体管速度快、 体积小、能耗低的石墨烯晶体管。
新材料产业面临的问题
第一：炒作过甚
在世纪之交，世界各地刮起了一阵纳米狂热风。欧美、日本以及国内 争相出台纳米发展计划。科学家们纷纷预言“21世纪将是纳米时代”。 于是，国内一时之间出现了“纳米水“、”纳米电冰箱“、“纳米毛衣”、 “纳米化妆品”令人眼花缭乱、不明觉厉的产品。2010年获得诺贝尔奖 之后，石墨烯在不少研究方向上捷报频传。
对材料抵抗裂缝能力——也就是断裂韧性——的测量不仅仅 包括抗拉强度——也就是指当材料被拉伸时它断裂的可能 性，它还测量了当一种特定材料被扭曲时，它在断裂之前 所能忍受的“惩罚”。例如金属是可延展的，你需要反复扭 曲弯曲才能折断一根汤匙。玻璃能够抵抗扭曲，但它不具 有延展性，因此如果扭曲力或者拉伸力超过一定的极限， 它便会迅速断裂。即使是一个小裂缝也足以导致玻璃碎裂。 朱教授和莱斯大学的娄俊（Jun Lou）合作进行的研究发现， 有裂缝的石墨烯断裂的可能性是钢铁的10倍，且此时它的 断裂韧性更接近于氧化铝或者碳化硅基陶瓷。相对较低的 断裂韧性意味着一片石墨烯里一个小裂缝就足以摧毁它。 这样小的裂缝很可能是制造石墨时自然产生的结果。
利用石墨烯试 制的触摸面板
含有石墨烯的柔性材料在产业化过程中 可作为一种透明导电材料，应用在可弯 曲、可折叠电子显示器的生产中。
13年E-Ink推出世界最薄电子纸手表，厚度仅为0.8毫米
石墨烯的其他用途
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4.以天然石墨为原料的方法
4.1 微机械剥离法 英国曼彻斯特大学的 Geim教授研究组在2004年采用简单的胶带撕拉 方法，得到单层的石墨烯，这是人类第一次找到单层石墨烯，并证实了 二维晶体的存在。 该研究组将机械剥离法得到的含有单层石墨烯的单质硅晶片表面通 过电子束刻蚀沉积一层金属网格，然后再把样品浸入到氢氧化四甲基铵 溶液中溶解单质硅并从底部剥离金属网格使石墨烯薄膜悬空在金属架上， 最后用氢氟酸溶解 SiO2 层，成功得到悬空的单层石墨烯。 总的来说，这种方法由于操作步骤比较繁琐，产率比较低，尺寸不 易控制，难以实现大规模的生产，因而只适用于石墨烯的实验室研究， 不能满足工业需求。
3. 化学气相沉积法( CVD)
化学气相沉积法是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜 材料的方法，一般是将过渡金属，如 Co，Ni，Cu，Ir，Pt，Ｒu 等的薄 片或者薄膜置于碳氢化合物气体中 ，在高温(高于1000 ℃ )下催化裂解， 通过加热温度和冷却速度来控制石墨烯的层数，最后用PMMA转移到目标 基底上，得到大面积且性能优良的石墨烯薄膜。 改进的CVD方法如微波等离子体增强 CVD能大量制备，但是该方法原 料利用率不高，并且产物中会有很多的无定形碳和其他杂质。而射频催 化CVD法能大量制备并且能明显阻止无定形碳的形成。
2.外延生长法
外延生长法一般是热解SiC，在高温处理过程中硅原子从SiC表面解吸 附，碳原子积累形成一个富含碳的表面层。 首先将样品表面经过氧化或者H2刻蚀后在高温高真空下，经电子轰击 和高温下除去氧化物，当用俄歇电子能谱监测到氧化物被完全去除后， 继续升高温度，形成石墨烯层，其厚度与加热温度有关，并可以通过检 测Si的俄歇电子峰强度测定石墨烯的厚度。 总体来说，高真空、高温以及单晶基底这些苛刻条件将限制外延生长 法的实际应用。
作为透明导电薄膜的制备材料，最受人关注的还是其透光率和导电 性问题。Peumans 等预言石墨烯的电阻将低至 62.4/n Ω /sq，而其透光 率将达到 100－2.3n(%)(其中n代表层数)。因此石墨烯不论从化学稳定 性、柔韧性、导电性、透明性、导热性还是从原料成本方面考虑都被认 为是最有前途的透明导电薄膜的材料之一。
石墨烯的光电性能
研究表明石墨烯中电子传导速率高达 8*10^5 m*s^-1。石墨烯中电子 传输的阻力很小，可以移动亚微米的距离而不发生散射。研究表明，石 墨烯薄层半导体的内禀电子迁移率可 高达200000 cm^2 ·v^-1 ·s^ -1, 比硅半导体高100倍,比砷化镓高20倍,这使得石墨烯成为一种优异的电子 材料。 理想单层石墨烯在白光的照射下不透明度只有 (2.3±0.1)% ,反射率 是可以忽略不计的(＜0.1 %);在10层的时候反射率上升为约 2% ，不透 光度随着薄膜的厚度增加而增加,每层石墨烯增加2.3%的不透光度,如图1 所示。 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性 ，载流子的密度越低 越好。不过，由于导电率与载流子迁移率和载流子密度的乘积成比例 , 因此如果载流子迁移率不是很高， 那么较小的载流子密度也就意味着导 电率较小 ，由于石墨烯的高载流子迁移率使得其成为唯一对于包括中远 红外线在内的所有红外线的高透明性导电材料，从而成为下一代透明导 电薄膜理想的替代材料。
自2004年第一次制备得到独立的单层石墨烯以来，吸引了众多科学家 对石墨烯的研究，石墨烯已经成为材料及凝聚态物理领域一颗闪耀的新 星。 石墨烯是一种零带隙的物质,其价带和导带相交于费米能级处，具有 独特的电子和机械性能。在电子器件中,石墨烯具有传统材料不可比拟的 优点:第一，石墨烯有完美的杂化结构，大的共轭体系使其电子传输能力 很强，而且合成石墨烯的原料可以是天然石墨，层状石墨烯的提纯相比 碳纳米管成本低很多; 第二，石墨烯中的电子和空穴相互分离，电子在 石墨烯中的传输阻力很小，迁移率能达到光速的1/300，能大大提高运行 处理速度，另外，石墨烯具有高热导性能(～5000W/m·K)，可以很快地 散发热量，提高器件的连续运行能力; 第三，在柔性基底应用中，高化 学稳定性和强机械性能(拉伸强度和杨氏模量分别可达130GPa和1TPa)方 面比传统TCO材料更有优势。
图 1 单层石墨烯的透射光谱 ; ( 插图) 白光的透性随石墨烯层数的变化
单层石墨烯的制备方法
1.化学合成方法
这种方法主要是以苯环或其他芳香体系为核，通过D-A反应、Pd催化 偶合等先合成六苯并蔻，然后在催化剂作用下环化脱氢得到石墨烯。但 是这种合成方法反应步骤繁杂，难以合成具有较大平面结构的石墨烯， 反应过程中需要用很多金属催化剂，造成环境污染，并且产率和提纯问 题使其成本昂贵，很难大面积生产。之后，研究者报道了用乙醇和钠作 为原料，通过溶剂热方法得到克级的石墨烯，大大提高产率，同时able of Contents
内容大纲
研究背景
1 2 3 4 5
石墨烯的光电性能 单层石墨烯的制备方法 透明导电石墨烯薄膜的制备 石墨烯透明导电薄膜的应用
研究背景
透明导电薄膜(TCFs，transparent conducting films)是指在可见光 区(λ =380—780nm)有较高的透光率(Tavg大于80%)，并且具有优良的导 电性，电阻率可以达到10^-5Ω ·m 以下的薄膜材料。 目前研究和应用最广泛的是金属氧化物透明导电薄膜(TCO) ，主要有 Sn2O、In2O3和ZnO基三大体系，其中以In2O3∶Sn (ITO)、Sn2O∶F(FTO) 和ZnO∶Al(ZAO)最具代表性，这些薄膜具有有高载流子浓度 (10^18 ～ 10^21cm^-3) 和低电阻率 (10^-4 ～ 10^-3 Ω ·cm ) ，且可见光透射率达 80%～90% ，已被广泛应用于平面显示、建筑和太阳光伏能源系统中。 铟锡氧化物(ITO)由于其高电导率和高透光率，已经成为透明导电薄 膜的主要材料。然而ITO在使用过程中也存在一些缺点，包括:(1)铟的价 格持续上涨，使得ITO成为日益昂贵的材料,(2)ITO脆的性质使其不能满 足一些新应用(例如可弯曲的LCD、有机太阳能电池)的性能要求，(3)ITO 的制备方法(例如喷镀、蒸发、脉冲激光沉积、电镀)费用高昂。