一种大面积柔性功能石墨烯薄膜的卷对卷印刷制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于卷对卷印刷技术制备大面积、导电性可控的功能石墨烯薄膜的制备方法；通过调控石墨烯墨水性能和印刷技术参数，在柔性基底上卷对卷印刷制备出具有可控厚度和可控导电性能的均匀、大面积石墨烯薄膜；厚度可调控在10纳米到10微米之间，方块电阻可调控在10欧姆/口到3000欧姆/口之间；该石墨烯薄膜的卷对卷印刷制备方法快速高效、工艺简单、重复性好、成本低，具有广泛的应用前景。
【专利说明】
-种大面积柔性功能石墨稀薄膜的卷对卷印刷制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种基于卷对卷印刷技术制备大面积、柔性、导电性可控的石墨締薄 膜的制备方法;属于高性能导电功能薄膜制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 自2004年单层石墨締报道W来(Science，2004，306，666-669)，吸引了全球众多研 究人员对石墨締的关注，使得石墨締成为材料领域和凝聚态物理领域中一颗闪耀的明星， 进而发展出少数层石墨締和=维石墨締，展现出广泛的应用前景。石墨締电子传导速率可 高达8X105ms^i，电子在石墨締中传输阻力很小，石墨締薄层半导体的电子迁移率可高达 200000cmV VI，比娃半导体高100倍，比神化嫁高20倍，因此石墨締是一种优异的电子材 料。
[0003] 作为功能材料的石墨締，由于优异的化学稳定性、柔初性、导电性、透明性、导热性 等综合性能，在电子器件、太阳能电池器件、储能器件等功能器件和功能薄膜领域等都具有 重大的应用前景。常规的化学气相沉积技术制备石墨締的速度慢，效率低，成本高，而且难 W制备出大面积的石墨締薄膜。如何高效率、低沉本制备大面积石墨締薄膜成为推进其产 业化的关键技术难题之一。基于此，本发明专利采用简单的卷对卷印刷制备技术，在环境条 件下快速高效、低成本地卷对卷印刷制备大面积、可控厚度和可控导电性能的功能石墨締 薄膜。
【发明内容】
[0004] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，基于不同粘 度、不同浓度的水性和油性石墨締墨水材料，在环境条件下应用卷对卷印刷技术在柔性基 底上制备出具有可控厚度和可控导电性的均匀、大面积石墨締薄膜。
[0005] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述基底为柔 性基底，具体包括聚对苯二甲酸乙二醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)、聚酷亚胺(PI)。
[0006] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述石墨締墨 水材料的粘度在10厘泊到1000厘泊，石墨締固含量浓度在2 %到10 %。
[0007] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述水性石墨 締墨水是指将少数层石墨締分散到溶剂水中，所述油性石墨締墨水是指将少数层石墨締分 散到溶剂丙二醇甲酸醋酸醋或甲基化咯烧酬中。
[000引本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述卷对卷印 刷是指卷对卷凹版印刷或卷对卷微凹版印刷或卷对卷狭缝涂布技术WO.20米/分钟到100 米/分钟速度印刷制备成膜，烘箱干燥溫度50度到150度，干燥时间1分钟到30分钟。
[0009] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述印刷制备 的石墨締薄膜的厚度在10纳米到5微米。
[0010] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法，所述印刷制备 的石墨締薄膜的方块电阻在10欧姆/ 口到3000欧姆/ 口。
[0011] 本发明所述的大面积、柔性、可控导电性的石墨締薄膜的制备方法可潜在应用于 柔性光电器件及光伏器件。
【附图说明】
[0012] 【图1】在PET基底上卷对卷凹版印刷油性石墨締墨水而获得的石墨締薄膜进行中 的照片图(a)和印刷后的大约800纳米厚的石墨締薄膜照片图化）。
[0013] 【图2】在PET基底上卷对卷凹版印刷油性石墨締墨水获得的石墨締薄膜的光学显 微镜形貌图（a-c)和扫描电子显微镜形貌图（(1-門。（曰，(1)大约150纳米石墨締薄膜，化，6)大 约500纳米石墨締薄膜，（c，f)大约800纳米石墨締薄膜。
【具体实施方式】 [0014] 与实施例
[0015] W下实施方式和实施例是对本
【发明内容】
的进一步的说明，而不是限制本发明的保 护范围。
[0016] 实施例1
[0017] 取20ml固含量为5%、黏度为300厘泊的油性石墨締溶液作为卷对卷凹版印刷的墨 水材料。
[0018] 参考卷对卷印刷设备发明专利(CN201420230074. X)所述，对该石墨締墨水材料进 行卷对卷凹版印刷制备，柔性PET基底宽度为15cm，Wo. 5m/min基底走带速度进行印刷制 备，可W形成均匀的石墨締功能薄膜，并通过120度烘箱原位进行干燥退火处理10分钟。图1 (a)是在PET基底上卷对卷凹版印刷石墨締薄膜进行中的照片图W及图1(b)为印刷后的大 约800纳米厚的石墨締薄膜照片图。通过调控印刷漉的速度，可W调控印刷石墨締薄膜的厚 度和导电性能。石墨締的厚度可W在50纳米到5微米范围内进行调控，表征薄膜导电特性的 方块电阻可W在在10欧姆/ 口到3000欧姆/ 口之间进行调控。
[0019] 不同厚度的印刷石墨締薄膜的形貌如图2所示，在大面积范围内形貌分布基本均 匀。基于不同厚度的石墨締薄膜，放置在四探针方阻测试仪样品台上，用四探针均匀压在薄 膜上，分别测试不同厚度薄膜上6个点的方阻W验证薄膜的导电性及均匀性，结果如表1所 示。测试结果表明通过印刷参数可W调控印刷石墨締薄膜的厚度，进而调整印刷石墨締薄 膜的导电特性，大约800纳米的印刷石墨締薄膜方块电阻可W降到19欧姆/ 口。
[0020] 表1基于卷对卷凹版印刷制备的不同厚度石墨締薄膜的方块电阻值 [00211
[0022] 实施例2
[0023] 取20ml固含量为5%、黏度为80厘泊的水性石墨締溶液作为卷对卷微凹版印刷的 墨水材料。
[0024] 参考卷对卷印刷设备发明专利(CN201420230074.X)所述，对该石墨締墨水材料进 行卷对卷微凹版印刷制备，柔性PET基底宽度为15cm，Wo. 3m/min基底走带速度进行印刷制 备，可W形成均匀的石墨締功能薄膜，并通过140度烘箱原位进行干燥退火处理15分钟。通 过调控印刷漉的速度，可W调控印刷石墨締薄膜的厚度和导电性能。石墨締的厚度可W在 20纳米到1微米范围内进行调控，表征薄膜导电特性的方块电阻可W在在30欧姆/ 口到5000 欧姆/ 口之间进行调控。
[0025] 基于不同厚度的石墨締薄膜，放置在四探针方阻测试仪样品台上，用四探针均匀 压在薄膜上，分别测试不同厚度薄膜上6个点的方阻W验证薄膜的导电性及均匀性，结果如 表2所示。测试结果表明通过印刷参数可W调控印刷石墨締薄膜的厚度，进而调整印刷石墨 締薄膜的导电特性。
[00%] 实施例3
[0027] 取20ml固含量为5%、黏度为100厘泊的油性石墨締溶液作为卷对卷狭缝涂布的墨 水材料。
[0028] 参考卷对卷印刷设备发明专利(CN201420230074.X)所述，对该石墨締墨水材料进 行卷对卷狭缝涂布制备，柔性PET基底宽度为15cm，Wo . 5m/min基底走带速度进行，设定狭 缝涂布参数中的垫片厚度可调控从2微米到10微米，将制备好的石墨締墨水倒入注墨系统 的注射管，连接注射管与狭缝涂布头，设置注墨速率为2~扣L/cm2，形成均匀的石墨締功能 薄膜，并通过120度烘箱原位进行干燥退火处理10分钟。通过调控垫片厚度和注墨速率，可 W调控印刷石墨締薄膜的厚度和导电性能。石墨締的厚度可W在50纳米到5微米范围内进 行调控，表征薄膜导电特性的方块电阻可W在10欧姆/ 口到3000欧姆/ 口之间进行调控。
[0029] 表2基于卷对卷微凹版印刷制备的不同厚度石墨締薄膜的方块电阻值
[0030]
【主权项】
1. 一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特征如下，基于不同粘 度、不同浓度的水性和油性石墨烯墨水材料，在环境条件下应用卷对卷印刷技术在柔性基 底上制备出具有可控厚度和可控导电性的均匀、大面积石墨烯薄膜;所述基底为柔性基底， 具体包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)。2. 如权利要求1所述的一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特 征在于，所述石墨烯墨水材料的粘度在10厘泊到1000厘泊，石墨烯固含量浓度在2%到 10%〇3. 如权利要求1所述的一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特 征在于，所述水性石墨烯墨水是指将少数层石墨烯分散到溶剂水中，所述油性石墨烯墨水 是指将少数层石墨烯分散到溶剂丙二醇甲醚醋酸酯或甲基吡咯烷酮中。4. 如权利要求1所述的一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特 征在于，所述卷对卷印刷是指卷对卷凹版印刷或卷对卷微凹版印刷或卷对卷狭缝涂布技术 以0.20米/分钟到100米/分钟速度印刷制备成膜，烘箱干燥温度50度到150度，干燥时间1分 钟到30分钟。5. 如权利要求1所述的一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特 征在于，所述印刷制备的石墨稀薄膜的厚度在10纳米到5微米。6. 如权利要求1所述的一种大面积、柔性、可控导电性的石墨烯薄膜的制备方法，其特 征在于，所述印刷制备的石墨烯薄膜的方块电阻在10欧姆/ 口到3000欧姆/ 口。7. 如权利要求1所述制备的大面积石墨烯薄膜可潜在应用于柔性光电器件及光伏器 件。
【文档编号】B05D7/24GK106098244SQ201610380610
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】阳军亮, 张楚俊, 胡巧, 吴涵, 丁孔贤, 孙永明, 姜宗清
【申请人】中南大学, 深圳珈伟光伏照明股份有限公司