Small Methods: 基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜：材料體系、制備方法及應(yīng)用

產(chǎn)業(yè)資訊 / Industry 2018年11月5日 14:20 4798

近年來，與人類生活密切相關(guān)的各種光電器件，如有機(jī)發(fā)光二極管（OLEDs）、有機(jī)太陽能電池（OSCs）、場效應(yīng)晶體管（FETs）、智能窗及觸控屏等等，其發(fā)展日新月異。這對光電器件中的重要組成部分透明電極提出了新的性能要求——柔性、可拉伸性、能量效率及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性等。目前，應(yīng)用最廣泛的透明電極材料是氧化銦錫（ITO），但是ITO的一些固有缺陷，如對稀有金屬銦的需求、受限的制備條件以及在酸堿環(huán)境中的不穩(wěn)定性等，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。為了滿足光電器件發(fā)展的需求，研發(fā)新型的透明電極材料成了當(dāng)務(wù)之急。在眾多新材料中（碳納米管、金屬納米材料及導(dǎo)電聚合物等），石墨烯具有高導(dǎo)電性、高透光率、出色的柔韌性以及優(yōu)異的化學(xué)及熱穩(wěn)定性。因此，基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜在光電領(lǐng)域中具有極大的發(fā)展?jié)摿?。然而，在?shí)際應(yīng)用過程中由于缺陷、褶皺以及含氧基團(tuán)的存在等原因，石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜并不能充分發(fā)揮石墨烯應(yīng)有的性能。因此，針對石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的研究主要集中于在保持薄膜高柔韌性及穩(wěn)定性的同時，提高薄膜的光電性能。

國家納米科學(xué)中心智林杰團(tuán)隊(duì)長期致力于新型石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的制備及應(yīng)用研究，針對此領(lǐng)域中關(guān)鍵的科學(xué)與技術(shù)問題，開展了系統(tǒng)深入的研究，取得了系列成果，特別是在基于石墨原材料的還原氧化石墨烯（rGO）類透明導(dǎo)電薄膜的制備及應(yīng)用領(lǐng)域，做出了一系列原創(chuàng)性工作。在rGO類透明導(dǎo)電薄膜制備方面，提出了多種綠色高效的規(guī)?；苽浞椒ǎ?em>Small，2012；Advanced Materials，2012；Journal of Materials Chemistry A，2014；Advanced Materials，2017；）；針對石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的實(shí)際應(yīng)用，提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的卷對卷規(guī)?；a(chǎn)工藝（Advanced Materials，2017），并搭建了基于此工藝的中試線；在石墨烯復(fù)合材料類透明導(dǎo)電薄膜方面，發(fā)展了石墨烯/納米碳復(fù)合材料透明導(dǎo)電薄膜（Journal of Nanoscience and Nanotechnology，2013）石墨烯/金屬網(wǎng)復(fù)合膜（Carbon，2015）等新型復(fù)合結(jié)構(gòu)。在石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜應(yīng)用方面，基于這些新型的透明導(dǎo)電薄膜制備了柔性觸摸屏（Advanced Materials，2012）、電致變色智能窗（Small，2012；Carbon，2015；Advanced Materials，2017）、染料敏化太陽能電池（Nano Letters，2008）及高性能透明電極（Journal of Materials Chemistry A，2014）等一系列性能出色的新型光電器件。

圖一、基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的材料體系及應(yīng)用領(lǐng)域

因在石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域長期的工作積累，近期智林杰研究員團(tuán)隊(duì)受邀為Small Methods雜志撰寫相關(guān)綜述：“Graphene‐Based Transparent Conductive Films: Material Systems, Preparation and Applications”。該文章從石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的制備材料入手綜述了此領(lǐng)域國內(nèi)國際最新研究進(jìn)展。文章首先系統(tǒng)地總結(jié)了此類薄膜的材料體系、制備方法以及在光電領(lǐng)域中的應(yīng)用（圖一），并比較了不同種類的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的性能（圖二）和優(yōu)缺點(diǎn)，并對此領(lǐng)域中存在的問題及相應(yīng)的解決方法進(jìn)行了討論，對此類薄膜的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。