本发明专利技术的示例性实施例涉及一种大面积石墨烯沉淀在玻璃上的方法，以及相关的制品/装置。例如，提供一种涂层制品和/或制备其的方法，所述涂层制品包括位于基板上的含石墨烯的薄膜。含金属的催化剂层(例如包括镍和/或类似等)被配置在基板上。在不超过900摄氏度的温度下，将基板和其上的催化剂层暴露于前驱气体以及引发应变的气体。使石墨烯成型和/或形成在催化剂层上与其接触，以及形成在基板和催化剂层之间，来制备涂层制品。与石墨烯的形成相关联，通过催化剂层中引入的残余应变，该催化剂层和形成在其上的石墨烯一同被去除。在此，还涉及包含该制品的产品、和/或制备其的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】在介质基板上直接制备石墨烯的方法以及相关的制品/装置[00011本申请请求2013年3月15日提交的美国申请No.61/801,742的优先权，其全部内容 被纳入此处作为参考。 本申请引用参考2009年8月7日提交的美国申请No. 12/461，346和2009年12月15日 提交的美国申请No. 12/654,269的整个内容。 本专利技术的示例性实施例涉及一种含有石墨烯的薄膜。特别是，本专利技术的示例性实 施例涉及一种大面积石墨烯沉淀在玻璃上的方法，以及相关的制品/装置。 专利技术的技术背景及示例性实施例概述 铟锡氧化物（ΙΤ0)和氟掺杂氧化锡(FT0或SnO:F)涂层作为窗口电极被广泛应用于 光电装置中。这些透明导电氧化物(TC0)在各种应用中非常成功。然而，IT0、FT0的使用由于 数量原因是越来越成为问题。这些问题包括：例如，事实上地球上的元素铟的数量十分有 限；酸或碱存在中TC0的不稳定性;其对于离子导电层中离子扩散的敏感性;其在近红外区 中有限的透明度(例如丰富的功率谱有利于一些光伏装置）；由于FT0结构缺陷引起的FT0装 置电流的高度泄漏等。ΙΤ0的脆性性质和高度沉积和/或加工温度限制了其的应用。此外，在 一些应用中Sn0 2:F中的表面粗糙度可能会引起有问题的电弧。 因此，在本领域中需要一种具较好稳定性、透明度高及优良导电性的光滑和图案 化电极材料。 有关具较好稳定性、透明度高及优良导电性的新型电极材料的研究一直被进行。 该研究的一个方面涉及测定对于现有TC0的可行替代。在这方面，本专利技术的专利技术者提出一种 可行的基于碳的透明导电涂层(TCC)，特别是，基于石墨烯。 术语石墨烯一般是指石墨的一个或多个原子层，例如，具有单一的石墨烯层，或是 SGL被扩展到石墨的N-层(例如，η可高达约10,优选是约5)。曼彻斯特大学最近有关石墨烯 的发现和隔离(通过裂解晶体石墨)是在电子产品的趋势发展到电路元件的尺寸被减小到 纳米尺寸时。在这方面，石墨烯出人意料地引导出标准电子材料中没有的独特的光电性质 新概念。该显现来自于线性色散关系E vs.k)，其导致具零静止质量的石墨烯中的电荷载体 增长并表现为相对论性粒子。围绕碳原子移动的离域电子的相对论性表现导致其与石墨烯 的蜂窝晶格周期势交互，产生新的准粒子，其为低能量(E〈1.2eV)，通过具有效光速vF?c/ 300 = 10?^1的（2+1)-维狄拉克方程被准确描述。因此，量子电动力学QED(涉及光子处理） 的完善技术可被提出来用于石墨烯的研究，且更有利的方面在于，在石墨烯中该效果被增 大300倍。例如，与真空中的1/137相比较，石墨烯中的普适偶合常数α接近2。此外，其示出， 石墨烯没有任何电子带隙，便于新的光电应用。 尽管只有一个原子厚（最低限度），石墨烯化学性和热性十分稳定(虽然石墨烯有 时在300摄氏度下会表面氧化），因此可成功制造基于石墨烯的装置，并可抵制环境和潜在 的恶劣条件。第一个高质量的石墨烯片经微机械切割块状石墨被制成。同样的技术被微调， 目前提供高质量的石墨烯微晶，尺寸达到100μπι 2。该尺寸足够用于微电子领域中的大多数 研究。因此，目前大多数的技术主要是在大学被开发，并将更多的重点放在微观样本，同时 专注于装置的制备和表征，而不是按比例放大。 与许多当前的研究趋势不同，为了实现石墨烯的全电位来作为可行的TCC，最重要 的是将高质量材料大面积地沉积在基板上（例如硅、玻璃、或塑料基板，包括类似其的涂 层）。到目前为止，化学气相沉积(CVD)被一些人视为是用于石墨烯大面积生长的最有前景 的工业化可行方法。适用的机制涉及三个步骤，即：（i)以高温（例如，850摄氏度以上）照射 多晶金属催化剂，分离碳前体；（ii)碳溶解至催化剂的子表面;和（iii)催化剂表面上的石 墨烯沉积作为样品被冷却。 然而，该技术涉及几个缺点。首先，其需要较高的温度(例如，850摄氏度以上，有时 高达950摄氏度），这是由于因无定形石墨碳相位始终存在，通常石墨烯在较低的温度下质 量较差，且过程的持续时间至少为30分钟。其次，这些技术目前涉及催化剂的化学蚀刻，用 来使石墨烯剥离和转移到预定的基板上。该过程通常使石墨烯薄膜起折痕及被污染，且一 般不能改变尺寸。厚的镍的多晶性质，以及其有限的表面粗糙度，产生不同厚度的非连续石 墨烯领域(例如，单层石墨烯的不同的整数值）。该各向同性增长可能会对基于石墨烯的电 场效应装置的成功转接和制备产生不利影响。另一个特点是，在该过程中，催化剂膜是一种 覆盖膜。但图案化薄膜的剥离常常导致石墨烯漂浮和扭曲，使转接不能实行。 因此，应理解，需要一种在尺寸和质量方面可提供改进的石墨烯成型技术。 示例性实施例涉及替代上述沉积过程的热退火处理，由此，原始的石墨烯在低温 下经由预先涂在玻璃基板上的薄镍金属或镍合金催化剂薄膜，被直接沉淀在玻璃基板上。 虽然该技术能与MSVD沉积的镍薄膜较好地运用，但在此发现超光滑a-Ni的薄层提供更高质 量的石墨烯(基于拉曼数据）。没有晶粒边界的镍的无定形层有利于以各向同性的方式来沉 淀石墨烯。在此还发现，c-Ni和其他镍形态中具有无数晶粒边界，其有助于高质量的石墨烯 成型。到目前为止，石墨烯被发现在数十微米长度和宽度中非常均匀。 如以下面的详细说明，经原位拉曼光谱和差示扫描量热法(DSC)被研究，碳的不对 称生长同时发生在镍膜的气体暴露侧和支撑侧。在示例性实施例中，进一步涉及有关催化 剂界面的支撑侧和气体暴露侧的石墨烯生长的过程条件。表面热力学概念示出用于该生长 的驱动力是在气体暴露侧和支撑侧之间的溶解碳的浓度梯度。在此发现，其意外地增长了 穿过催化剂的碳扩散通量。 本专利技术的示例性实施例涉及一种制备涂层制品的方法，所述涂层制品包括位于基 板上的含石墨烯的薄膜。该方法包括在基板上配置含金属的催化剂层(例如，包括镍和/或 类似等）；将基板和其上的含金属的催化剂层暴露于前驱气体(例如包括乙炔)和引发应变 的气体(例如含有氦气），且温度不超过900°C (优选是不超过800°C，且更优选是不超过700 °C，例如700_900°C)。该引发应变的气体在含金属的催化剂层中引发应变。石墨烯被形成 和/或被允许形成在金属催化剂层上并与其接触，或也可以是基板和金属催化剂层之间，来 制备涂层制品。金属催化剂层以及其上的石墨烯可被移除，例如与石墨烯的形成(例如从含 有氦的环境中）相结合，通过将额外的应变引入至催化剂层中。 本专利技术的示例性实施例涉及一种制备涂层制品的方法，所述涂层制品包括位于基 板上的含石墨烯的薄膜。该方法包括在基板上配置含金属的催化剂层;将基板和其上的含 金属的催化剂层快速加热（例如优选是1分钟，更优选是30秒内，且可以是10秒内）至700-900°C;然后将基板及含金属的催化剂层一起在氦气环境中退火(例如，优选是不超过10分 钟，更优选是不超过7分钟，且可以是5分钟左右），且氦气在压力下被提供，该压力被选择来 设计金属催化剂层中的应力。将基板和其上的催化剂层暴露于含碳的前驱气体(例如，优选 是不超过5分钟，更优选是不超过3分钟，并可能是约20秒至2分钟）。石墨烯被形成和/或被 允许形成在金属催化剂层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备涂层制品的方法，所述涂层制品包括位于基板上的含石墨烯的薄膜，所述方法包括以下步骤：在所述基板上配置含金属的催化剂层；在不超过900摄氏度的温度下，将所述基板和其上的所述含金属的催化剂层暴露于前驱气体以及引发应变的气体，所述引发应变的气体引发所述含金属的催化剂层中的应变；以及使石墨烯成型和/或形成在所述含金属的催化剂层上与其接触，以及形成在所述基板和所述含金属的催化剂层之间，来制备所述涂层制品。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：维贾伊·S·维拉萨米，阿纳斯塔西奥斯·约翰·哈尔特，丹尼尔·奎因·麦克内尔尼，
申请(专利权)人：葛迪恩实业公司，密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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