【摘 要】
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石墨烯在力学、电学、热学、光学性能上的优异表现使其在诸多领域备受关注,石墨烯薄膜的市场需求日益增长。化学气相沉积(CVD)法已能实现石墨烯薄膜的高质量、大面积连续生长,但目前仍缺乏与之匹配的宏量连续转移工艺,大大制约了石墨烯薄膜的工程应用。本论文旨在解决现有转移工艺与产业化生产要求匹配度低的问题,研究一种石墨烯薄膜的高效连续转移方法,为大面积石墨烯薄膜的高质量转移及工程应用打下基础。针对传统湿法转
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石墨烯在力学、电学、热学、光学性能上的优异表现使其在诸多领域备受关注,石墨烯薄膜的市场需求日益增长。化学气相沉积(CVD)法已能实现石墨烯薄膜的高质量、大面积连续生长,但目前仍缺乏与之匹配的宏量连续转移工艺,大大制约了石墨烯薄膜的工程应用。本论文旨在解决现有转移工艺与产业化生产要求匹配度低的问题,研究一种石墨烯薄膜的高效连续转移方法,为大面积石墨烯薄膜的高质量转移及工程应用打下基础。针对传统湿法转移操作繁琐、易破损、易污染等问题,首先对比各种转移方法,指出聚合物辅助直接转移石墨烯方法在大面积石墨烯连续转移方面的明显优势,然后系统研究了聚合物辅助转移法中薄膜转移质量的影响因素,以及该方法与免刻蚀法转移的兼容性,最后围绕转移后石墨烯电加热片的研制及其电加热性能做了研究。本论文的主要研究成果如下:1、采用聚合物辅助转移法,获得了大面积高质量石墨烯。薄膜表面无明显损伤及污染,拉曼光谱显示石墨烯的D峰与G峰的强度比为4.7%,G峰与2D峰的强度比为0.277,2D峰半高宽约32 cm-1,为高质量单层石墨烯;该方法转移的石墨烯2D峰波数较PMMA法转移石墨烯存在红移,表明p型掺杂效应减弱。2、系统研究了聚合物种类、涂布工艺和基底选择对聚合物辅助转移石墨烯质量的影响规律。该方法显示出对多种丙烯酸类树脂的良好兼容性;相比旋涂工艺,直接辊压可能在聚合物层内引入气泡,但二者石墨烯在相同载流子浓度下的迁移率相当;表面能小于中间层聚合物的基底会由于固液接触角过大,使聚合物在基底表面团聚,并引入“大气泡”造成石墨烯严重破损和掺杂。3、研究并证实了聚合物辅助转移法可应用于电化学剥离石墨烯。研究表明,在25 A/m2恒定电流密度下,可避免铜生长基底的刻蚀,完整剥离铜箔,得到大面积、高质量的石墨烯薄膜。4、研制了石墨烯基加热片,并探究了其电加热性能。研究表明,通过在石墨烯表面印刷叉指电极,可有效降低电阻,提高发热功率,薄膜电阻随叉指电极条数增加而降低;要求电极应尽可能降低自身电阻和与薄膜的接触电阻;通过在薄膜表面覆盖PET保护层,可有效隔绝水汽,防止石墨烯暴露于空气中使加热性能快速衰减;PMMA湿法转移和聚合物辅助转移石墨烯均可用于加热片的制作,相同条件下,后者转移的石墨烯加热性能更好。
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