石墨烯电极的商用化获突破性进展,韩国解决石墨烯OLED难题

2018-06-14 10:36 次阅读

【导读】:石墨烯以其独特的性能成为如今科技领域的重要材料,但是石墨烯虽好,开发过程中难题也不少。最近,石墨烯电极的商用化获突破性进展,韩国解决石墨烯OLED难题。

韩国首尔大学材料工学院研发出提升最薄导电体-石墨烯性能与稳定性的新型加工方法。此种技术可应用于太阳能电池,柔性电池,透明显示等高科技领域。首尔大学团队研发出在石墨烯添加高分子物质提升其导电率、进一步成功应用于高效率发光OLED的材料。

因六角形蜂窝网状结构碳元素的石墨烯虽可导电,但其导电性能差,只能与其他物质混合使用。之前所使用的混合物质接触空气和水时候易发生变化,因此有稳定性差的缺点。

此次的首尔大学研究所采用的是化学性能稳定的氟化高分子石墨烯材料。此种石墨烯不止导电性极佳,在300度以上的高温下也可以形成稳定性极佳的电极。研究院还表示此次的发现相当于解决了石墨烯OLED商用化的最大难题,可有助于提前石墨烯电极的商用化。

此研发成果已发表在国际学术刊物- “Nature communications”。石墨烯生长提速10倍以上。

韩国UNIST的Rodney Ruoff教授团队5月24日也对外发表了一种利用单结晶铜镍合金箔让石墨烯生长提速10倍以上的新型制作方法。

石墨烯制作的核心工程化学蒸镀(CVD)所采用的是多晶体铜基板为促酶,在促酶铜基板上利用甲醇和氢形成碳原子石墨烯。因铜基板的结晶配位多,所以生长出来的石墨烯为多晶体。但多晶体石墨烯导电率与速度低下,科学家们一直致力于寻求单晶体石墨烯的方案。

现大家所使用的技术是与石墨烯晶格相似的铜(111)单晶为基板的Epitaxy方式,因铜(111)基板的结晶方向一致,晶格结构相似等特征可生长出近乎于单结晶的晶体。

铜镍单结晶合金箔与单结晶石墨烯

但Rodney Ruoff教授团队此次发表的方式是在铜(111)的单结晶箔基础上再添加镍,形成铜镍合金箔作为基板。此时可生成每6个铜原子配1个镊原子的规则性铜-镍初晶格。

研究员表示,按照密度泛函理论(DFT)计算,添加镍元素之后可大幅缩减石墨烯的甲烷分解所需的能量。所以相应的石墨烯生长时间从铜(111)基板时所需的60分钟,可缩减到5分钟。

石墨烯为碳原子组成的同位素,虽厚度仅为0.2奈米,但机械强度为钢铁的200倍,而且有着不易断、柔韧性佳,导电性能比硅优秀100倍等优势。此次研究还在石墨烯单层中发现约40奈米宽的“延伸线(fold)”。延伸线以20奈米的间隔互相平行并垂直存在于金属基板。研究组通过透射电子显微镜,首次观察到未完全形成的石墨烯岛(Grapeneisland)相互结合领域里形成的延伸线。此种现象形成理由为金属与石墨烯的热容变化量不同,在热胀时在金属基板形成的石墨烯并不会跟随金属基板发生冷缩,从而变为褶皱(3层结构)。

UNIST团队

Rodney Ruoff教授表示,此次的研究成功的在铜镍基板和金箔上形成初晶格结构,并首次发现石墨烯迅速生长与3层折叠延伸线。此种成果可应用于2次元材料与薄膜研究。

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