化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備的大面積石墨烯薄膜在柔性有機發(fā)光二極管（OLED）、有機太陽(yáng)能電池等薄膜光電器件領(lǐng)域具有重要的應用前景，而其潔凈、無(wú)損轉移是實(shí)現上述應用的關(guān)鍵。
雖然目前發(fā)展了多種以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）為代表的高分子作為轉移介質(zhì)的轉移方法，但高分子與石墨烯間的相互作用較強且不易在溶劑中溶解，導致轉移后的石墨烯表面有大量的高分子殘留和破損，不僅降低了石墨烯的光電性能，還極大地增加了石墨烯的表面粗糙度，如PMMA轉移后單層石墨烯的表面粗糙度可達數百納米。因而，以此作為透明電極制備的薄膜器件易發(fā)生短路、效率低，大面積器件的制備尤為困難。目前已報道的采用石墨烯作為透明電極的OLED器件的發(fā)光面積大多小于1平方厘米，而有機太陽(yáng)能電池的活性面積則小于0.6平方厘米。
近日，中科院發(fā)展了一種以小分子松香作為轉移介質(zhì)的轉移方法，實(shí)現了大面積石墨烯的潔凈、無(wú)損轉移。相比于傳統使用的PMMA等高分子轉移介質(zhì)，小分子松香樹(shù)脂不僅易溶于多種有機溶劑，與石墨烯的相互作用弱得多，而且可以形成足夠強度的薄膜以起到在轉移過(guò)程中支撐石墨烯的作用。
圖1 以松香作為轉移介質(zhì)制備的潔凈、無(wú)損的大面積石墨烯薄膜
研究發(fā)現，以松香轉移的石墨烯薄膜在表面粗糙度、結構完整性、光電性能及其均一性等方面均遠優(yōu)于以PMMA轉移的樣品。單層石墨烯薄膜的最大表面粗糙度僅為15納米，透光性高達97.4%，在大面積范圍內其面電阻的變化小于1%。多次轉移后得到的5層石墨烯薄膜的導電性得到了極大的提高，但其最大表面粗糙度也僅為35納米。
在此基礎上，研究人員以這種表面潔凈、結構完整、粗糙度極低的石墨烯作為透明電極，制備出發(fā)光均勻、面積達56平方厘米的4英寸石墨烯基柔性OLED原型器件，其亮度高達10000 cd/m2，已達到照明和顯示的實(shí)用要求，并且數次彎折后性能不衰減。
圖2 以松香轉移的石墨烯薄膜作為透明電極制備的大面積柔性OLED器件
上述結果為CVD方法制備的石墨烯等二維材料的潔凈無(wú)損轉移提供了一個(gè)通用策略，對促進(jìn)其在大面積電子、光電等器件中的應用具有重要意義。
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