報(bào)道的多晶單層石墨締膜的薄層電阻進(jìn)行比較的圖。根據(jù)ASTM D257的一般方法使用4點(diǎn)探針測量薄層電阻值。如圖14所示，在實(shí)施例1中制備的單晶單 層石墨締膜的薄層電阻比常規(guī)多晶單層石墨締膜的薄層電阻低約80%。認(rèn)為運(yùn)是因?yàn)樵趩?晶單層膜中缺陷如晶粒邊界的降低的密度導(dǎo)致了電子平均自由程的降低。預(yù)期在實(shí)施例1 中制備的單晶單層石墨締膜可應(yīng)用于各種器件，除觸摸屏外，還包括的柔性O(shè)L邸器件和太 陽能電池器件和W及低功率高效率的顯示器件。
[0109] 圖15是將實(shí)施例1中制備的單晶單層石墨締膜的載流子遷移率與文獻(xiàn)[Appl. Phys.Lett.，102, 163102(2013)]中報(bào)道的多晶單層石墨締膜的載流子遷移率進(jìn)行比較的 圖。使用霍爾效應(yīng)測量系統(tǒng)測量載流子遷移率值。在實(shí)施例1中制備的單晶單層石墨締膜 的載流子遷移率比常規(guī)多晶單層石墨締膜的載流子遷移率高約300%。認(rèn)為運(yùn)是因?yàn)樵趩?晶單層膜中缺陷如晶粒邊界的降低的密度導(dǎo)致了載流子散射率的降低。因此在實(shí)施例1中 制備的單晶單層石墨締膜會被應(yīng)用于低功率高速的下一代半導(dǎo)體邏輯器件W及下一代納 米級（《IOnm)通道材料。
[0110] 圖16是將實(shí)施例1中制備的單晶單層石墨締膜的透射率值與文獻(xiàn)陽a化re Nanotechnology,Vol5,August(2010)]中報(bào)道的多晶單層石墨締膜的透射率值進(jìn)行比較 的圖。如圖16所示，在實(shí)施例1中制備的單晶單層石墨締膜的透射率值比常規(guī)多晶單層石 墨締膜的透射率值高約0.8%，并且是目前報(bào)道的最高值。認(rèn)為運(yùn)是因?yàn)樵趩尉螌幽ぶ?缺陷如晶粒邊界的降低的密度導(dǎo)致了透射光的散射和折射降低。通常，透射率隨著降低厚 度而升高，電阻隨著增加厚度而增加。也就是說，就厚度而言透射率和電阻是此消彼長的關(guān) 系。然而，如上所述，發(fā)現(xiàn)在實(shí)施例1中制備的單晶單層石墨締膜產(chǎn)生了改善電阻與透射率 的協(xié)同效應(yīng)。 陽111] 總之，在實(shí)施例1中不使用昂貴的襯底而通過金屬前體的退火和化學(xué)氣相沉積來 制備的單晶單層石墨締膜沒有晶粒和晶粒邊界，并且與比較例1至3的單層石墨締膜和通 過常用方法制備的單層石墨締膜相比具有高的品質(zhì)。特別地，無論金屬前體的大小和形狀 W其原始狀態(tài)進(jìn)行金屬前體的退火和化學(xué)氣相沉積，在對應(yīng)于金屬前體的原始面積的大面 積上制備單晶單層石墨締膜出人意料地有效。 陽11引工業(yè)實(shí)用性
[0113]預(yù)期本發(fā)明的大面積單晶單層石墨締膜可應(yīng)用于透明電極、顯示器件、半導(dǎo)體器 件、分離膜、燃料電池、太陽能電池W及傳感器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大面積單晶單層石墨烯膜，其包含：晶面取向?yàn)椋?11)的單晶金屬催化劑層，所 述單晶金屬催化劑層任選地在襯底上；和在所述單晶金屬催化劑層上形成的石墨烯層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜，其中，所述襯底是單晶襯底或非 單晶襯底。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大面積單晶單層石墨烯膜，其中，所述襯底是硅襯底、金 屬氧化物襯底或陶瓷襯底。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積單晶單層石墨烯膜，其中，所述襯底由選自以下的材 料制成：娃（Si)、二氧化娃（SiO2)、氮化娃（Si3N4)、氧化鋅（ZnO)、二氧化錯(cuò)（ZrO2)、氧化鎳 (NiO)、氧化鉿（HfO2)、氧化鈷（II) (CoO)、氧化銅（II) (CuO)、氧化亞鐵（II) (FeO)、氧化鎂 (MgO)、a-氧化錯(cuò)（a-Al2O3)、氧化錯(cuò)（Al2O3)、鈦酸鎖（SrTiO3)、錯(cuò)酸鑭（LaAlO3)、二氧化鈦 (TiO2)、二氧化鉭（TaO2)、二氧化鈮（NbO2)以及氮化硼（BN)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜，其中，所述單晶金屬催化劑層由 選自以下的金屬構(gòu)成：銅（Cu)、鎳（Ni)、鈷（Co)、鐵（Fe)、舒（Ru)、鉬（Pt)、鈀（Pd)、金（Au)、 銀（Ag)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鎂（Mg)、錳（Mn)、鉬（Mo)、銠（Rh)、硅（Si)、鉭（Ta)、鈦（Ti)、鎢 (W)、鈾（U)、釩（V)、銥（Ir)以及鋯（Zr)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜，其中，所述單晶金屬催化劑層是 箱、板、塊或管的形狀。7. -種用于制備大面積單晶單層石墨烯膜的方法，其包括：i)制備晶面以不同方向取 向并且無偏向的多晶金屬前體；ii)使金屬前體經(jīng)受退火和原位化學(xué)氣相沉積以形成晶面 取向?yàn)椋?11)的單晶金屬催化劑層；和iii)在所述單晶金屬催化劑層上形成石墨烯層。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在步驟i)中制備的金屬前體選自：銅（Cu)、鎳 (Ni)、鈷（Co)、鐵（Fe)、釕（Ru)、鉑（Pt)、鈀（Pd)、金（Au)、銀（Ag)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鎂 (Mg)、錳（Mn)、鉬（Mo)、銠（Rh)、硅（Si)、鉭（Ta)、鈦（Ti)、鎢（W)、鈾（U)、釩（V)、銥（Ir)以 及鋯（Zr)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在步驟i)中制備的金屬前體是箱、板、塊或管的 形狀。10. 根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的方法，其中，在步驟i)中制備的金屬前體是市售銅箱。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述市售銅箱具有5ym至18ym的厚度。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在步驟ii)中，所述退火在氫氣氛或氫/氬混合 氣體氣氛中在900°C至1200°C和1托至760托下進(jìn)行1小時(shí)至5小時(shí)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述氫氣氛是通過以IOsccm至IOOsccm的流 量供給氫來產(chǎn)生的，所述氫/氬混合氣體氣氛是通過以IOsccm至IOOsccm的流量供給氫并 且以IOsccm至IOOsccm的流量供給氬來產(chǎn)生的。14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在步驟ii)中，所述化學(xué)氣相沉積在氫與含碳?xì)?體的混合氣體的氣氛中在900°C至1200°C和0. 1托至760托下進(jìn)行10分鐘至3小時(shí)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氫與含碳?xì)怏w的混合氣體的氣氛是通過 以Isccm至IOOsccm的流量供給氫并且以IOsccm至IOOsccm的流量供給含碳?xì)怏w來產(chǎn)生 的。16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，所述含碳?xì)怏w選自：烴氣體、氣態(tài)烴化合 物、C1-C6氣態(tài)醇、一氧化碳及其混合物。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述烴氣體選自：甲燒、乙燒、丙烷、丁燒、乙 烯、丙烯、丁烯、乙炔、丁二烯及其混合物。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述氣態(tài)烴化合物選自：戊烷、己烷、環(huán)己烷、 苯、甲苯、二甲苯及其混合物。19. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其還包括在步驟iii)后人工冷卻最終的石墨烯膜。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述冷卻以KTC /分鐘至50°C /分鐘的速度 緩慢進(jìn)行。21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，所述冷卻是通過以IOsccm至1000 sccm 的流量供給氫來進(jìn)行的。22. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的透明電極。23. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的顯示器件。24. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的半導(dǎo)體器件。25. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的分離膜。26. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的燃料電池。27. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的太陽能電池。28. -種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積單晶單層石墨烯膜的傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及：大表面積單晶單層石墨烯膜，其中，石墨烯層在襯底上或在沒有襯底的情況下在僅以(111)晶面為取向的單晶金屬催化劑層上形成；和用于通過金屬前體的熱處理和化學(xué)氣相沉積制備僅以(111)晶面為取向的大表面積單晶單層石墨烯的方法。根據(jù)本發(fā)明，僅以(111)晶面為取向的單晶金屬催化劑層可以在襯底上或甚至在沒有襯底的情況下以箔、平板、塊或管的各種形式來形成，和，通過制備其中石墨烯層在催化劑層上形成的大表面積單晶單層石墨烯，可以以批量生產(chǎn)的方式使高品質(zhì)的大表面積石墨烯薄膜商品化，并且可以使用本發(fā)明作為透明電極材料和用于顯示元件、半導(dǎo)體元件、分離膜、燃料電池、太陽能電池或各種類型的傳感器的材料。
【IPC分類】C23C16/22, C23C28/00, C23C16/44
【公開號】CN105229196
【申請?zhí)枴緾N201480029328
【發(fā)明人】樸浩范, 金翰秀, 尹熙煜, 樸仙美, 李民鏞
【申請人】漢陽大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2014年5月21日
【公告號】US20160108546