石墨烯電極的商用化獲突破性進(jìn)展，韓國(guó)解決石墨烯OLED難題

【導(dǎo)讀】：石墨烯以其獨(dú)特的性能成為如今科技領(lǐng)域的重要材料，但是石墨烯雖好，開(kāi)發(fā)過(guò)程中難題也不少。最近，石墨烯電極的商用化獲突破性進(jìn)展，韓國(guó)解決石墨烯OLED難題。

韓國(guó)首爾大學(xué)材料工學(xué)院研發(fā)出提升最薄導(dǎo)電體-石墨烯性能與穩(wěn)定性的新型加工方法。此種技術(shù)可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池，柔性電池，透明顯示等高科技領(lǐng)域。首爾大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出在石墨烯添加高分子物質(zhì)提升其導(dǎo)電率、進(jìn)一步成功應(yīng)用于高效率發(fā)光OLED的材料。

因六角形蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碳元素的石墨烯雖可導(dǎo)電，但其導(dǎo)電性能差，只能與其他物質(zhì)混合使用。之前所使用的混合物質(zhì)接觸空氣和水時(shí)候易發(fā)生變化，因此有穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

此次的首爾大學(xué)研究所采用的是化學(xué)性能穩(wěn)定的氟化高分子石墨烯材料。此種石墨烯不止導(dǎo)電性極佳，在300度以上的高溫下也可以形成穩(wěn)定性極佳的電極。研究院還表示此次的發(fā)現(xiàn)相當(dāng)于解決了石墨烯OLED商用化的最大難題，可有助于提前石墨烯電極的商用化。

此研發(fā)成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物- “Nature communications”。石墨烯生長(zhǎng)提速10倍以上。

韓國(guó)UNIST的Rodney Ruoff教授團(tuán)隊(duì)5月24日也對(duì)外發(fā)表了一種利用單結(jié)晶銅鎳合金箔讓石墨烯生長(zhǎng)提速10倍以上的新型制作方法。

石墨烯制作的核心工程化學(xué)蒸鍍（CVD）所采用的是多晶體銅基板為促酶，在促酶銅基板上利用甲醇和氫形成碳原子石墨烯。因銅基板的結(jié)晶配位多，所以生長(zhǎng)出來(lái)的石墨烯為多晶體。但多晶體石墨烯導(dǎo)電率與速度低下，科學(xué)家們一直致力于尋求單晶體石墨烯的方案。

現(xiàn)大家所使用的技術(shù)是與石墨烯晶格相似的銅（111）單晶為基板的Epitaxy方式，因銅（111）基板的結(jié)晶方向一致，晶格結(jié)構(gòu)相似等特征可生長(zhǎng)出近乎于單結(jié)晶的晶體。

銅鎳單結(jié)晶合金箔與單結(jié)晶石墨烯

但Rodney Ruoff教授團(tuán)隊(duì)此次發(fā)表的方式是在銅（111）的單結(jié)晶箔基礎(chǔ)上再添加鎳，形成銅鎳合金箔作為基板。此時(shí)可生成每6個(gè)銅原子配1個(gè)鑷原子的規(guī)則性銅-鎳初晶格。

研究員表示，按照密度泛函理論（DFT）計(jì)算，添加鎳元素之后可大幅縮減石墨烯的甲烷分解所需的能量。所以相應(yīng)的石墨烯生長(zhǎng)時(shí)間從銅（111）基板時(shí)所需的60分鐘，可縮減到5分鐘。

石墨烯為碳原子組成的同位素，雖厚度僅為0.2奈米，但機(jī)械強(qiáng)度為鋼鐵的200倍，而且有著不易斷、柔韌性佳，導(dǎo)電性能比硅優(yōu)秀100倍等優(yōu)勢(shì)。此次研究還在石墨烯單層中發(fā)現(xiàn)約40奈米寬的“延伸線（fold）”。延伸線以20奈米的間隔互相平行并垂直存在于金屬基板。研究組通過(guò)透射電子顯微鏡，首次觀察到未完全形成的石墨烯島（Grapeneisland）相互結(jié)合領(lǐng)域里形成的延伸線。此種現(xiàn)象形成理由為金屬與石墨烯的熱容變化量不同，在熱脹時(shí)在金屬基板形成的石墨烯并不會(huì)跟隨金屬基板發(fā)生冷縮，從而變?yōu)轳薨櫍?層結(jié)構(gòu)）。

UNIST團(tuán)隊(duì)

Rodney Ruoff教授表示，此次的研究成功的在銅鎳基板和金箔上形成初晶格結(jié)構(gòu)，并首次發(fā)現(xiàn)石墨烯迅速生長(zhǎng)與3層折疊延伸線。此種成果可應(yīng)用于2次元材料與薄膜研究。