石墨烯的潔凈無損轉移及柔性OLED應用研究獲進展

　　化學氣相沉積（CVD）方法制備的大面積石墨烯薄膜在柔性有機發光二極管（OLED）、有機太陽能電池等薄膜光電器件領域具有重要的應用前景，而其潔凈、無損轉移是實現上述應用的關鍵。雖然目前發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器件的發光面積大多小于1平方厘米，而有機太陽能電池的活性面積則小于0.6平方厘米。

　　最近，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部石墨烯研究組發展了一種以小分子松香作為轉移介質的轉移方法，實現了大面積石墨烯的潔凈、無損轉移。相比于傳統使用的PMMA等高分子轉移介質，小分子松香樹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程中支撐石墨烯的作用。研究發現，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，他們與中科院長春應用化學研究所馬東閣研究組的研究人員合作，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10,000 cd m-2，已達到照明和顯示的實用要求，并且數次彎折后性能不衰減。

　　上述結果為CVD方法制備的石墨烯等二維材料的潔凈無損轉移提供了一個通用策略，對促進其在大面積電子、光電等器件中的應用具有重要意義。該成果得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委杰出青年基金、重大項目、創新群體以及中科院重點部署項目等的資助，于2月24日在《自然-通訊》上在線發表（Nature Communications, DOI: 10.1038/NCOMMS14560, 2017）。