分子梳技术制备柔性网状氧化石墨烯透明电极

近年来,出于对便携、可穿戴器件高性能的追求,许多研究者开始致力于柔性电学器件的研究。作为柔性电学器件的重要组成部分,柔性电极的性能至关重要。它们不仅需要在可观的应变下保持很好的导电性,在一些光电器件(例如柔性太阳能电池)的应用中还需要拥有很好的透明度。石墨烯能在一定程度上同时满足上述的机械,电学及光学要求,然而高昂的成本阻碍了化学气相沉积法合成的石墨烯在消费电子产品市场上大展拳脚。廉价的石墨烯衍生物, 譬如还原氧化石墨烯,可以在一些应用上取代石墨烯;不过通常它们的机械,电学或光学性质有所下降。此外,在制备柔性透明电极时,一种性能的提升往往意味着另一种性能的妥协。比方说,增加还原氧化石墨烯薄膜的厚度可以提高薄膜电导率,但是它对可见光的吸收会显著增强,导致透明度下降。可见,利用低廉的氧化石墨烯制备高性能的柔性透明电极,既回报可观,又充满挑战。

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新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院张华教授的研究团队和南京工业大学先进材料研究院黄维、黄晓、李海教授的研究团队,结合分子梳和纳米材料转移技术制备了氧化石墨烯纳米卷网格。制备过程简而言之:通过在疏水表面拖动氧化石墨烯的水溶液,导致氧化石墨烯薄片卷起,形成直径为数十纳米不等纳米卷,成千上万的纳米卷的取向是由分子梳技术拖动水溶液的方向决定的,从而形成了排列整齐的纳米卷阵列。然后,把两个纳米卷阵列交错堆叠即形成了氧化石墨烯的纳米卷网格。这些交错堆叠的氧化石墨烯纳米卷被还原后,薄膜电阻低至0.8 kΩ sq-1。得益于其多孔形状,绝大部分的光线可以毫无阻碍地通过网格,因此还原后的氧化石墨烯纳米卷网格保持了超高的透光率 (>95%)。由于还原后的氧化石墨烯纳米卷网格可以方便地转移到柔性衬底(例如PET)上,该研究团队测试了它们在数千次弯曲中的电导率变化,发现电导率没有明显变化,证明了还原后的氧化石墨烯纳米卷网格在柔性透明电极的应用上极富潜力。相关论文发表在Advanced Materials Technologies (DOI: 10.1002/admt.201600231)上。