石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,具體是:利用高純石墨烯和導(dǎo)電氧化物粉體為原料,石墨烯的質(zhì)量含量為0.05~2%,采用液相法進(jìn)行均勻混合,經(jīng)過在溶劑中分別攪拌、超聲,然后混合、干燥得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體;該粉體進(jìn)行電場活化燒結(jié),得到高致密、高導(dǎo)電的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材,燒結(jié)溫度為900~1400℃,壓力為0~100MPa,保溫時(shí)間為0~30分鐘;然后利用該靶材進(jìn)行磁控濺射沉積,制備透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是靶材的純度高、致密度高,并且導(dǎo)電性能得到大大提高,利用靶材制備的透明導(dǎo)電薄膜,導(dǎo)電性得到改善,并可保持較高的可見光透過率,可廣泛用于透明電極制造領(lǐng)域。
【專利說明】石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于光電材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材的電場活化燒結(jié)及其透明導(dǎo)電薄膜的磁控濺射沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,透明導(dǎo)電薄膜材料被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、平面顯示器、抗電涂層等諸多領(lǐng)域,市場規(guī)模巨大。導(dǎo)電氧化物陶瓷是一種廣泛用于制備透明導(dǎo)電薄膜的濺射靶材,用其制備的透明導(dǎo)電薄膜具有較大的禁帶寬度、優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性,因此可廣泛應(yīng)用于太陽能電池、壓電器件、液晶顯示、反射熱鏡等領(lǐng)域。目前導(dǎo)電氧化物陶瓷材料有三氧化二銦(In2O3)、二氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)及其摻雜體系,大規(guī)模生產(chǎn)各類氧化物陶瓷及其透明導(dǎo)電薄膜并提高其光學(xué)、電學(xué)性能對于電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]濺射法制備透明導(dǎo)電薄膜是所有制備薄膜方法中研究得最多、最成熟,而且應(yīng)用最廣泛的方法。濺射沉積所需要的導(dǎo)電氧化物靶材對透明導(dǎo)電薄膜的質(zhì)量起到十分重要的作用,陶瓷靶材的品質(zhì)如純度、密度、電阻率等,將直接關(guān)系到透明導(dǎo)電薄膜性能的優(yōu)劣。
[0004]石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能,通常被用作增強(qiáng)相提高材料的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能。石墨烯常溫下電子遷移率超過15000V*s,而電阻率約10_6Ω 是目前世上電阻率最小的材料,當(dāng)其作為增強(qiáng)相添加到陶瓷基體中可使陶瓷材料的導(dǎo)電性大幅度提聞。A.Centeno等人在的氧化招基體中慘入質(zhì)量比為0.22%的石墨稀通過放電等尚子體燒結(jié),將不導(dǎo)電陶瓷氧化鋁改性成導(dǎo)電陶瓷,其電阻率為8Ω._,拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。氮化硅陶瓷電阻率為I~10Ω * cm, Μ.S.Jang等人通過在氮化硅粉末中摻入少量石墨烯,在高溫下得到的導(dǎo)電性良好的氮化硅陶瓷,其電阻率最低達(dá)2.5Χ10_2Ω.cm,大幅度提高了其導(dǎo)電性能。因此,石墨烯對于改善氧化物陶瓷的性能有廣泛的應(yīng)用,利用性能優(yōu)異的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物陶瓷作為濺射靶材制備高透光高導(dǎo)電薄膜具有很好的應(yīng)用前景。
[0005]石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體,在高溫下燒結(jié)得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材,在保證靶材的高純度及高致密的情況大幅度改善了其導(dǎo)電性能。利用石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材進(jìn)行磁控濺射沉積制備透明導(dǎo)電薄膜,工藝簡單,對設(shè)備要求低,易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),所制備的透明導(dǎo)電薄膜與純氧化物靶材制備的氧化物薄膜相比,導(dǎo)電性能得到改善,并可保持較高的可見光透過率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所 要解決的技術(shù)問題是:提供一種制備高導(dǎo)電、高致密的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材的方法,并且采用磁控濺射沉積法制備高透明、高導(dǎo)電的氧化物薄膜。在氧化物粉體中添加微量石墨烯進(jìn)行電場活化燒結(jié),在保證氧化物靶材的高致密條件下使其導(dǎo)電性能大大提高,進(jìn)而制備導(dǎo)電性能優(yōu)異,透光性能好的氧化物薄膜。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:[0008]本發(fā)明提供的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,是采用向?qū)щ娧趸镏刑砑游⒘俊⒏呒兪┲苽涓咧旅?、高?dǎo)電的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材,并利用靶材進(jìn)行磁控濺射沉積方法制備導(dǎo)電性能優(yōu)異、透光性能好的透明導(dǎo)電薄膜,該方法采用包括以下步驟:
[0009]( I)石墨烯與導(dǎo)電氧化物粉體的復(fù)合:
[0010]石墨烯與導(dǎo)電氧化物粉體按質(zhì)量比例為(0.05~2%): (98~99.5%)在溶劑中分散、混合,經(jīng)過干燥得到均勻分散的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體;
[0011](2)石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材的電場活化燒結(jié):
[0012]將研磨后的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體置入石墨模具中,然后進(jìn)行電場活化燒結(jié),燒結(jié)后的陶瓷塊體即為所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材;
[0013](3)透明導(dǎo)電薄膜的制備:
[0014]I)將石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材和石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至10-5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘;
[0015]2)加熱襯底至100~400°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為I~8Pa ;
[0016]3)調(diào)節(jié)濺射功率至10~40W,濺射時(shí)間為10~60分鐘,得到透明導(dǎo)電薄膜。
[0017]所述的導(dǎo)電氧化物粉體可以為氧化銦錫、氧化錫銻或氧化鋅鋁粉體。
`[0018]所述的石墨烯,其技術(shù)參數(shù)可以為:純度≥99%,厚度0.5~l.0nm,電阻率^ 2 Ω.cm。
[0019]所述的溶劑可以為無水乙醇、去離子水或丙酮。
[0020]石墨烯在溶劑中超聲分散的過程中,所采用的分散劑可以為二甲基甲酰胺。
[0021]所述的石墨烯復(fù)合氧化物粉體可以采用以下方法復(fù)合而成:
[0022](I)將石墨烯和導(dǎo)電氧化物粉體分別加入溶劑中超聲分散2小時(shí),石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,得到均勻分散的石墨烯和導(dǎo)電氧化物溶液;
[0023](2)將分散的石墨烯和導(dǎo)電氧化物溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C加熱攪拌4小時(shí),置入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí),得到石墨烯復(fù)合氧化物粉體。
[0024]所述的電場活化燒結(jié)工藝可以為:燒結(jié)溫度為900~1500°C,壓力大小為O~IOOMPa,并保溫O~30分鐘。
[0025]所述的燒結(jié)環(huán)境可以是真空或保護(hù)氣氛,所述保護(hù)氣氛可以為非氧化氣氛,其包括氫氣、氨氣還原性氣氛,和氮?dú)?、氬氣或氦氣惰性氣氛?br>
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要的優(yōu)點(diǎn):
[0027]1.石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體采用物理法制備,避免了化學(xué)法過程中引進(jìn)雜質(zhì)的弊端,所用的溶劑、分散劑均為易揮發(fā)有機(jī)溶劑,經(jīng)過干燥可完全去除,保證了所制備陶瓷的高純度。
[0028]2.采用電場活化燒結(jié)制備導(dǎo)電氧化物靶材,升溫速率快,燒結(jié)時(shí)間短,過程簡單,能耗低,可應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn),相比于傳統(tǒng)燒結(jié)溫?zé)Y(jié)溫度度低200~300°C。
[0029]3.電場活化燒結(jié)制備的導(dǎo)電氧化物靶材晶粒尺寸均勻、致密度高,導(dǎo)電性明顯提高,其致密度高達(dá)98.6%,電阻率低至1.6Χ10_4Ω.cm。
[0030]4.利用石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材制備的透明導(dǎo)電薄膜均勻性好,平均可見光透過率高于85%,電阻率最小為7.4Χ10_5Ω.cm,有利于推廣大規(guī)模應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為實(shí)施例1制備的石墨烯復(fù)合氧化鋅鋁陶瓷的拉曼光譜圖。
[0032]圖2為實(shí)施例2制備的石墨烯復(fù)合氧化錫銻陶瓷的拉曼光譜圖。
[0033]圖3為實(shí)施例4、6、7制備石墨烯復(fù)合氧化鋅鋁陶瓷的電阻率、載流子遷移率及載流子濃度。
[0034]圖4為實(shí)施例3制備氧化鋅鋁陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖5為實(shí)施例11制備氧化銦錫薄膜的斷面顯微結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖6為實(shí)施例12制備氧化鋅鋁薄膜的表面形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述,本發(fā)明并不局限于下述實(shí)例。
[0038]實(shí)施例1:石墨烯氧化鋅鋁陶瓷靶材的制備
[0039]使用氧化鋅鋁粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%,99.95%分別稱量石墨烯2mg,氧化鋅鋁粉體4g。將石墨烯、氧化鋅鋁粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化鋅鋁分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1000°C,保溫10分鐘,整個(gè)過程保持壓力為OMPa,燒結(jié)環(huán)境`為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化鋅鋁陶瓷,其致密度為96.1 %,電阻率為4.2 X 10_4 Ω.cm。
[0040]實(shí)施例2:石墨烯氧化錫銻陶瓷靶材的制備
[0041]使用氧化錫銻粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,98%分別稱量石墨烯80mg,氧化錫銻4g。將石墨烯、氧化錫銻粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化錫銻分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至900°C,保溫O分鐘,整個(gè)過程保持壓力為40MPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化錫銻陶瓷靶材,其致密度為96.8%,電阻率為7.2Χ10_4Ω.cm。
[0042]實(shí)施例3:石墨烯氧化鋅鋁陶瓷靶材的制備
[0043]使用氧化鋅鋁粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,99%分別稱量石墨烯40mg,氧化鋅鋁4g。將石墨烯、氧化鋅鋁粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化鋅鋁分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1400°C,保溫I分鐘,整個(gè)過程保持壓力為60MPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化鋅鋁陶瓷靶材,其致密度為97.8%,電阻率為2.2X Kr4Ω.cm。
[0044]實(shí)施例4:石墨烯氧化鋅鋁陶瓷靶材的制備
[0045]使用氧化鋅鋁粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,99.9%分別稱量石墨烯4mg,氧化鋅鋁4g。將石墨烯、氧化鋅鋁粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化鋅鋁分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1000°C,保溫3分鐘,整個(gè)過程保持壓力為40MPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化鋅鋁陶瓷靶材,其致密度為96.9%,電阻率為3.2Χ10_4Ω.cm。
[0046]實(shí)施例5:石墨烯氧化銦錫陶瓷靶材的制備
[0047]使用氧化銦錫粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,99.5%分別稱量石墨烯20mg,氧化鋅鋁4g。將石墨烯、氧化銦錫粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化銦錫分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1300°C,保溫30分鐘,整個(gè)過程保持壓力為lOOMPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化銦錫陶瓷靶材,其致密度為98.4%,電阻率為1.6Χ10_4Ω.cm。
[0048]實(shí)施例6:石墨烯氧化鋅鋁陶瓷靶材的制備
[0049]使用氧化鋅鋁粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,99.9%分別稱量石墨烯4mg,氧化鋅鋁4g。將石墨烯、氧化鋅鋁粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化鋅分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1100°C,保溫3分鐘,整個(gè)過程保持壓力為40MPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化鋅鋁陶瓷靶材,其致密度為98.6%,電阻率為3.0X Kr4Ω.cm。
[0050]實(shí)施例7:石墨烯氧化鋅鋁陶瓷靶材的制備
[0051]使用氧化鋅鋁粉體、石墨烯作為原料,按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,99.9%分別稱量石墨烯4mg,氧化鋅鋁4g。將石墨烯、氧化鋅鋁粉體分別在乙醇溶劑中超聲分散2小時(shí),并在石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,將石墨烯與氧化鋅分散溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C恒溫?cái)嚢?小時(shí),放入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí)。稱取干燥后的粉末3.5g置入石墨模具中,以100°C /分鐘從室溫升至1200°C,保溫3分鐘,整個(gè)過程保持壓力為40MPa,燒結(jié)環(huán)境為真空環(huán)境。所得產(chǎn)品為本發(fā)明高致密、高導(dǎo)電氧化鋅鋁陶瓷靶材,其致密度為97.6%,電阻率為2.8X Kr4Ω.cm。
[0052]實(shí)施例8:氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0053]將實(shí)施例1制得的氧化鋅鋁陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至100°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為2Pa。調(diào)節(jié)濺射功率至20w,濺射時(shí)間為30分鐘,得到氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為2.4Χ10_4Ω.cm,可見光透過率為86%。
[0054]實(shí)施例9:氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0055]將實(shí)施例1制得的氧化鋅鋁陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至300°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為4Pa。調(diào)節(jié)濺射功率至30w,濺射時(shí)間為60分鐘,得到氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為2.8Χ10_4Ω.cm,可見光透過率為85%。
[0056]實(shí)施例10:氧化錫銻透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0057]將實(shí)施例2制得的氧化錫銻陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至100°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為8Pa。調(diào)節(jié)濺射功率至10w,濺射時(shí)間為30分鐘,得到氧化錫銻透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為3.1Χ10_4Ω.cm,可見光透過率為87%。
[0058]實(shí)施例11:氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0059]將實(shí)施例5制得的氧化銦錫陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至400°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為4Pa。調(diào)節(jié)濺射功率至40w,濺射時(shí)間為10分鐘,得到氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為7.4Χ10_5Ω.cm,可見光透過率為87%。
[0060]實(shí)施例12:氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0061]將實(shí)施例6制得的氧化鋅鋁陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至300°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為IPa。調(diào)節(jié)濺射功率至20w,濺射時(shí)間為30分鐘,得到氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為3.5Χ10_4Ω.cm,可見光透過率為85%。
[0062]實(shí)施例13:氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜的制備
[0063]將實(shí)施例6制得的氧化鋅鋁陶瓷靶材和清洗干凈的石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至KT5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘。加熱襯底至200°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為8Pa。調(diào)節(jié)濺射功率至30w,濺射時(shí)間為30分鐘,得到氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜,其電阻率為3.0Χ10_4Ω.cm,可見光透過率為85%。
[0064]對實(shí)施例1和實(shí)施例2中得到的導(dǎo)電氧化物陶瓷樣品進(jìn)行拉曼光譜分析,以確定其物相構(gòu)成,得到圖1和圖2。參照圖1,得到的化合物為ZnO及石墨烯;圖2中的拉曼特征峰為SnO2及石墨烯。
[0065]測定實(shí)施例4、實(shí)施例6和實(shí)施例7中制備得到的導(dǎo)電氧化物陶瓷樣品的電阻率、遷移率及載流子濃度,得到圖3。
[0066] 對實(shí)施例3所得導(dǎo)電氧化物陶瓷樣品進(jìn)行掃描電鏡測試,得到其顯微結(jié)構(gòu)圖4。從圖4可以看出燒結(jié)后的靶材顯微結(jié)構(gòu)致密,無明顯孔洞,層狀石墨烯仍然分散在氧化物陶瓷中。
[0067]對實(shí)施例11和實(shí)施例12制得的薄膜進(jìn)行形貌分析,得到圖5、圖6,由圖中可以看出所得薄膜厚度在400nm左右,晶粒生長均勻,表面平整。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征是采用向?qū)щ娧趸镏刑砑游⒘?、高純石墨烯制備高致密、高?dǎo)電的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材,并利用靶材進(jìn)行磁控濺射沉積方法制備導(dǎo)電性能優(yōu)異、透光性能好的透明導(dǎo)電薄膜,該方法采用包括以下步驟: (1)石墨烯與導(dǎo)電氧化物粉體的復(fù)合: 石墨烯與導(dǎo)電氧化物粉體按質(zhì)量比例為(0.05~2% ):(98~99.5%)在溶劑中分散、混合,經(jīng)過干燥得到均勻分散的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體; (2)石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材的電場活化燒結(jié): 將研磨后的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物粉體置入石墨模具中,然后進(jìn)行電場活化燒結(jié),燒結(jié)后的陶瓷塊體即為所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材; (3)透明導(dǎo)電薄膜的制備: 1)將石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材和石英玻璃襯底放入磁控濺射儀濺射腔,抽至10_5Pa高真空,預(yù)濺射5分鐘; 2)加熱襯底至100~400°C,向?yàn)R射腔內(nèi)充入氧氣和氬氣,氧氣和氬氣流量比為1:3,調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓強(qiáng)為I~8Pa; 3)調(diào)節(jié)濺射功率至10~40W,濺射時(shí)間為10~60分鐘,得到透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材的制備方法,其特征在于所述的導(dǎo)電氧化物粉體為氧化銦錫、氧化錫銻或氧化鋅鋁粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于所述的石墨烯,其技術(shù)參數(shù)為:純度≥99%,厚度0.5~l.0nm,電阻率^ 2 Ω.cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于所述的溶劑為無水乙醇、去離子水或丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于石墨烯在溶劑中超聲分散的過程中,所采用的分散劑為二甲基甲酰胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于所述的石墨烯復(fù)合氧化物粉體采用以下方法復(fù)合而成: (1)將石墨烯和導(dǎo)電氧化物粉體分別加入溶劑中超聲分散2小時(shí),石墨烯分散過程中加入分散劑二甲基甲酰胺,得到均勻分散的石墨烯和導(dǎo)電氧化物溶液; (2)將分散的石墨烯和導(dǎo)電氧化物溶液混合攪拌30分鐘,超聲I小時(shí),100°C加熱攪拌4小時(shí),置入干燥箱中,在100°C條件下干燥6小時(shí),得到石墨烯復(fù)合氧化物粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于所述的電場活化燒結(jié)工藝為:燒結(jié)溫度為900~1500°C,壓力大小為O~IOOMPa,并保溫O~30分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電氧化物靶材及其透明導(dǎo)電薄膜的制備方法,其特征在于所述的燒結(jié)環(huán)境是真空或保護(hù)氣氛,所述保護(hù)氣氛為非氧化氣氛,其包括氫氣、氨氣還原性氣氛,和氮?dú)?、氬氣或氦氣惰性氣氛?br>
【文檔編號】C23C14/06GK103741094SQ201410028577
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】陳斐, 楊爽, 吳俊彥, 沈強(qiáng), 加樂為, 朱莉·沙龍, 張聯(lián)盟 申請人:武漢理工大學(xué)