石墨烯薄膜与柔性光电器件

石墨烯是碳的同素异形体大家族的又一个传奇，也是当今横跨学术界和产业界的超级明星，几乎到了家喻户晓、妇孺皆知的程度。当然，石墨烯是当之无愧的。作为由单层碳原子构成的蜂窝状二维原子晶体材料，石墨烯拥有无与伦比的特性。理论上讲，它是导电性和导热性较好的材料，也是理想的轻质高强材料。正因如此，一经问世便吸引了全球范围的关注。石墨烯有可能创造一个全新的产业，石墨烯产业将成为未来全球高科技产业竞争的高地，这一点已经成为国内外学术界和产业界的共识。从2004年至今，已经有了近十六年的历史沉淀。无论是石墨烯的基础研究，还是石墨烯材料的产业化实践，人们都有了更多的一手材料，更有可能对石墨烯材料有一个全方位套丛书出的、科学的、理性的认识。总结历史，是为了更好地走向未来。对于新兴的石墨烯产业来说，战略前沿新材料——石墨烯出版工程的出版意义也是不言而喻的。事实上，国内外已经出版了数十部石墨烯相关书籍，其中不乏经典性著作。本丛书的定位有所不同，希望能够全面总结石墨烯相关的知识积累，反映石墨烯领域的国内外前沿研究进展，展示石墨烯新材料的产业化现状与发展前景，尤其希望能够充分体现国人对石墨烯领域的贡献。本丛书共包括22分册，执笔作者20余位，都是石墨烯领域的重量级学者、专家，因此可以从源头上保障丛书的专业性和科学性。丛书分五大部分，囊括了从石墨烯的基本性质和表征技术，到石墨烯材料的制备方法及其在不同领域的应用，以及石墨烯产品的计量检测标准等全方位的知识总结。同时，两份产业研究报告详细阐述了世界各国的石墨烯产业发展现状和未来发展趋势。除此之外，丛书还为广大石墨烯迷们提供了一份科普读物《有问必答：石墨烯的魅力》，针对广泛征集到的石墨烯相关问题答疑解惑，去伪求真。本丛书的内容涵盖石墨烯新材料的方方面面，每个分册也相对独立，具有很强的系统性、知识性、专业性和即时性，凝聚着各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的广大读者参考使用。希望丛书的出版对中国的石墨烯研究和中国石墨烯产业的健康发展有所助益。1. “战略前沿新材料——石墨烯出版工程” “十三五”国家重点出版物出版规划项目/国家出版基金丛书由石墨烯的基本性质与表征技术、石墨烯的制备技术和计量标准、石墨烯的分类应用、石墨烯的发展现状报告、石墨烯科普知识等五大部分共22分册构成，本书为11分册。2. 丛书由我国石墨烯研究领域的主要开拓者及我国石墨烯发展的重要推动者、北京大学教授、北京石墨烯研究院创院院长刘忠范院士亲自策划并担任总主编。3.全书采用80克雅质纸，彩色印刷，清晰直观地展现了石墨烯的结构、模拟及表征结果。

第 1 章 绪论 001
1.1 石墨烯光电性质概述 003
1.2 石墨烯与柔性透明导电薄膜 004
1.3 石墨烯柔性光电器件 011
1.4 石墨烯应用的技术需求 014
1.5 本书章节安排 016
第 2 章 石墨烯薄膜制备技术 017
2.1 引言 019
2.1.1 石墨烯制备方法概述 019
2.1.2 CVD 法制备石墨烯薄膜 023
2.2 CVD 法制备石墨烯成核热力学过程 027
2.2.1 碳源裂解热力学过程 027
2.2.2 石墨烯成核热力学过程 027
2.3 CVD 法制备石墨烯生长动力学 031
2.3.1 基底对石墨烯生长过程的影响 031
2.3.2 载气对石墨烯生长过程的影响 038
2.3.3 温度对石墨烯生长过程的影响 040
2.4 石墨烯层数控制 042
2.4.1 单层石墨烯制备 042
2.4.2 双层石墨烯制备 045
2.5 单晶石墨烯制备 050
2.5.1 单核石墨烯生长方法 051
2.5.2 多核石墨烯生长方法 059
2.6 低温制备石墨烯 066
2.6.1 低分解温度的碳源制备石墨烯 066
2.6.2 能量辅助低温制备石墨烯 072
2.7 非催化基底生长石墨烯 073
2.7.1 绝缘基底 金属辅助层生长石墨烯 074
2.7.2 绝缘基底上直接生长石墨烯 075
2.8 本章小结 077
第 3 章 石墨烯薄膜转移技术 079
3.1 引言 081
3.2 石墨烯薄膜基底刻蚀转移法 081
3.2.1 聚合物过渡转移法 081
3.2.2 复合结构聚合物转移法 100
3.2.3 非聚合物过渡转移法 101
3.2.4 热释放胶带法 105
3.2.5 一步式直接刻蚀转移法 106
3.3 石墨烯薄膜直接剥离转移法 111
3.3.1 电化学鼓泡剥离法 111
3.3.2 石墨烯干法直接剥离工艺 119
3.3.3 SiC 外延法石墨烯的转移 123
3.4 石墨烯薄膜的自动化转移装置 126
3.4.1 片式石墨烯薄膜转移装置 126
3.4.2 卷式石墨烯薄膜转移装置 126
3.5 本章小结 133
第 4 章 石墨烯薄膜性能调控方法 135
4.1 引言 137
4.2 石墨烯功函数调控 138
4.2.1 化学改性功函数调控 139
4.2.2 其他功函数调控方法 149
4.3 石墨烯导电性能调控 151
4.3.1 化学改性导电性能调控 152
4.3.2 石墨烯与金属纳米结构复合 159
4.3.3 石墨烯与导电高分子复合 160
4.4 石墨烯能带调控 161
4.4.1 量子限域效应 162
4.4.2 化学改性能带调控 165
4.4.3 其他能带调控方法 171
4.5 石墨烯其他性能调控 173
4.5.1 表面黏附性能 173
4.5.2 亲疏水性能 174
4.5.3 透过率 175
4.6 本章小结 177
第 5 章 石墨烯薄膜图案化工艺 179
5.1 掩模刻蚀技术实现石墨烯图案化 181
5.1.1 光学曝光技术 181
5.1.2 电子束曝光技术 185
5.1.3 纳米压印技术 190
5.1.4 新型掩模技术 192
5.2 直接切割法制备石墨烯图案 200
5.2.1 聚焦离子束刻蚀技术 200
5.2.2 激光切割加工技术 203
5.2.3 化学催化法切割技术 205
5.3 石墨烯的“自下而上”直接图案化制备 207
5.3.1 基于图案化基底原位外延石墨烯薄膜 208
5.3.2 基于种子诱导法的石墨烯图案化 211
5.3.3 基于图案化碳源的石墨烯制备 212
5.3.4 激光诱导石墨烯图案化技术 215
5.4 本章小结 217
第 6 章 石墨烯薄膜在 OLED 领域的应用 219
6.1 引言 221
6.2 OLED 的工作原理、结构和性能参数 221
6.2.1 OLED 的工作原理 221
6.2.2 OLED 的结构 222
6.2.3 OLED 的性能参数 223
6.3 石墨烯作为 OLED 阳极 225
6.3.1 石墨烯阳极的电学性能调控 225
6.3.2 石墨烯阳极的光提取方法 242
6.4 石墨烯作为 OLED 阴极 246
6.4.1 石墨烯作为底阴极 246
6.4.2 石墨烯作为顶阴极 248
6.5 石墨烯薄膜用于 OLED 封装 250
6.5.1 石墨烯薄膜的阻隔性能 250
6.5.2 传统 OLED 的封装方法 252
6.5.3 复合封装结构 253
6.5.4 层压封装技术 255
6.6 本章小结 258
第 7 章 石墨烯薄膜在太阳能电池领域的应用 259
7.1 石墨烯 硅异质结太阳能电池 261
7.1.1 石墨烯 硅基太阳能电池的结构和工作原理 262
7.1.2 石墨烯 硅基太阳能电池的优化 263
7.2 石墨烯薄膜透明电极在有机/聚合物太阳能电池中的应用 273
7.2.1 有机/聚合物太阳能电池简介 273
7.2.2 石墨烯薄膜透明电极的优化 275
7.2.3 基于石墨烯透明电极的柔性有机/聚合物太阳能电池 280
7.3 石墨烯薄膜透明电极在钙钛矿太阳能电池中的应用 284
7.3.1 钙钛矿太阳能电池的快速发展 284
7.3.2 石墨烯薄膜在钙钛矿太阳能电池中的研究 285
7.4 本章小结 289
第 8 章 石墨烯薄膜在柔性电子纸和触控器件中的应用 291
8.1 引言 293
8.2 石墨烯柔性电子纸 293
8.2.1 电子纸概念、显示原理及分类 293
8.2.2 石墨烯柔性电子纸器件结构 297
8.2.3 柔性电子纸中石墨烯透明电极的力学性能 297
8.2.4 石墨烯柔性电子纸的制备 312
8.3 石墨烯柔性触控器件 314
8.3.1 石墨烯触控器件的分类及功能原理 314
8.3.2 石墨烯薄膜批量图案化工艺 319
8.3.3 石墨烯柔性触控器件性能 321
8.4 本章小结 325
参考文献 326
索引 348

全书共八章, 依次介绍了石墨烯薄膜的生长、转移、改性、图案化技术及其应用。 本书在内容上阐明了基本概念、原理, 并介绍了较新的国内外研究进展与成果。 具体包括化学气相沉积法制备石墨烯薄膜, 石墨烯薄膜基底刻蚀转移法、 直接剥离转移法, 石墨烯的功函数、导电性能及能带的调控方法, 石墨烯的“自上而下”间接图案化制备方法与“自下而上”直接图案化制备方法, 以及石墨烯薄膜在有机发光二极管领域、太阳能电池领域、柔性触控和电子纸中的应用等。本书适用于从事石墨烯薄膜材料制备、性能调控、 应用研究, 特别是柔性光电器件领域研究工作的工程技术人员, 以及科研院所和大中专高校相关专业的学生和科研人员。

史浩飞，中科院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任。先后主持国家863项目、国家自然科学基金、重庆市科技攻关计划等科研项目10余项，发表高水平学术论文30余篇，申请国家发明专利100余项。带领团队实现了我国首片15英寸单层石墨烯，并制备出7英寸石墨烯柔性触摸屏。因在石墨烯产业化领域的开创性工作，入选科技部中青年科技创新领军人才。