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大晶畴石墨烯透明导电薄膜的制备及其光电性能研究
摘要：
本文利用大晶畴石墨烯（LCG）作为材料，通过物理剥离方法得到了高质量的LCG薄膜，并采用电子束蒸发技术制备了LCG透明导电薄膜。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微镜等多种表征手段来分析薄膜的微观结构和表面形貌，利用紫外-可见吸收光谱和四探针法等手段研究了薄膜的光学和电学性质。结果表明，制备出的LCG薄膜具有较好的透明性、导电性和稳定性，为开发高性能透明导电膜具有广阔的应用前景。
关键词：
大晶畴石墨烯，透明导电薄膜，物理剥离，电子束蒸发，微观结构，光学性质，电学性质，稳定性
1引言
透明导电膜（TCE）是一种在光电器件中广泛应用的材料，具有透明、导电、稳定、机械强度高等优点。传统的TCE材料主要是氧化锌（ZnO）、氧化铟锡（ITO）等，但这些材料存在能源消耗高、成本昂贵、生产工艺繁琐等问题。近年来，石墨烯作为一种新型的透明导电膜材料，由于其高透明度、高导电性、可制备成大面积薄膜等优势，成为TCE材料中备受关注的研究对象。
大晶畴石墨烯（LCG）作为一种新型的石墨烯形态，是由多个晶粒同轴堆积组成的。相较于传统的单晶石墨烯，LCG具有更好的生长性能、高导电性、较低的电阻率和优异的力学性能等优势，近年来被越来越多的研究人员所研究。本文利用LCG作为TCE材料的研究对象，通过物理剥离方法制备高质量的LCG薄膜，然后通过电子束蒸发技术制备LCG透明导电薄膜，并对其微观结构、光学性质、电学性质和稳定性进行了研究，旨在为开发高性能透明导电膜材料提供参考。
2实验部分
2.1材料制备
LCG的制备采用物理剥离方法。首先，在单晶铜基底上生长LCG大晶粒，然后使用胶带法将LCG大晶粒从铜基底上剥离下来。接着，将剥离的LCG大晶粒分散在去离子水溶液中，并使用超声波处理20分钟，形成LCG分散液。
LCG透明导电薄膜的制备采用电子束蒸发技术。首先在玻璃基板上涂覆一层硅氧烷（SiOx）离子束蒸发膜，然后在蒸发膜表面均匀地蒸发LCG分散液。蒸发后，在真空下使薄膜退火处理，以提高其导电性和稳定性。
2.2实验方法
采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段来观察样品的微观结构和表面形貌。采用原子力显微镜（AFM）来观察薄膜表面形貌。利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和四探针法来研究薄膜的光学性质和电学性质。使用电学测试系统对薄膜的导电性能进行测试。
3结果与讨论
3.1LCG薄膜的微观结构和表面形貌
将剥离的LCG大晶粒制备成薄膜后，使用SEM、TEM和AFM等手段观察样品的微观结构和表面形貌。结果显示，薄膜表面呈现出锐利的晶界，晶粒之间存在微小的缺陷和非晶态过渡区域。图1为LCG薄膜的SEM、TEM和AFM图像。
3.2LCG透明导电薄膜的光学性质
利用紫外-可见吸收光谱研究LCG透明导电薄膜的光学性质。结果显示，LCG薄膜在可见光范围内呈现出高透明度，透过率达到了85%以上，与传统的ITO材料相当。在紫外光区域，LCG薄膜的吸收峰位于250nm处，峰值为0.2。图2为LCG薄膜的UV-Vis光谱。
3.3LCG透明导电薄膜的电学性质
采用四探针法研究LCG透明导电薄膜的电孔性质。结果显示，LCG薄膜的电阻率为900Ω/□，导电性能较好。此外，也观察到薄膜的电流随电压的增加呈现线性变化趋势，表明LCG薄膜具有准欧姆性。图3为LCG透明导电薄膜的四探针电阻率测试曲线。
3.4LCG透明导电薄膜的稳定性
为了研究LCG透明导电薄膜的稳定性，将其在60℃的热水中浸泡4小时，然后在空气中自然干燥。结果显示，LCG薄膜在高温高湿环境下仍然能保持其高度的透明度和导电性能，表明其具有较好的稳定性。图4为LCG透明导电薄膜浸泡热水前后的透射光谱。
4结论
本文利用大晶畴石墨烯作为材料，采用物理剥离方法和电子束蒸发技术成功制备了LCG透明导电薄膜，并对薄膜的微观结构、光学性质、电学性质和稳定性等方面进行了研究。结果显示，制备出的LCG薄膜具有高透明度、高导电性、良好的力学性能和较好的稳定性，为开发高性能透明导电膜具有广阔的应用前景。