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我院陈珂教授团队在Nano Energy上发表关于单晶石墨烯基柔性透明电极的最新成果

发布日期: 2020-07-06

近期,物理与电子学院顾玉宗课题组陈珂教授研究团队在石墨烯研究领域取得新进展,相关成果以“Superstable copper nanowire network electrodes by single-crystal graphene covering and their applications in flexible nanogenerator and light-emitting diode”为题在国际著名刊物Nano Energy(2020,71, 104638;IF=16.602)上发表。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104638

开发低成本、高稳定性的柔性透明电极对智能可穿戴设备、人机交互系统等新兴技术的发展具有重要的现实意义。铜纳米线具备几乎与银相当的导电性却有着更高的成本效益,在柔性电子产品、大尺寸触摸屏显示器和摩擦电能量采集器等领域具有广阔的应用前景。然而,铜极易氧化的问题导致其电导率显著降低,严重影响了铜纳米线在透明电极领域的实际应用。如何防止铜纳米线网格氧化又不牺牲其透光度,成为亟待解决的核心关键问题。

                               图1  单晶石墨烯/铜纳米线柔性透明电极的设计与制备

本工作发展了一种单晶石墨烯防护铜纳米线柔性透明电极的层层堆叠组装方法(图1)。首先利用化学气相沉积法在经工业铜箔退火得到的Cu(111)单晶衬底表面生长出约10英寸单晶石墨烯薄膜,然后制备了三明治结构单晶石墨烯/铜纳米线网格/光固化树脂(SCG/CuNW/UVR)复合薄膜,并实现了与商用ITO相当的光电性能和高机械强度。单晶石墨烯具有优异的导电性和高不可渗透性,能够有效阻止外环境中水、氧分子向石墨烯/铜界面的渗透(图2),从而避免了因原电池反应而导致铜加速腐蚀的问题,显著增强了铜电极的抗氧化稳定性和抗酸腐蚀耐久性。同时,所采用的层层组装制备工艺既克服了石墨烯转移工艺中常见的薄膜褶皱、污损等问题,又降低了铜纳米线网络的表面粗糙度进而获得超光滑的电极表面。在此基础上,基于SCG/CuNW/UVR透明电极成功构筑了柔性摩擦纳米发电机和量子点光发光二极管等器件。上述研究为大面积单晶石墨烯薄膜的工业化应用,以及高性能柔性电子器件的规模化制造提供了新思路。

                               图2  单晶石墨烯/铜纳米线柔性透明电极的金属防腐机理

河南大学王建伟硕士、王书杰副教授和北京大学张智宏博士后为论文的共同第一作者,陈珂教授和北京大学刘开辉研究员为共同通讯作者。河南大学物理与电子学院为第一署名单位,合作单位有北京大学物理学院和河南大学特种功能材料实验室。本工作得到了国家自然科学基金、教育厅基础研究重点专项、河南省中原千人计划、河南大学青年英才计划等项目的支持。