專利名稱：制備碳薄膜的方法、包含碳薄膜的電子器件和電化學器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備碳薄膜的方法、包含該碳薄膜的電子器件(electronics)、以及包含該碳薄膜的電化學器件(device)。
背景技術：
通常，碳質(zhì)材料可分為金剛石、石墨、石墨烯和無定形碳。雖然金剛石由于其碳原子通過SP3鍵彼此連接而不具有導電性，但是石墨具有優(yōu)異的導電性，因為其碳原子通過 SP2鍵彼此連接。同時，由于在無定形碳中具有SP3鍵和SP2鍵兩者，無定形碳具有比石墨低的導電性。由于與金屬的導電性類似的導電性，在半導體工業(yè)中限制了石墨的使用。最近已引起關注的石墨烯具有高的導電率和高的電子遷移率，并且因此，由于其在半導體工業(yè)中的許多應用，已經(jīng)對石墨烯進行了多種研究。具有導電性的碳質(zhì)材料可通過使用Scotch 膠帶從石墨分離石墨烯或通過使用納米纖維來制備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供制備成本有效的、穩(wěn)定的、大面積且二維的碳薄膜的方法。本發(fā)明還提供包括通過使用所述制備碳薄膜的方法制備的碳薄膜的電子器件和電化學器件。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供制備碳薄膜的方法，所述方法包括通過使用涂覆工藝在基底上形成聚合物層；在所述聚合物層上形成保護層；和對所述基底進行熱處理以在所述基底上形成碳薄膜。所述基底可包括硅、氧化硅、金屬箔、不銹鋼、金屬氧化物、高序熱解石墨(HOPG)、 六方氮化硼(h-BN)、C-面藍寶石晶片、硫化鋅(ZnS)、聚合物基底、或上述的至少兩種的組合。所述基底還可為任何具有結晶結構的基底。例如，所述基底可包括M箔、Cu箔、Pd箔、 MgO、ZnS、c-面藍寶石、h-BN 等。所述聚合物層的聚合物可包括包含碳和氫、具有600 0C或更低的熱分解溫度、并且包含非共軛主鏈的絕緣聚合物。例如，所述聚合物層的聚合物可包括選自如下的至少一種以下式1表示的重復單元、以下式2表示的重復單元和以下式3表示的重復單元。式1式 權利要求
1.制備碳薄膜的方法，該方法包括 通過使用涂覆工藝在基底上形成聚合物層； 在所述聚合物層上形成保護層；和對所述基底進行熱處理以在所述基底上形成碳薄膜。
2.權利要求1的方法，其中所述基底包括硅、氧化硅、金屬箔、不銹鋼、金屬氧化物、高序熱解石墨(HOPG)、六方氮化硼(h-BN)、c-面藍寶石晶片、硫化鋅(ZnS)、聚合物基底、或上述的至少兩種的組合。
3.權利要求1的方法，其中所述聚合物層的聚合物包括包含碳和氫、具有600°C或更低的熱分解溫度、并且包含非共軛主鏈的絕緣聚合物。
4.權利要求1的方法，其中所述聚合物層的聚合物包括選自以下式1表示的重復單元、 以下式2表示的重復單元、以及以下式3表示的重復單元的至少一種
5.權利要求3的方法，其中所述聚合物包括式1表示的重復單元，其中Y1是N。
6.權利要求3的方法，其中所述聚合物包括式2表示的重復單元，其中Y2是0。
7.權利要求3的方法，其中所述聚合物包括式3表示的重復單元，其中A1是取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基，或者取代或未取代的吡啶基。
8.權利要求1的方法，其中形成所述聚合物層包括通過使用涂覆工藝將包括聚合物和溶劑的第一混合物或者包括聚合物前體和溶劑的第二混合物提供至所述基底。
9.權利要求1的方法，其中所述保護層包括具有800°C或更高熔點的材料。
10.權利要求1的方法，其中所述保護層包括選自金屬、金屬氧化物、陶瓷、半導體氧化物、和半導體氮化物的至少一種。
11.權利要求1的方法，其中所述保護層包括選自如下的至少一種銅(Cu)、鎳(Ni)、 鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鉬(Mo)、氧化銅、氧化鎳、氧化鈀、氧化鋁、氧化鉬、氮化鎵 (GaN)、氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、和前述的至少兩種的組合。
12.權利要求1的方法，其中所述熱處理在其中使所述聚合物層中包含的聚合物碳化的條件下進行。
13.權利要求1的方法，其中所述熱處理在惰性或真空氣氛中在所述聚合物層中包含的聚合物的熱分解溫度到2500°C的范圍內(nèi)的溫度下進行30秒-5天。
14.權利要求1的方法，進一步包括選自如下的至少一個步驟在進行所述熱處理之前使用預定圖案對所述保護層和所述聚合物層進行圖案化，和在進行所述熱處理之后使用預定圖案對所述碳薄膜進行圖案化。
15.權利要求1的方法，其中所述碳薄膜選自石墨片、石墨烯片和無定形碳片。
16.權利要求1的方法，進一步包括在形成所述聚合物層之前在所述基底上形成催化劑層。
17.權利要求14的方法，其中所述催化劑層包括鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、金(Au)、鋁 (Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鉬(Mo)、銠(Rh)、硅(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈾(U)、 釩(V)、鋯(&)、或上述的至少兩種的組合。
18.權利要求1的方法，進一步包括在形成所述保護層之前通過預先熱處理所述聚合物層使所述聚合物層穩(wěn)定化。
19.權利要求1的方法，進一步包括在形成所述碳薄膜之后除去所述保護層。
20.權利要求6的方法，進一步包括在形成所述碳薄膜之后除去所述催化劑層。
21.權利要求1的方法，進一步包括將制備的碳薄膜轉(zhuǎn)移至另一基底。
22.包含通過使用根據(jù)權利要求1的方法制備的碳薄膜的電子器件。
23.權利要求22的電子器件，其中所述電子器件是無機發(fā)光二極管、有機發(fā)光二極管(OLEDs)、無機太陽能電池、有機光伏二極管(OPVs)、或無機薄膜晶體管、存儲器、電化學 /生物傳感器、RF器件、整流器、互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件、或有機薄膜晶體管 (OTFT)。
24.電化學器件，包含通過使用根據(jù)權利要求1的方法制備的碳薄膜。
25.權利要求24的電化學器件，其中所述電化學器件是鋰電池或燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備碳薄膜的方法，和包含該碳薄膜的電子器件和電化學器件。
文檔編號B05D5/12GK102515135SQ20111030922
公開日2012年6月27日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月22日
發(fā)明者卞善禎, 崔喜哲, 李泰雨 申請人:浦項工科大學校產(chǎn)學協(xié)力團