專利名稱：導(dǎo)電材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施方案通常涉及導(dǎo)電材料及使用該導(dǎo)電材料的電氣元件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已經(jīng)開發(fā)了使用諸如碳纖維、碳納米管或石墨烯的碳材料得到的導(dǎo)電材料，以及使用所述導(dǎo)電材料得到的諸如光電轉(zhuǎn)換裝置的電氣裝置，例如液晶顯示器、太陽能電池、有機(jī)EL裝置或光學(xué)傳感器。在使用碳材料得到導(dǎo)電材料的情況下，可以不使用稀有金屬等或者稀有金屬的用量可以明顯減少。已經(jīng)注意到了所述導(dǎo)電材料，因?yàn)槠淙犴g性(flexibility)高、機(jī)械強(qiáng)度大且在化學(xué)上穩(wěn)定。然而，盡管使用碳材料得到的導(dǎo)電材料具有相對(duì)較高的導(dǎo)電性，導(dǎo)電時(shí)分子之間的電阻卻高。在所述導(dǎo)電材料用作面積大的透明電極的情況下，與氧化銦錫(ITO)薄膜相比，在相同的光透射下的電阻變得更高。在所述導(dǎo)電材料用作長(zhǎng)距離電線等的情況下，與諸如銅(Cu)的金屬導(dǎo)電材料相比，其電阻也是更高。相應(yīng) 地，碳材料可與金屬或半導(dǎo)體顆?；蚓€復(fù)合，以改善導(dǎo)電性。諸如液晶顯示器、太陽能電池、有機(jī)EL裝置的電氣裝置有兩個(gè)電極和一個(gè)夾在其間的功能層。作為透明電極，通常使用氧化銦錫(ITO)薄膜。作為諸如太陽能電池或有機(jī)EL裝置的光電轉(zhuǎn)換裝置的負(fù)極，可使用鋁(Al)，其功函數(shù)小，或者使用鎂(Mg)合金，其功函數(shù)比鋁更小。已公開了一種光電轉(zhuǎn)換裝置，所述光電轉(zhuǎn)換裝置使用ITO薄膜作為負(fù)極，并使用功函數(shù)大的金屬作為正極。作為不使用銦(In)所得到的成本不高、穩(wěn)定、且柔韌的透明電極，所述銦(In)為用于ITO薄膜的稀有金屬，具有未取代的石墨烯結(jié)構(gòu)的碳納米管或平面石墨烯薄膜已得到了研究。


圖1所不為第一和第三實(shí)施方案的導(dǎo)電材料的不意圖；圖2所示為第二實(shí)施方案的導(dǎo)電材料的示意圖；圖3所示為第四實(shí)施方案的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意圖；圖4所示為第五實(shí)施方案的太陽能電池裝置的示意圖；圖5所示為第六實(shí)施方案有機(jī)EL裝置的示意圖；圖6所示為第七實(shí)施方案的液晶顯示器的示意圖；圖7所示為第八實(shí)施方案的光控裝置的示意圖；以及
圖8所示為實(shí)施例11的太陽能電池裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式通常，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，導(dǎo)電材料包括碳材料和與所述碳材料混合和/或?qū)雍系慕饘俨牧?。碳材料的至少一個(gè)維度為200nm或更小。碳材料包括選自單層石墨烯和多層石墨烯的石墨烯，構(gòu)成石墨烯的一部分碳原子被氮原子取代。金屬材料包括金屬顆粒和金屬線的至少之一。在下文中，使用附圖對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行說明。當(dāng)碳材料用于導(dǎo)電材料時(shí)，可得到相對(duì)較高的導(dǎo)電性。然而，分子之間導(dǎo)電時(shí)的電阻大。因此，基于碳材料與金屬或半導(dǎo)體的顆?；蚓€的復(fù)合，已對(duì)導(dǎo)電性的改善進(jìn)行了開發(fā)。然而，即使在復(fù)合的情況下，由于碳材料與金屬材料的結(jié)合阻力，還是不能得到導(dǎo)電性的明顯改善。為了降低結(jié)合阻力，要求有大的機(jī)械力，如高溫處理或壓制。當(dāng)碳材料與金屬材料結(jié)合不充分時(shí)，有形成內(nèi)電池及容易引起金屬材料腐蝕的問題。在碳材料作為單個(gè)體時(shí)，容易形成捕集電荷的結(jié)構(gòu)，作為導(dǎo)電材料這并非優(yōu)選。在使用碳材料作為導(dǎo)電材料用于電極得到的電氣裝置中，驅(qū)動(dòng)電壓提高了，原因在于電阻高并且容易捕集電荷。進(jìn)一步，裝置的操作變得不穩(wěn)定或者壽命變短。為了解決傳統(tǒng)問題，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了導(dǎo)電性穩(wěn)定且高的導(dǎo)電材料，以及使用該導(dǎo)電材料的電氣元件。(第一實(shí)施方案)圖1所示為本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料10實(shí)例的示意圖。所述碳材料選自單層石墨烯11和多層石墨烯12。碳材料的至少一個(gè)維度為200nm或更小。在單層石墨烯11和多層石墨烯12中，一些碳原子至少被氮原子(N)取代。金屬納米線13作為金屬線被層合。作為碳材料，優(yōu)選石墨烯為薄膜形狀，其也可以有曲面。本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指，當(dāng)碳材料為薄膜形狀時(shí)，厚度和平面部分的最短寬度的至少之一為200nm或更小。當(dāng)碳材料不是薄膜形狀，例如，而是曲面形狀時(shí)，本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指曲率直徑或者長(zhǎng)度為200nm或更小。在本實(shí)施方案中，單層石墨烯11的至少一個(gè)維度為200nm或更小。在石墨烯的石墨烯骨架中，一部分碳原子被氮原子取代。所述氮原子劃分成季氮、吡啶氮、吡咯/吡啶酮氮、和與氧結(jié)合的氮。多層石墨烯12由多個(gè)層的單層石墨烯12 (例如兩層)形成。因?yàn)槭褂昧酥辽僖粋€(gè)維度為200nm或更小的納米碳材料，可以形成與金屬材料混合和/或?qū)雍系脑S多結(jié)合。至少一個(gè)維度優(yōu)選為IOOnm或更小,更優(yōu)選50nm或更小。取代石墨烯骨架的一部分碳原子的氮原子具有與金屬材料配位的能力，因此加強(qiáng)了與金屬材料的結(jié)合。此外，容易引起電子轉(zhuǎn)移。碳材料與金屬材料之間的界面電阻降低。進(jìn)一步，其可以保護(hù)容易氧化或硫化的金屬材料。在本實(shí)施方案中，在用Is電子 的氮原子的X-射線光電能譜方法(XPS)中，優(yōu)選401. 2eV處的強(qiáng)度(I4ol2)大于398. 5eV處的強(qiáng)度(I398.5)。對(duì)應(yīng)于401. 2eV處強(qiáng)度的氮原子為季氮原子，季氮原子為石墨烯骨架提供電子。因?yàn)樵黾恿溯d流子的數(shù)量，因此提高了導(dǎo)電率。另一方面，對(duì)應(yīng)于398. 5eV處的強(qiáng)度的氮原子為吡啶氮原子。吡啶氮原子有接受電子的特性，這具有抑制季氮原子的效果，并可起到電子陷阱的作用。然而，吡啶氮原子與金屬有良好的結(jié)合性能，并對(duì)降低接觸勢(shì)壘(barrier)有效。相應(yīng)地，(I398.5/I4CI1.2)的比例優(yōu)選 1/1. Γ /50氮原子與碳原子的比例(N/C)優(yōu)選為1/5 1/1000，更優(yōu)選l/l(Tl/200。當(dāng)?shù)拥牧窟^少時(shí)，不能充分獲得電子效應(yīng)。相反，當(dāng)?shù)拥牧窟^大時(shí)，增加了石墨烯骨架結(jié)構(gòu)的無序，導(dǎo)致導(dǎo)電率降低。在本實(shí)施方案中，在XPS中，530eV附近Ols的氧原子峰強(qiáng)度(Iq1s)與285eV附近ClS的碳原子峰強(qiáng)度(Ias)之比優(yōu)選1/10或更低。當(dāng)峰強(qiáng)度之比(IQls/Ias)大于1/10時(shí)，由于氧原子接受電子的特性，會(huì)俘獲電子，從而導(dǎo)致導(dǎo)電率降低。更優(yōu)選峰強(qiáng)度之比(Iws/Ids)為l/5(Tl/300。當(dāng)峰強(qiáng)度比太小時(shí)，對(duì)外部氧會(huì)變得不穩(wěn)定。從產(chǎn)物來測(cè)量，通過暴露目標(biāo)導(dǎo)電材料的電極的表面，可實(shí)現(xiàn)通過XPS的測(cè)量。由于石墨烯對(duì)多種溶劑(例如，甲醇)穩(wěn)定，用溶劑清洗可以除去吸附在表面上的雜質(zhì)。當(dāng)氧分子和水分子被吸附時(shí)，氧原子的峰強(qiáng)度是不同的。因此，將樣品置于真空中200°C下一天或多天，隨后再用XPS測(cè)量。循環(huán)伏安圖可以測(cè)量是否俘獲了電子。將少至約50 μ g的導(dǎo)電材料涂敷到玻璃碳電極上。將溴化四丁基銨作為電解質(zhì)溶解在含2:1比例的乙腈和水的混合溶劑中。銀/氯化銀電極用作參比電極，并在-1.25V +0. 6V重復(fù)掃描電位。當(dāng)電子被俘獲時(shí)，自然電極電位大大移動(dòng)到負(fù)的一側(cè)。相應(yīng)地，可以通過測(cè)量自然電極電位的變化進(jìn)行辨別。當(dāng)線的量較大時(shí)，用CHN分析儀等利用燃燒法通過元素分析可以測(cè)得碳原子和氧原子或氮原子的比例。當(dāng)由于薄膜形狀且量少而不能進(jìn)行元素分析時(shí)，可以通過XPS測(cè)量比例。由于信號(hào)靈敏度依裝 置而變化，各元素的信號(hào)強(qiáng)度可以使用組成已知的材料作為參比物質(zhì)來進(jìn)行調(diào)整。例如，組成比例為C3N4的氮化碳可以用作C/N標(biāo)準(zhǔn)物。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選將電子注入材料與導(dǎo)電材料混合和/或?qū)雍?。電子注入材料提高載流子的數(shù)量，因此導(dǎo)電性進(jìn)一步提高。當(dāng)電子注入材料用作例如太陽能電池或有機(jī)EL裝置的陰極材料時(shí)，可以提高電子注入性能。電子注入材料的可用實(shí)例包括堿金屬或堿土金屬的鹽，例如LiF、CaF2, CsF、Cs2CO3> Cs1、ZnO和TiO2 ；n型氧化物半導(dǎo)體；多個(gè)吸電子基團(tuán)取代的η電子體系的低聚物或聚合物。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選一部分碳原子進(jìn)一步被選自氧原子、硼原子、磷原子、及砷原子的至少一種取代。不僅用氮原子、還用這些原子取代時(shí)，功函數(shù)、帶隙、親水性、和疏水性也可以嚴(yán)密控制。在供應(yīng)使用所述導(dǎo)電材料的各種電氣裝置中，性能和生產(chǎn)過程可以嚴(yán)密控制。在本實(shí)施方案中，單層石墨烯11和構(gòu)成多層石墨烯12的單層石墨烯優(yōu)選為平面的。這是因?yàn)槠矫娼Y(jié)構(gòu)比諸如碳納米管的含曲面結(jié)構(gòu)與金屬材料的結(jié)合更容易。應(yīng)當(dāng)注意，本實(shí)施方案的石墨稀可以是平面石墨稀和含曲面石墨稀的混合物或置層。隨著石墨烯層的數(shù)量增加，導(dǎo)電性提高。然而，光學(xué)透明度降低。當(dāng)所述導(dǎo)電材料用作透明電極時(shí)，層數(shù)量?jī)?yōu)選10層或更少，更優(yōu)選5層或更少。優(yōu)選550nm波長(zhǎng)時(shí)的透光率為60%或更高。使用不要求透明度的導(dǎo)電材料時(shí)，所述厚度優(yōu)選IOOnm或更小。從與金屬材料結(jié)合的角度來看，所述厚度優(yōu)選l(T50nm。在碳納米管的情況下，可以使用高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)測(cè)量石墨烯的層的數(shù)量?？梢允褂肨EM通過截面觀察，測(cè)量平面石墨烯的層的數(shù)量。在本實(shí)施方案中，金屬顆粒和線的可用實(shí)例包括銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)或其合金。也可以使用金屬碳納米管。尤其是，最優(yōu)選Ag，因?yàn)槠鋵?dǎo)電率高，穩(wěn)定，容易產(chǎn)生納米粒子，可以水分散液生成電極，并且等離子體激元(plasmon)效果高。進(jìn)一步，當(dāng)少量鈕(Pd)加入到Ag形成合金時(shí),合金化的Ag在腐蝕環(huán)境中變得穩(wěn)定，例如在空氣中含硫(S)成分等時(shí)，因此其更優(yōu)選。因?yàn)殇X不貴，導(dǎo)電率高，并且輕，可以尤其優(yōu)選應(yīng)用于電線。因?yàn)锳u最穩(wěn)定，優(yōu)選應(yīng)用于導(dǎo)電材料，例如尤其要求可靠性的半導(dǎo)體。因?yàn)殂~導(dǎo)電率高且遠(yuǎn)比Ag便宜，所以優(yōu)選將其應(yīng)用于線材或線。W優(yōu)選應(yīng)用于暴露于高溫或高電壓的導(dǎo)電材料。因?yàn)镸o有良好的結(jié)合狀態(tài)，優(yōu)選將其應(yīng)用于用于CIGS太陽能電池的電極。在本實(shí)施方案中，可以包括后面描述的金屬線和金屬顆粒兩種。金屬顆粒容易與線聚集。顆粒起粘結(jié)材料的作用，因此金屬線可以相互結(jié)合(bonding)。作為導(dǎo)電材料其電阻降低。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬線。所述金屬線優(yōu)選為薄膜形狀的，也可以有曲面。本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指當(dāng)金屬線為薄膜形狀時(shí)，其厚度和平面部分的最短寬度的至少之一為200nm或更小。當(dāng)金屬線不是薄膜形狀，例如而是曲面形狀時(shí)，本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指曲率直徑或者長(zhǎng)度為200nm或更小。金屬線的尺寸接近于碳材料的尺寸，這可使金屬線容易與碳材料復(fù)合。因此，結(jié)合變得更出色。所述線的至少一個(gè)維度更優(yōu)選為2(Tl50nm，還更優(yōu)選6(Tl20nm。金屬線的平均長(zhǎng)度優(yōu)選flOOnm。線的平均長(zhǎng)度太短時(shí)，線纏結(jié)的數(shù)量更少，電阻會(huì)變高。相反，平均長(zhǎng)度太長(zhǎng)時(shí)，生產(chǎn)電極時(shí)在溶劑中的分散會(huì)變得不穩(wěn)定。金屬線的平均長(zhǎng)度優(yōu)選5 50μπι。可以通過以下制備方法，舉例來說，來制備其中碳原子至少部分被氮原子取代的實(shí)施方案中的單層和多層石墨烯。制備單層石墨烯的方法的實(shí)例如下。首先，通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)方法， 在作為基礎(chǔ)催化劑層的Cu箔上形成碳原子被氮原子部分取代的單層石墨烯。在CVD方法中，使用含有氨氣、甲烷、氫氣、和氬氣的混合反應(yīng)氣。隨后，在含氨氣和氬氣的混合流中對(duì)單層石墨烯進(jìn)行加熱處理，以使氮原子進(jìn)一步摻雜到單層石墨烯中。然后在氬氣流中冷卻，單層石墨烯在Cu箔上形成。優(yōu)選通過激光輻照加熱處理，對(duì)Cu箔表面預(yù)先進(jìn)行退火，以增加晶粒的大小。隨后，將得到的單層石墨烯壓力結(jié)合(pressure-bonded)到熱轉(zhuǎn)移薄膜上。將Cu箔溶解,并且單層石墨烯轉(zhuǎn)移到移轉(zhuǎn)薄膜上。將Cu箔浸泡在氨堿氯化銅(II)蝕刻劑、氯化鐵溶液中、或用于溶解Cu的酸中，以溶解Cu箔。通過從熱轉(zhuǎn)移薄膜轉(zhuǎn)移到諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜的基底或玻璃基底上，可以制備單層石墨烯。
重復(fù)進(jìn)行制備單層石墨烯方法中在Cu箔上形成單層石墨烯方法中的相同操作，并且對(duì)其進(jìn)行層合，可以制備多層石墨烯?；蛘撸墒褂肗i薄膜代替Cu箔，將其加熱并快速冷卻，以制備多層石墨烯。制備多層石墨烯時(shí)使用Ni箔的原因是，在高溫下碳原子在Ni中比在Cu中能更好溶解，因此通過快速冷卻箔片，更多的碳原子可沉淀在Ni表面上。此外，使用Cu箔時(shí)，可以在CVD方法條件下一次性制得多層石墨烯。制備碳原子被至少是氮原子部分取代的石墨烯時(shí)，可以使用諸如吡啶、甲胺、乙二胺和脲的低分子量氮化合物代替氨氣，作為用于CVD方法的原料?？梢允褂靡蚁⒁胰?、甲醇、乙醇等代替甲烷。進(jìn)一步，可以形成石墨烯的方法包括在含氨氣、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣氛中將微波作用在Cu箔上以產(chǎn)生等離子體，以此代替熱CVD方法。作為另一種制備方法，列出了以下制備方法。將氧化的石墨烯的分散液旋涂在石英玻璃或金屬箔(例如Cu箔)上，產(chǎn)生薄膜。然后，在含氨氣、氫氣和氬氣的混合氣氛中對(duì)薄膜進(jìn)行加熱處理和氮取代，隨后移轉(zhuǎn)得到的薄膜，制得石墨烯?；蛘?，用肼對(duì)氧化的石墨烯薄膜進(jìn)行處理和/或加熱，隨后移轉(zhuǎn)得到的薄膜，制得石墨烯。或者，對(duì)未取代的石墨烯薄膜在氮等離子中進(jìn)行處理，制備石墨烯。進(jìn)一步，將聚合的含氮化合物，如聚丙烯腈或聚酰亞胺涂敷到石英玻璃或金屬上，形成薄膜。薄膜在真空或氬氣中加熱，形成石墨化的薄膜。得到的薄膜可以在另一基底上轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步，通過制備氮取代石墨烯的分散液，將其涂敷，并經(jīng)過濾器過濾，可以制得石墨烯薄膜?？赏ㄟ^CVD方法制備碳納米管，所述碳納米管為圓柱形的單層石墨烯和碳原子被至少氮原子部分取代的多層石墨烯。具體地，制備碳原子被至少氮原子部分取代的CVD方法使用鐵或鎳的納米粒子作為催化劑，并使用含氨氣、甲烷、氫氣、和氬氣的混合反應(yīng)氣。隨后，納米管在含氨氣和氬氣的混合流中加熱處理，在氬氣流中冷卻，實(shí)現(xiàn)向所述納米管摻雜氮原子。作為用于CVD方法的原料，可以使用諸如吡啶、甲胺、乙二胺和脲的低分子量氮化合物代替氨氣?？梢允褂靡蚁⒁胰?、甲醇、乙醇等代替甲烷。通過使用各種還原劑還原金屬離子溶液，可以制得用在本實(shí)施方案中的金屬線。通過選擇所用還原劑、保護(hù)聚合物、和共存離子的類型，可以控制其形狀和大小。尤其是，在Ag線的情況下，優(yōu)選諸如乙二醇的多元醇用作還原劑，聚乙烯基吡咯烷酮用作保護(hù)聚合物。通過這些制備方法，可以得到納米尺度的所謂的納米線。通過混合并且/或者層合碳材料和金屬材料，可以得到本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料。例如，制備導(dǎo)電材料的方法可以包括將金屬線用涂布方法等層合到通過CVD方法得到的單
層和/或多層石墨烯，并且進(jìn)一步交替層合。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供穩(wěn)定的高導(dǎo)電率導(dǎo)電材料，以及使用該導(dǎo)電材料的電氣裝置。尤其是，因?yàn)槭褂镁€作為金屬材料，所以導(dǎo)電率高，機(jī)械強(qiáng)度也得到改善。(第二實(shí)施方案)接下來，將解釋根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的導(dǎo)電材料。應(yīng)當(dāng)注意，省略了與第一實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖2所示為本實(shí)施方案導(dǎo)電材料20實(shí)例的示意圖。
使用一個(gè)維度為200nm或更小的單層石墨烯21和多層石墨烯22所形成的碳材料。在單層石墨烯21和多層石墨烯22中，一部分碳原子被至少氮原子(N)取代。將金屬納米粒子23混合作為金屬顆粒。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬顆粒。金屬顆粒優(yōu)選為薄膜形狀，也可以有曲面。本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指當(dāng)金屬顆粒為薄膜形狀時(shí)，厚度和平面部分的最短寬度的至少之一為200nm或更小。當(dāng)金屬顆粒不是薄膜形狀例如是曲面形狀時(shí)，本說明書中所用術(shù)語“至少一個(gè)維度為200nm或更小”是指曲率直徑和長(zhǎng)度為200nm或更小。金屬顆粒的大小接近于碳材料的，這樣金屬顆粒容易與碳材料復(fù)合。因此，結(jié)合變得更為出色。金屬顆粒的至少一個(gè)維度更優(yōu)選為flOOnm，還更優(yōu)選:T50nm。金屬顆粒的粒徑優(yōu)選3 50nm。當(dāng)粒徑太小時(shí),粒子變得不穩(wěn)定,且容易受氧化等的影響。相反，當(dāng)粒徑太大時(shí)，聚集顆粒變得更大，并且與碳材料的分散變得困難。在本實(shí)施方案中，可以包括金屬顆粒和金屬線兩者。金屬顆粒容易與線聚集。所述顆粒起結(jié)合材料的作用，因此金屬線可以相互結(jié)合。作為導(dǎo)電材料其電阻降低。通過使用各種還原劑還原金屬離子溶液，可以制得用在本實(shí)施方案中的金屬顆粒。通過選擇待用的還原劑、保護(hù)聚合物、和共存離子的類型，可以控制其形狀和大小。尤其是在Ag顆粒的情況下，優(yōu)選將醇或硼氫化鈉用作還原劑，將兩性的長(zhǎng)鏈烷基化合物用作保護(hù)劑。通過混合并且/或者層合碳材料與金屬材料，可以得到本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料。例如，制備導(dǎo)電材料的方法可以包括，將金屬顆粒用涂布方法等層合到通過CVD方法得到的單層和/或多層石墨烯，并進(jìn)一 步交替層合?；蛘撸瑢?dǎo)電材料的制備可以通過涂敷氧化的石墨烯和金屬顆?；蚪饘倬€的分散液，或者將其經(jīng)過濾器過濾產(chǎn)生復(fù)合材料，隨后通過還原而形成石墨烯，或者引入氮。進(jìn)一步，導(dǎo)電材料的制備可以通過涂敷氮取代的石墨烯或氮取代的碳納米管與金屬顆?；蚪饘倬€的分散液，或者將其經(jīng)過濾器過濾。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供穩(wěn)定的高導(dǎo)電率的導(dǎo)電材料，以及使用該導(dǎo)電材料的電氣裝置。尤其是因?yàn)槭褂妙w粒作為金屬材料，所以與碳材料的分散變得更容易，并可以得到均勻且穩(wěn)定的導(dǎo)電材料。(第三實(shí)施方案)接下來，將解釋根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的導(dǎo)電材料。應(yīng)當(dāng)注意，省略了與第一和第二實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖1也是顯示本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料10實(shí)例的示意圖。碳材料選自單層石墨烯11和多層石墨烯12。在單層石墨烯11和多層石墨烯12中，一些碳原子被至少氮原子(N)取代。直徑為200nm或更小的金屬納米線13作為金屬納米線層合。(第四實(shí)施方案)接下來，將解釋根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方案的電氣裝置。應(yīng)當(dāng)注意，在此省略了與第一、第二和第三實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖3所示為光電轉(zhuǎn)換裝置30實(shí)例的示意圖，所述光電轉(zhuǎn)換裝置為本實(shí)施方案的電氣裝置的實(shí)例。光電轉(zhuǎn)換裝置30含有作為功能層的光電轉(zhuǎn)換層31及電極32的對(duì)。電極32的至少之一由導(dǎo)電材料所形成，所述導(dǎo)電材料通過混合和/或?qū)雍喜贾迷诠怆娹D(zhuǎn)換層31的一個(gè)表面上的、至少一個(gè)維度為200nm或更小的碳材料及由金屬顆粒和金屬線的至少之一所形成的金屬材料制備，其中碳材料由碳原子被至少氮原子部分取代的單層和多層的石墨烯的至少之一形成。優(yōu)選使用本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料，尤其是用于電極32的負(fù)極。在該實(shí)施方案中，在用Is電子的氮原子的X-射線光電能譜方法中，401. 2eV處的強(qiáng)度大于398. 5eV處的強(qiáng)度。因此，功函數(shù)變得比未取代的石墨烯的更小。當(dāng)本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料用于電極32的負(fù)極時(shí)，其與光電轉(zhuǎn)換層31的能壘變小，從而可實(shí)現(xiàn)高效的電子交換。進(jìn)一步，本實(shí)施方案的電極32的負(fù)極優(yōu)選為透明的。這是因?yàn)椴煌该髑曳€(wěn)定并且功函數(shù)大的金屬或半導(dǎo)體等可以用作正極。在本實(shí)施方案中，電極32的負(fù)極的功函數(shù)優(yōu)選等于或小于Al的。這是因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換層與負(fù)極之間的電子交換順利進(jìn)行。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選碳原子進(jìn)一步被選自氧原子、硼原子、磷原子、及砷原子至少之一的部分取代。不僅用氮原子取代，而且用這些原子取代時(shí)，功函數(shù)、帶隙、親水性、和疏水性也可以嚴(yán)密控制。結(jié)果是，可以嚴(yán)密控制光電轉(zhuǎn)換裝置的性能和生產(chǎn)過程。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選金屬線(未顯示)形成在電極上。這可使電極的電阻進(jìn)一步降低。金屬線材料的可用實(shí)例包括Au、Cu、Ag、鈦(Ti)、W和Al。優(yōu)選使用可以通過涂布方法制得的Ag膏劑，或可以貼裝(attach)和壓力結(jié)合的金屬箔。可以將已知的材料用于本實(shí)施方案中的光電轉(zhuǎn)換層31。優(yōu)選光電轉(zhuǎn)換層至少由η型和P型材料形成，并且兩種材料均作為隔離層存在。當(dāng)η型和P型材料存在于單一的層中時(shí)，優(yōu)選它們幾乎是分離開的。這可使電荷有效分離或電荷有效注入。在太陽能電池的情況下，光電轉(zhuǎn)換層31的可用實(shí)例包括本體異質(zhì)結(jié)(bulkheterojunction)有機(jī)薄膜層、娃半導(dǎo)體、無機(jī)化合物半導(dǎo)體如InGaAs、GaAs、黃銅礦類、CdTe類、InP類和SiGe類，含量子點(diǎn)的類型和染料敏化的類型。在使用其中任何的情況下，效率高且不必使用脫水劑和脫氧劑，經(jīng)簡(jiǎn)單密封就可以減少輸出性能的劣化。在有機(jī)EL裝置的情況下，其可用的實(shí)例包括真空沉積制備的低分子薄膜、涂布方法制備的聚合薄膜、和無機(jī)化合物半導(dǎo)體。在任何這些情況下，效率高且不必使用脫水劑和脫氧劑，經(jīng)簡(jiǎn)單密封就可以減少輸出性能的劣化。在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換層31優(yōu)選包括有機(jī)薄膜。用于負(fù)極和正極的石墨烯結(jié)構(gòu)為冷凝的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，并且易于與類似用于光電轉(zhuǎn)換層的含芳環(huán)有機(jī)薄膜相互作用，這樣可以形成良好的界面。優(yōu)選本實(shí)施方案的光電轉(zhuǎn)換層31含有通過涂布方法制得的組成元件。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層31可以通過涂布方法形成時(shí)，可以承受大的面積和低的成本要求。然而，通過涂布方法難以完全消除水或氧的影響。本實(shí)施方案的負(fù)極對(duì)水或氧穩(wěn)定，所以可以減少影響。優(yōu)選在電極32的負(fù)極和光電轉(zhuǎn)換層31之間布置電子注入層(未顯示)。電子注入層用來減少?gòu)呢?fù)極向光電轉(zhuǎn)換層31的電子注入(在有機(jī)EL裝置等的情況下)、或從光電轉(zhuǎn)換層31向負(fù)極的電子注入(在太陽能電池等的情況下)的勢(shì)壘，并且有可防止空穴流動(dòng)的阻隔性能。因此，可以提高能量轉(zhuǎn)換效率。電子注入層的可用實(shí)例包括堿金屬或堿土金屬的鹽，例如LiF、CaF2、CsC03、Zn0和TiO2 ;n型氧化物半導(dǎo)體；具有多個(gè)吸電子基團(tuán)取代的π電子體系的低聚物或者聚合物，例
如氟基和氰基基團(tuán)。本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料可以用于正極，正極布置在布置負(fù)極的表面的對(duì)面上。在此情況下，優(yōu)選氮含量不高。這可有效提高功能層與金屬顆粒和/或線之間的相互作用?？梢允褂脗鹘y(tǒng)上使用的其它已知材料用于本實(shí)施方案的正極。優(yōu)選地，具有相對(duì)較大的功函數(shù)并且對(duì)水分、氧等相對(duì)較穩(wěn)定的金屬、合金或半導(dǎo)體可以用于正極。使用這些材料可以無需改善耐久性和密封性，因此可以降低成本,并具有柔韌性。優(yōu)選地，使用功函數(shù)比Al更大的材料用于正極。功函數(shù)比Al更大的材料對(duì)水分或氧更穩(wěn)定。比Al功函數(shù)更大的材料的實(shí)例包括Cu、Ag、不銹鋼(SUS304、SUS310S、高氮不銹鋼、導(dǎo)電的高耐腐蝕的薄膜覆蓋的不銹鋼等)、鋅、鈦、鎢、鑰、鉻、鎳、這些的合金、ΙΤ0、未取代的平面石墨烯、硼原子取代的平面石墨烯、未取代的碳納米管、和硼原子取代的碳納米管。尤其是，正極優(yōu)選包括未取代的單層石墨烯或多層石墨烯，或單層石墨烯，或硼原子取代的多層石墨烯。未取代石墨烯的功函數(shù)大約等于石墨的。硼原子取代的石墨烯的功函數(shù)比石墨的更大。這些的示例優(yōu)選用于所述正極。優(yōu)選地，兩種電極均包括石墨烯，以使光電轉(zhuǎn)換裝置有柔韌性。功函數(shù)的值明顯取決于表面結(jié)構(gòu)或?qū)ζ渌拥奈?。功函?shù)可以通過開爾文方法(振動(dòng)能力法)、熱電子發(fā)射、或光電發(fā)射試驗(yàn)測(cè)得的。在本實(shí)施方案中，優(yōu)選在正極與光電轉(zhuǎn)換層31之間提供空穴注入層(未顯示)。空穴注入層用來減少?gòu)恼龢O向光電轉(zhuǎn)換層31的空穴注入(有機(jī)EL裝置等)、或從光電轉(zhuǎn)換層31向正極的空穴注入(太陽能電池等)的勢(shì)壘，并有可防止電子流動(dòng)的阻隔性能。因此，可以提高能量轉(zhuǎn)換效率?？昭ㄗ⑷雽拥挠杏脤?shí)例包括P型半導(dǎo)體，例如聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)與聚(苯乙烯磺酸)(PED0T/PSS)的絡(luò)合物、氧化釩(V2O5)和氧化鑰(MoO3)。在本實(shí)施方案中，負(fù)極的石墨烯優(yōu)選用供電子的分子或原子摻雜?；蛘?，正極的石墨烯優(yōu)選用受電子的分子或原子摻雜。摻雜可改善石墨烯的導(dǎo)電率，并且有助于向用石墨烯制備的導(dǎo)電材料所形成的每個(gè)電極注入電子和注入空穴。供電子的分子的可用實(shí)例包括酞菁、二茂鐵、葉啉、TTF、苯二胺、叔胺、季銨鹽、和季膦鹽。供電子原子的可用實(shí)例包括堿金屬、堿土金屬、鋁、鋅、和鐵。尤其是，優(yōu)選負(fù)極上的供電子分子或原子在正極方向上不均勻分布。這可使電荷有效分尚和注入。將要使用的金屬的可用實(shí)例包括離子或納米粒子。受電子的分子的可用實(shí)例包括TCNQ、醌、鹵素分子、苯醌二亞胺(quinonediimine)、硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、三氯化金、和三氯化鐵。所使用的鹵素分子以原子(離子)狀態(tài)摻雜，如氯離子。尤其是，優(yōu)選正極上的受電子分子向負(fù)極方向不均勻分布。這可使電荷有效分離和注入。在本實(shí)施方案中，正極優(yōu)選為透明的。這可使負(fù)極和正極是透明的。例如，在太陽能電池中可利用經(jīng)過兩種電極的光產(chǎn)生電，而由于有機(jī)EL裝置中的透明度，可以使光發(fā)射到兩種電極。本實(shí)施方案的光電轉(zhuǎn)換裝置30尤其可有效用于窗戶等。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置用于光學(xué)傳感器時(shí)，可以層合出能測(cè)量不同波長(zhǎng)的裝置(deices)。在本實(shí)施方案中，負(fù)極、光電轉(zhuǎn)換層31、和正極優(yōu)選是密封的，并且優(yōu)選不含脫水劑或脫氧劑。這可免去用于這些脫除劑的空間和結(jié)構(gòu)材料，從而使元件更柔韌并且便宜?？梢允褂铆h(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚烯烴等密封負(fù)極、光電轉(zhuǎn)換層31、和正極。本實(shí)施方案中的電極由碳材料形成，所述碳材料的至少一個(gè)維度為200nm或更小，并且包括碳原子被至少氮原子部分取代的單層和多層石墨烯。所述電極可以與第一、第二、和第三實(shí)施方案所說明的導(dǎo)電材料的制備方法相同的方法制造。用于正極的未取代的單層和/或多層石墨烯可以通過例如以下方法制備。使用銅箔作為催化劑基礎(chǔ)層，并使用含甲烷、氫氣和氬氣的混合反應(yīng)氣，通過CVD方法首先形成單層石墨烯。然后，將單層石墨烯轉(zhuǎn)移到PET薄膜上。重復(fù)執(zhí)行相同的層合操作，可以制得多層石墨烯。在導(dǎo)電材料上形成收集電流的金屬網(wǎng)格線時(shí)，可印刷諸如Ag的導(dǎo)電膏，或者壓力結(jié)合諸如鋁箔的導(dǎo)電帶。類似地使用含二硼烷、甲烷、氫氣、和氬氣的混合反應(yīng)氣，可制得硼原子取代的石墨烯。在負(fù)極和光電轉(zhuǎn)換層31之間形成電子注入層時(shí)，在形成負(fù)極后，在負(fù)極上形成光電轉(zhuǎn)換層31之前，優(yōu)選包括形成電子注入層的步驟。在本實(shí)施方案中，在光電轉(zhuǎn)換層31和正極之間形成空穴注入層時(shí)，優(yōu)選在光電轉(zhuǎn)換層31上形成正極之前形成注入層。

在形成相應(yīng)的層(S卩，電子注入層和空穴注入層)之后，相應(yīng)的層優(yōu)選在壓力結(jié)合的同時(shí)加熱或者在壓力結(jié)合之后加熱，以在其間產(chǎn)生良好的界面結(jié)合。這可使相應(yīng)層之間的界面結(jié)合良好。在本實(shí)施方案中，第二光電轉(zhuǎn)換層(未顯示)優(yōu)選在負(fù)極上形成光電轉(zhuǎn)換層31之后形成。形成第二光電轉(zhuǎn)換層可進(jìn)一步改善效率。進(jìn)一步，其可允許不同波長(zhǎng)的光的吸收/發(fā)射。兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換層可以直接彼此接觸，或者可以通過導(dǎo)電層形成，或者可以配備緩沖層，如非常薄的絕緣層。第二光電轉(zhuǎn)換層可以包括與其它光電轉(zhuǎn)換層的相同的材料和結(jié)構(gòu)，或者可以包括不同的材料和結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，可以包括彼此粘貼(sticking)兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換層的步驟。更優(yōu)選所述層在粘貼之后進(jìn)行加熱。這可使相應(yīng)層之間的界面結(jié)合良好。應(yīng)當(dāng)注意，可以使用碳納米管代替用于負(fù)極的被氮原子部分取代的單層石墨烯和/或多層石墨烯。在此情況下，碳納米管在含氨氣的氣流中通過CVD方法制得，這樣所制備的碳納米管盡可能會(huì)大小均勻。對(duì)大小均勻的納米管進(jìn)行旋涂或者浸涂，形成透明的負(fù)極。在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換層31作為功能層可產(chǎn)生光伏電力。本實(shí)施方案導(dǎo)電材料所形成的電極優(yōu)選布置在光入射側(cè)。如已經(jīng)說明的，在本實(shí)施方案的導(dǎo)電材料中，碳材料和金屬材料混合并且/或者層合。所述碳材料至少一個(gè)維度為200nm或更小，并且由碳原子被至少氮原子部分取代的單層和多層石墨烯的至少之一所形成。金屬材料由金屬顆粒和金屬線的至少之一所形成。當(dāng)至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬材料混合到導(dǎo)電材料中時(shí)，能發(fā)生光散射。光通量(light pass)增加。當(dāng)金屬材料的材料為銀、金、招等時(shí)，在這類金屬材料中會(huì)誘發(fā)表面等離子體激元，并可改善功能層的光吸收效率，這可導(dǎo)致具有光伏電力的裝置，如太陽能電池或光學(xué)傳感器的效率改善。當(dāng)電極布置在接收光的光入射側(cè)時(shí)，在功能層吸收光之前就可產(chǎn)生這樣的效果。因此這是高效的。因?yàn)楸√紝涌梢圆迦朐诠δ軐优c金屬材料之間，因此可降低光激子(photoexciton)金屬表面的失活。優(yōu)選地，本實(shí)施方案包括作為功能層的光電轉(zhuǎn)換層31被分成顯示的像素，并且包括碳材料的導(dǎo)電材料所形成的電極32與顯示側(cè)相反。如上所述，當(dāng)至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬顆粒和/或金屬線被混合到導(dǎo)電材料中時(shí)，可以發(fā)生光散射。光散射會(huì)造成白色混濁。因此，當(dāng)包括碳材料的導(dǎo)電材料所形成的電極32布置在顯示側(cè)時(shí)，會(huì)變得有點(diǎn)難以看清顯示器。相反，在電極與顯示側(cè)相反的情況下，顯示會(huì)變亮，因?yàn)榉瓷涔饪梢杂糜谟袡C(jī)EL顯示器等。這很方便，尤其是對(duì)于具有透射可見光的電極的透明顯不器。優(yōu)選地，本實(shí)施方案包括作為功能層的光電轉(zhuǎn)換層31發(fā)射光,而導(dǎo)電材料所形成的電極32被布置在取出光一側(cè),所述導(dǎo)電材料包括本實(shí)施方案的碳和金屬材料。如上所述，當(dāng)金屬顆粒和/或金屬線混合到導(dǎo)電材料中時(shí)，能發(fā)生光散射。該構(gòu)造是優(yōu)選的，因?yàn)閷?duì)眼睛無害，并且也可優(yōu)選作為用于有機(jī)EL照明或無機(jī)LED照明的電極。根據(jù)本實(shí)施方案， 可以提供穩(wěn)定且高效的功能器件，并且作為電氣裝置可以做成透明的。以下，僅限于太陽能電池和有機(jī)EL裝置，說明第三實(shí)施方案的光電轉(zhuǎn)換裝置30。(第五實(shí)施方案)接下來，將解釋根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方案的電氣裝置的太陽能電池裝置。應(yīng)當(dāng)注意，在此省略了與第四實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖4所示為本實(shí)施方案太陽能電池裝置40實(shí)例的示意圖。太陽能電池裝置40是用作太陽能電池、將光能轉(zhuǎn)換成電的裝置。光能是光L的能量，如入射到電池上的陽光。太陽能電池裝置40包括光電轉(zhuǎn)換層41、形成在光電轉(zhuǎn)換層41的一個(gè)表面上的負(fù)極(前電極)42、和形成在光電轉(zhuǎn)換層41的負(fù)極42的相反表面上的正極(后電極)43。光電轉(zhuǎn)換層41為能將入射光L的光能轉(zhuǎn)換成電能從而產(chǎn)生電流的半導(dǎo)體層。光電轉(zhuǎn)換層41通常包括η型半導(dǎo)體層41a和p型半導(dǎo)體層41b。通常，半導(dǎo)體層41a與41b之間的界面是如圖4所示的凹凸結(jié)構(gòu)，以提高光吸收性能。電子注入層44形成在光電轉(zhuǎn)換層41與負(fù)極42之間。空穴注入層45形成在光電轉(zhuǎn)換層41與正極43之間。包括本實(shí)施方案的碳材料和金屬材料的導(dǎo)電材料用于太陽能電池元件40中的負(fù)極42和正極43的至少之一。應(yīng)當(dāng)注意，本實(shí)施方案的太陽能電池裝置(電池)也可以用作光學(xué)傳感器。金屬納米線薄膜和石墨烯薄膜在可見光和近紅外區(qū)中具有透明性，因此可提高太陽能電池的效率。使用對(duì)近紅外區(qū)敏感的光電轉(zhuǎn)換層時(shí)，其可以用作紅外傳感器。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供穩(wěn)定且高效的太陽能電池裝置，并且作為太陽能電池裝置可以做成透明的。(第六實(shí)施方案)接下來將解釋根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方案的電氣裝置的有機(jī)EL裝置。
應(yīng)當(dāng)注意，省略了與第四實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖5所示為本實(shí)施方案有機(jī)EL裝置50實(shí)例的示意圖。所述有機(jī)EL裝置50是用作發(fā)光器件、將輸入到裝置的電能轉(zhuǎn)換成光的元件。有機(jī)EL裝置50包括光電轉(zhuǎn)換層51、形成在光電轉(zhuǎn)換層51的一個(gè)表面上的負(fù)極(前電極)52、和形成在光電轉(zhuǎn)換層51的負(fù)極52的相反表面上的正極(后電極)53。光電轉(zhuǎn)換層51是有機(jī)薄膜層，能對(duì)從前電極注入的電子和從后電極注入的空穴進(jìn)行重組，從而將電能轉(zhuǎn)換成光。 光電轉(zhuǎn)換層51通常包括η型半導(dǎo)體層51a和p型半導(dǎo)體層51b。電子注入層54形成在光電轉(zhuǎn)換層51與負(fù)極52之間?？昭ㄗ⑷雽?5形成在光電轉(zhuǎn)換層51與正極53之間。包括本實(shí)施方案的碳材料和金屬材料的導(dǎo)電材料用于有機(jī)EL裝置50中的負(fù)極52和正極53的至少之一。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供穩(wěn)定且高效的有機(jī)EL裝置，并且作為有機(jī)EL裝置可以做成透明的。(第七實(shí)施方案)接下來將解釋根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方案的電氣裝置的液晶顯示器。應(yīng)當(dāng)注意，省略了與第四實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖6所示為本實(shí)施方案液晶顯示器60實(shí)例的示意圖。圖6顯示了像素的結(jié)構(gòu)。液晶顯示器60具有液晶層61、形成在顯示表面?zhèn)鹊那半姌O62、和形成在相反側(cè)的后電極63。在電極對(duì)的外面包括一對(duì)偏振板64。形成用于驅(qū)動(dòng)的濾色器65和TFT元件66。用于背光的波導(dǎo)板可以形成在后電極側(cè)。絕緣薄膜67和液晶取向薄膜68形成在各自的電極上。包括本實(shí)施方案的碳材料和金屬材料的導(dǎo)電材料用于液晶顯不器60中的前電極62和后電極63的至少之一。優(yōu)選地，本實(shí)施方案包括，諸如液晶層61的功能層被分成顯示的像素，并且包括碳和金屬材料的導(dǎo)電材料所形成的電極與顯示側(cè)相反。如已說明，當(dāng)一個(gè)維度為200nm或更小的金屬顆粒和/或線混合到導(dǎo)電材料中時(shí)，能發(fā)生光散射。光散射會(huì)造成白色混濁。因此，當(dāng)包括本實(shí)施方案碳和金屬材料的導(dǎo)電材料所形成的電極布置在顯示側(cè)時(shí)，會(huì)變得輕微難以看清顯示。然而，在后電極與顯示側(cè)相反的情況下，不會(huì)變得難以看見液晶顯示器60的顯示。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供穩(wěn)定、重量輕且柔韌的液晶顯示元件作為液晶顯示器。(第八實(shí)施方案)接下來將解釋根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方案的電氣裝置的光控裝置。應(yīng)當(dāng)注意，省略了與第四實(shí)施方案相同部分的重復(fù)說明。圖7所示為本實(shí)施方案光控裝置70實(shí)例的示意圖。光控裝置70包括光控層71、形成在顯示表面?zhèn)鹊那半姌O72、和形成在相對(duì)側(cè)的后電極73。作為光控層71，優(yōu)選使用電致變色層或聚合物分散型液晶層，這樣簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)就可以控制光。包括本實(shí)施方案的碳和金屬材料的導(dǎo)電材料用于光控裝置70中的前電極72和后電極73的至少之一。根據(jù)本實(shí)施方案，可以提供重量輕且柔韌的光控裝置作為光控裝置。以下，給出更具體實(shí)施方案的實(shí)施例。(實(shí)施例1)制備圖1所示的導(dǎo)電材料10。使用碳原子被氮原子部分取代的平面單層石墨烯11和諸如兩層石墨烯的多層石墨烯12作為碳材料。金屬納米線13作為金屬線被層合到這種碳材料。使用銅箔作為催化劑基礎(chǔ)層，通過CVD方法，可以形成碳原子被氮原子部分取代的平面單層石墨烯11。使用含氨氣甲燒氫氣気氣比例為15:60:65:200(ccm)的混合反應(yīng)氣，在KKKTC下進(jìn)行CVD 5分鐘。通過CVD方法形成的大部分石墨烯是單層石墨烯。然而，取決于條件，可以產(chǎn)生部分兩層或多層的石墨烯。將石墨烯在含氨氣和氬氣的混合流中在KKKTC下處理5分鐘，隨后在氬氣流中冷卻。通過激光輻照的熱處理對(duì)Cu箔的表面預(yù)先進(jìn)行退火，以增大晶粒。對(duì)得到的單層石墨烯作為熱轉(zhuǎn)移薄膜進(jìn)行壓力結(jié)合，并且浸泡在氨堿氯化銅(II)蝕刻劑中以溶解Cu。因此，單層石墨烯被轉(zhuǎn)移到熱轉(zhuǎn)移薄膜上。通過重復(fù)進(jìn)行相同操作，將4層單層石墨烯層合到熱轉(zhuǎn)移薄膜上。石墨烯中氮的摻雜量(N/C原子比)可以用X射線光電能譜方法(XPS)進(jìn)行估算。在所述條件下，氮原子與碳原子的比例為l/10(Tl/200。用XPS測(cè)得的碳材料中，氧原子與碳原子的比例為l/10(Tl/200。在用Is電子的氮原子的X射線光電能譜方法中，398. 5eV處的強(qiáng)度與401. 2eV處的強(qiáng)度之比(1398.5/1401.2)為1/10 1/25。用紫外光電光譜方法(UPS)在真空下測(cè)量功函數(shù)，其值等于或低于Al的值。

在制備銀納米線13中，將聚乙烯基吡咯烷酮的乙二醇溶液首先加熱至160°C，向其加入少量氯化銀，隨后加入硝酸銀，并將得到的混合物加熱10分鐘。通過多級(jí)離心分離除去得到溶液中的溶液或納米粒子，獲得銀納米線13(平均直徑為5(T60nm，且平均長(zhǎng)度為5 7 μ m)。將銀納米線以3mg/ml的濃度分散在甲醇中，制備分散液。使用涂布機(jī)將分散液涂敷到層合的四層上述石墨烯上，層合出銀納米線13的薄膜。隨后，將得到的層熱轉(zhuǎn)移到150 μ m厚的PET薄膜上，得到導(dǎo)電材料10。得到的導(dǎo)電材料的表面電阻為2(Γ30Ω/ □，并且550nm時(shí)的透光率為75 80%，因此透明度高。進(jìn)一步，所述導(dǎo)電材料在表面方向的導(dǎo)電性出色，并且柔韌且穩(wěn)定。在500次彎曲試驗(yàn)之后，沒有觀察到厚度方向的導(dǎo)電變化。(比較例I)在比較例I中，改變實(shí)施例1中的碳材料。使用沒有用氨氣時(shí)制備的未取代的石墨烯作為碳材料，代替包括碳原子被氮原子部分取代的平面多層石墨烯12的碳材料。其它構(gòu)造與實(shí)施例1的那些相同。與實(shí)施例1的情況相比，得到的導(dǎo)電材料在厚度方向的電阻增加了1. 5 2倍。通過500次彎曲試驗(yàn)證實(shí)，厚度方向的導(dǎo)電性降低，并且石墨烯薄膜與銀納米線薄膜的結(jié)合不穩(wěn)定。(實(shí)施例2)
制備圖2所示的導(dǎo)電材料20。使用一些碳原子被氮原子取代的平面單層石墨烯21和諸如兩層石墨烯的多層石墨烯22作為碳材料。將作為金屬顆粒的金屬納米粒子23與這種碳材料混合。在銀納米粒子23的制備中，使用溶劑、作為還原劑的異丁醇和油胺(作為穩(wěn)定劑)，并將硝酸銀在115°C下加熱4小時(shí)。反應(yīng)混合物用離心機(jī)分離，得到平均直徑為2(T30nm的銀納米粒子23。將銀納米粒子分散液與氧化的石墨烯分散液混合，該氧化的石墨烯分散液通過將石墨氧化并以3mg/ml的濃度分散在水中制備得到。氧化的石墨烯與銀納米粒子的質(zhì)量比設(shè)定為1:3。大部分的氧化的石墨烯為單層石墨烯，其部分包括兩層或多層結(jié)構(gòu)。使用涂布機(jī)將分散液涂敷到石英玻璃上，得到厚度為20 μπι液膜。隨后，在100°C下與水合肼蒸氣接觸，還原氧化石墨烯，引入氮原子。將得到的產(chǎn)物在氮?dú)庵屑訜嶂?00°C，得到薄膜導(dǎo)電材料。得到的導(dǎo)電材料具有高透明度，并且在厚度方向?qū)щ娦猿錾?。用XPS測(cè)得的碳材料中氮原子與碳原子的比例為1/100 1/50。用XPS測(cè)得的碳材料中氧原子與碳原子的比例為1/25 1/30。在用Is電子的氮原子的X射線光電能譜方法(XPS)中，398. 5eV處的強(qiáng)度與401. 2eV處的強(qiáng)度之比為1.1 1. 4。得到的導(dǎo)電材料具有高透明度，在厚度方向?qū)щ娦猿錾?，并且柔韌且穩(wěn)定。在500次彎曲試驗(yàn)之后，沒有觀察到厚度方向的導(dǎo)電變化。(比較例2)在比較例2中，改變實(shí)施例2中的碳材料。具體地，使用由硼氫化鈉還原的石墨烯作為碳材料，代替包括一些碳原子被氮原子取代的平面單層石墨烯21和諸如兩層石墨烯的多層石墨烯22的碳材料。其它構(gòu)造與實(shí)施例2的那些相同。與實(shí)施例2的導(dǎo)電材料的相比，得到的導(dǎo)電材料在厚度方向的電阻增加了 2 3倍。(比較例3)以實(shí)施例2中所述的相同方法制備導(dǎo)電材料，除了在比較例3中沒有使用與碳材料混合的銀納米粒子23。與實(shí)施例2的導(dǎo)電材料的相比，得到的導(dǎo)電材料在厚度方向的電阻增加了 3 4倍。(實(shí)施例3)制備圖4所示的太陽能電池元件40。在導(dǎo)電材料上通過蒸氣沉積用于收集電流的鋁線而形成負(fù)極42。獲得導(dǎo)電材料的方法包括將包括銀納米線的金屬材料層合到碳材料上，所述碳材料包括碳原子被氮原子部分取代的平面單層石墨烯，該石墨烯以與實(shí)施例1的相同方式得到。正極43是通過將未取代的平面單層石墨烯轉(zhuǎn)移到PET薄膜上得到的片。使用銅箔作為催化劑基礎(chǔ)層，并通過使用含甲烷、氫氣和氬氣的混合反應(yīng)氣的CVD方法形成未取代的單層石墨烯。在光電轉(zhuǎn)換層41 (120nm厚)的形成中，在負(fù)極42上形成TiO2納米粒子薄膜(IOnm厚)，獲得電子注入層和空穴阻隔層44。通過將(6，6’)-苯基461-丁酸甲酯(PCBM)，即η型半導(dǎo)體，涂敷到空穴阻隔層44上，形成光電轉(zhuǎn)換層41a。通過旋涂，將聚_3_己基噻吩(P3HT)，即P型聚合半導(dǎo)體，涂敷到光電轉(zhuǎn)換層41a上，形成光電轉(zhuǎn)換層41b 。此時(shí)使用1，2- 二氯苯溶劑，所述溶劑可以溶解P型和η型半導(dǎo)體兩者，以使ρ型和n型半導(dǎo)體之間的界面表面積變大。ρ型半導(dǎo)體層可以在形成η型半導(dǎo)體層表面之后涂敷，這樣可通過納米壓印等提供物理上有細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)的表面。光電轉(zhuǎn)換層41可以通過旋涂直接涂敷Ρ3ΗΤ和PCBM的混合溶液來形成。另一方面，通過旋涂涂敷聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸)(PED0T/PSS)的絡(luò)合物，在正極43上形成空穴注入層45 (50nm厚)。然后在減壓下在80°C下進(jìn)行層合壓制，以使光電轉(zhuǎn)換層41與空穴注入層45接觸，制得太陽能電池裝置40。每個(gè)層的端面用環(huán)氧樹脂密封。將抗反射膜(未顯示)貼合到其上有負(fù)極42和正極43的PET薄膜的表面。這樣得到的太陽能電池裝置40有兩個(gè)透明表面，可以有效利用兩個(gè)表面上的光。太陽能電池裝置40具有高的能量轉(zhuǎn)換效率，并且顯示出相對(duì)較低的輸出性能劣化，即使在簡(jiǎn)單密封且不含脫水劑或脫氧劑的情況下。此外，所述太陽能電池裝置40重量輕并且柔韌。(比較例4)在比較例4中，改變實(shí)施例3中的負(fù)極42。具體地，使用沒有用氨氣制得的未取代的石墨烯作為碳材料制備負(fù)極42，代替包括碳原子被氮原子部分取代的多層石墨烯的碳材料。其它構(gòu)造與實(shí)施例3的那些相同。在得到的太陽能電池裝置40中，與實(shí)施例3相比，裝置的縱向電阻增加了。能量轉(zhuǎn)換效率從三分之一降至一半。(實(shí)施例4)
制備 圖5所示的用于照明的有機(jī)EL裝置50。制備負(fù)極52的方法與實(shí)施例3中制備碳材料和金屬材料組成的導(dǎo)電材料的方法相同。正極53以與實(shí)施例3中制備正極43的方法相同的方法制備。在光電轉(zhuǎn)換層51的形成中，將LiF(1.5nm)蒸氣沉積在負(fù)極52上，形成電子注入層54。厚度為40nm的三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)蒸氣沉積在電子注入層54上，形成η型半導(dǎo)體層51a。η型半導(dǎo)體層51a起到發(fā)射層的作用。將厚度30nm 的 N，N，- 二 -1-萘基-N, N’ - 二苯基-1, I，-聯(lián)苯 _4，4’ - 二胺(NPD)(即P型有機(jī)半導(dǎo)體)蒸氣沉積在η型半導(dǎo)體層51a上，形成P型半導(dǎo)體層51b。光電轉(zhuǎn)換層51由η型半導(dǎo)體層5Ia和ρ型半導(dǎo)體層5Ib構(gòu)成。通過旋涂，將聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸酯)(PED0T/PSS)的復(fù)合物涂敷到正極53上，形成空穴注入層55 (50nm)。在減壓下在80 V下進(jìn)行層合壓制，以使光電轉(zhuǎn)換層51與空穴注入層55接觸，產(chǎn)生有機(jī)EL裝置50。每個(gè)層的端面用環(huán)氧樹脂密封。將薄膜(未顯示)貼合到其上有負(fù)極52和正極53的PET薄膜的表面。為了提高光提取效率，薄膜具有凹凸表面。這樣得到的有機(jī)EL裝置50是透明的，能夠雙面光發(fā)射，并有高的發(fā)光效率。進(jìn)一步，該有機(jī)EL元件顯示出相對(duì)較低的發(fā)射強(qiáng)度劣化速率，即使在簡(jiǎn)單密封且不含脫水劑或脫氧劑的情況下。此外，所述有機(jī)EL裝置重量輕并且柔韌。(比較例5)
在比較例5中，改變實(shí)施例4中的負(fù)極52。具體地，使用沒有用氨氣制備的未取代的石墨烯作為碳材料制備負(fù)極52，代替包括氮原子部分取代的多層石墨烯的碳材料。其它構(gòu)造與實(shí)施例4的那些相同。與實(shí)施例4比較，得到的有機(jī)EL裝置的驅(qū)動(dòng)電壓增加，因此發(fā)光效率降低了一半多。(實(shí)施例5)制備圖4所示的太陽能電池裝置40。使用片層作為負(fù)極42，所述片層通過以下方法得到將銀納米線層合到碳材料和銀納米粒子形成的金屬材料混合薄膜上，并且轉(zhuǎn)移到PET薄膜上。所用的碳材料由碳原子被氮原子部分取代的平面單層-和多層-石墨烯形成。將以與實(shí)施例2同樣方法制得的銀納米粒子分散液與氧化的石墨烯的分散液混合，所述氧化的石墨烯分散液通過將石墨氧化，并以3mg/ml的濃度分散在水中制備得到。氧化的石墨烯與銀納米粒子的質(zhì)量比設(shè)定為1:3。大部分氧化的石墨烯為單層石墨烯，其部分包括兩層或多層結(jié)構(gòu)。 使用涂布機(jī)將分散液涂敷到石英玻璃上，得到厚度為20 μ m的液膜。隨后在100°C下與水合肼蒸氣接觸而還原氧化的石墨烯，引入氮原子。將得到的產(chǎn)物在氮?dú)庵屑訜嶂?00°C，得到薄膜導(dǎo)電材料。得到的導(dǎo)電材料具有高透明度，且在厚度方向?qū)щ娦猿錾?。將銀納米線(平均直徑為ll(Tl30nm且平均長(zhǎng)度為25 30 μ m)以3mg/ml的濃度分散在甲醇中，制備分散液。使用涂布機(jī)將分散液涂敷到四層石墨烯薄膜上，獲得銀納米線薄膜。薄膜在氮?dú)饬髦懈稍颕小時(shí)，并轉(zhuǎn)移到其上含用于收集電流的鋁線的PET薄膜，形成導(dǎo)電材料。得到的導(dǎo)電材料的表面電阻為1(Γ20Ω/ □，并且550nm時(shí)的透光率為75、0%，因此可用作透明的電極薄膜42。在光電轉(zhuǎn)換層41(120nm厚)的形成中，在負(fù)極42上形成TiO2納米粒子薄膜(IOnm厚)，獲得電子注入層和空穴阻隔層44。通過將(6，6’)-苯基461-丁酸甲酯(PCBM)，即η型半導(dǎo)體，涂敷到空穴阻隔層44上，形成光電轉(zhuǎn)換層41a。通過旋涂，將聚_3_己基噻吩(P3HT)，即ρ型聚合物半導(dǎo)體涂敷到光電轉(zhuǎn)換層41a上，形成光電轉(zhuǎn)換層41b。此時(shí)使用1，2- 二氯苯溶劑，所述溶劑可以溶解P型和η型半導(dǎo)體兩者，這樣P型和η型半導(dǎo)體之間的界面表面積變大。ρ型半導(dǎo)體層可以在形成η型半導(dǎo)體層表面之后涂敷，這樣可通過納米壓印等提供物理上有細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)的表面。光電轉(zhuǎn)換層41可以通過旋涂直接涂敷Ρ3ΗΤ和PCBM的混合溶液來形成。另一方面，將MoO3真空沉積(IOnm厚)到作為正極43的不銹鋼箔(SUS304)上，形成空穴注入層45。然后，在減壓下在80°C下進(jìn)行層合壓制，這樣光電轉(zhuǎn)換層41與空穴注入層45接觸，制得太陽能電池裝置40。每個(gè)層的端面用環(huán)氧樹脂密封。將抗反射膜(未顯示)貼合到其上有負(fù)極42的PET薄膜的表面。上述方式得到的太陽能電池裝置40有高的能量轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池裝置40顯示出相對(duì)較低的輸出性能劣化，即使在簡(jiǎn)單密封且不含脫水劑或脫氧劑的情況下。此外，所述太陽能電池裝置40重量輕并且柔韌。(比較例6)在比較例6中，以與實(shí)施例5相同的方法制備太陽能電池裝置40，除了不使用包括銀納米線的金屬材料得到負(fù)極42。在得到的太陽能電池裝置40中，與實(shí)施例5相比，裝置的縱向電阻和薄層電阻均增加。能量轉(zhuǎn)換效率降低三分之一以上。(實(shí)施例6)制備圖6所示的液晶顯示器60。通過將銀納米線形成的金屬材料層合到碳材料，得到與顯示側(cè)相反的后電極63，所述碳材料由碳原子被氮原子部分取代的平面單層和多層石墨烯形成。在碳原子被氮原子部分取代的平面石墨烯的形成中，首先將聚丙烯腈薄膜澆注在石英玻璃上，并在300°C下在空氣中加熱I小時(shí)。隨后將得到的產(chǎn)物在1100°C下真空中加熱10分鐘，形成石墨化的薄膜。將得到的結(jié)構(gòu)體在水中轉(zhuǎn)移到熱轉(zhuǎn)移薄膜上。在所述條件下通過XPS測(cè)量的碳材料的氮原子與碳原子的比例為1/2(Γ7/100。用XPS測(cè)得的碳材料的氧原子與碳原子的比例為1/1(Γ1/15。在用Is電子的氮原子的X射線光電能譜方法(XPS)中，398. 5eV處的強(qiáng)度與401. 2eV處的強(qiáng)度之比為1. 25、. 8。將銀納米線(平均直徑ll(Tl30nm且平均長(zhǎng)度為25 30 μ m)以2mg/ml的濃度分散在甲醇中，以制備分散液。使用涂布機(jī)將分散液涂敷到碳原子被氮原子部分取代的單層石墨烯薄膜上，獲得銀納米線薄膜。將薄膜在氮?dú)饬髦懈稍颕小時(shí)，并轉(zhuǎn)移到其上已經(jīng)產(chǎn)生了用于收集電流的鋁線的PET薄膜。然后，在PET薄膜上制備用作絕緣薄膜67的聚酰亞胺薄膜。進(jìn)一步，將包括另一聚酰亞胺成分的液晶取向薄膜68形成在其上面。在PET基底上有未取代的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜導(dǎo)線連接到TFT元件66，并且分成作為在顯示側(cè)的前電極62的像素。使用銅箔作為催化劑基礎(chǔ)層，并使用含甲烷、氫氣和氬氣的混合反應(yīng)氣的CVD方法形成未取代的單層石墨烯薄膜。將得到的未取代石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到熱轉(zhuǎn)移薄膜上，然后轉(zhuǎn)移到基底上，在所述基底上產(chǎn)生TFT元件。得到的薄膜涂以抗蝕劑(resist)，隨后進(jìn)行圖案曝光和顯影。然后，將石墨烯薄膜通過氧等離子體圖案化，以形成像素電極。在電極上制備用作絕緣薄膜67的聚酰亞胺薄膜。進(jìn)一步，將包括另一聚酰亞胺成分的液晶取向薄膜68形成在其上面。將含前電極的基底通過間隔層(spacer)貼裝到PET薄膜上的后電極基底上。隨后，在真空下注入液晶層，并且端面用環(huán)氧樹脂密封。在外面形成一對(duì)偏振板64和濾色器65,以產(chǎn)生液晶顯不器60。這樣得到的液晶顯示器60柔韌并且重量輕。在500次彎曲試驗(yàn)之后，沒有觀察到顯示器性能的變化。(比較例7)在比較例7中，以與實(shí)施例6同樣的方法制備液晶顯示器，除了將ITO薄膜用作后電極63。在得到的液晶顯示器中，500次彎曲試驗(yàn)之后像素缺陷變得明顯，因此器件的穩(wěn)定性不如實(shí)施例6。(實(shí)施例7)制備圖7所示的光控裝置70。將電致變色層用作光控層71。以與實(shí)施例3中負(fù)極的相同方法形成后電極73。以與實(shí)施例3中正極的相同方法形成前電極72。通過RF磁控濺射，在前電極72上形成包括WO3的無定形薄膜。前電極的基底通過間隔層貼裝到后電極73的基底上。隨后，注入氯化鋰溶液并且密封進(jìn)口。以上述方式形成包括氯化鋰溶液的電解質(zhì)層和包括WO3薄膜的電致變色層71。這樣得到的光控裝置70表現(xiàn)出的透射率為7(Γ80%，為透明狀態(tài)，且既柔韌又重量輕。此外，在光控裝置70中，在500次彎曲試驗(yàn)之后，沒有觀察到顯示器性能變化。(比較例8)在比較例8中，以與實(shí)施例7同樣的方法制備光控裝置，除了將ITO薄膜用作后電極73。在得到的光控裝置中，500次彎曲試驗(yàn)之后，光控區(qū)域的部分劣化變得明顯，因此器件的穩(wěn)定性不如實(shí)施例7。(實(shí)施例8)制備圖5所示的有機(jī)EL裝置50。以與實(shí)施例4的相同方法制備，除了使用不銹鋼箔(SUS304)作為正極53，并使用MoO3真空沉積膜(IOnm)作為空穴注入層55。在得到的有機(jī)EL裝置50中，盡管損失了從正極53發(fā)出的光，卻給出了反射光。因此，正極53發(fā)出的光的量增加了。進(jìn)一步，有機(jī)EL裝置50具有高的發(fā)光效率，并顯示出相對(duì)較低的輸出性能劣化，即使在簡(jiǎn)單密封且不含脫水劑或脫氧劑的情況下，并且重量輕且柔韌。(實(shí)施例9) 使用薄的硅薄膜作為光電轉(zhuǎn)換層41，制備圖4所示的太陽能電池裝置40。使微晶(n-1-p)Si層和緩沖層(氧化物薄膜)形成在負(fù)極42上。使無定形的(p-1-n)Si層產(chǎn)生在正極43上。對(duì)緩沖層(氧化物薄膜)和微晶(n-1-p)Si層在減壓下在100°C下進(jìn)行真空層合壓制，以便與兩個(gè)層均可接觸，由此產(chǎn)生太陽能電池裝置40。其它構(gòu)造與實(shí)施例3的那些相同。得到的太陽能電池裝置40有高的能量轉(zhuǎn)換效率。即使在既不含脫水劑也不含脫氧劑的情況下，輸出功率的劣化因?yàn)橛忻芊夂?jiǎn)單而相對(duì)較低。此外，所述太陽能電池裝置40重量輕并且柔韌。(實(shí)施例10)制備圖4所示的太陽能電池裝置40。改變實(shí)施例3中的負(fù)極42。具體地，使用碳原子被氮原子部分取代的碳納米管作為碳材料，代替碳原子被氮原子部分取代的平面單層石墨烯。其它構(gòu)造與實(shí)施例3的那些相同。就碳原子被氮原子部分取代的碳納米管而言，對(duì)平均直徑20nm的未取代的多層碳納米管在氮等離子(O.1毫巴)中用磁控濺射裝置(13. 56MHz, 150W)處理30分鐘。將單層碳納米管分散在水中，并旋涂到基底上，形成負(fù)極42。在所述條件下通過XPS測(cè)得的碳材料中氮原子與碳原子的比例為1/20(Γ3/200。用XPS測(cè)得的碳材料中氧原子與碳原子的比例為l/10(Tl/200。在用Is電子的氮原子的X射線光電能譜方法(XPS)中，398. 5eV處的強(qiáng)度與401. 2eV處的強(qiáng)度之比為2/35 1/2。以上述方式得到的太陽能電池裝置40有高的能量轉(zhuǎn)換效率，并且重量輕且柔韌。(實(shí)施例11)圖8所示為透明的太陽能電池裝置的示意圖，該裝置的部分結(jié)構(gòu)不同于圖4所示的太陽能電池裝置40。圖8所示的太陽能電池裝置80中的正極81是在玻璃基底上形成的導(dǎo)電材料。具體地，使用通過以下制備的導(dǎo)電材料作為正極81 :將包括銀納米線的金屬材料層合到碳材料上，碳材料包括碳原子被氮原子部分取代的平面單層和多層石墨烯；并且形成在玻璃基底上。
為了形成正極81，將銀納米線(平均直徑為ll(Tl30nm且平均長(zhǎng)度為25 30 μ m)以3mg/ml的濃度分散在甲醇中，制備分散液。將氧化石墨得到的單層和多層氧化的石墨烯以3mg/ml的濃度分散在水中，制備分散液。使用涂布機(jī)，將含銀納米線的甲醇分散液涂敷到玻璃基底上，形成銀納米線薄膜。將氧化的石墨烯分散液旋涂到銀納米線薄膜上，形成薄膜，并將其干燥。然后，將得到的薄膜90°C下置于水合肼蒸氣中I小時(shí)，隨后在200°C下真空中加熱I小時(shí)，得到導(dǎo)電材料。該導(dǎo)電材料的表面電阻為1(Γ20Ω/ □，并且550nm時(shí)的透光率為75 80%，因此可用作透明的電極81。隨后，將以1:1:1的質(zhì)量比混合TiC14、NaCl和KCl得到的混合鹽加熱至400°C并且熔化，以制備熔鹽。將氟摻雜的氧化錫透明導(dǎo)電薄膜(負(fù)極)82與鉬電極一起浸泡在所述熔鹽中。通過向作為陰極的負(fù)極82施加ΙΟΑ/m2的電流，在負(fù)極82的表面上形成質(zhì)量減小的厚度為IOOnm的鈦金屬的薄膜。用掃描電子顯微鏡觀察金屬鈦薄膜表面時(shí)，能觀察到高度為約I μ m的枝狀結(jié)構(gòu)的聚集體。將形成在負(fù)極82表面上的鈦金屬薄膜與鉬電極一起浸泡在硼氯化物(boratechloride)溶液(O. 5mol/l)中。在負(fù)極82上施加150V電壓5分鐘。相應(yīng)地，金屬鈦被氧化，形成鈦氧化物薄膜。然后，將鈦氧化物薄膜在400°C下燒結(jié)5小時(shí)，形成η型透明半導(dǎo)體層83。用掃描電子顯微鏡觀察形成的半導(dǎo)體層83表面時(shí)，能觀察到高度為約3 μ m的枝狀結(jié)構(gòu)的聚集體。將以下化學(xué)式I所表示的染料溶解在溶劑中，制備染料溶液。將透明半導(dǎo)體層83浸泡在所述染料溶液中。通過加熱形成染料層84，將染料吸附并載負(fù)到透明的半導(dǎo)體層83上。(化學(xué)式I)
權(quán)利要求
1.導(dǎo)電材料，其特征在于該導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的碳材料，所述碳材料包括選自單層石墨烯和多層石墨烯的石墨烯，構(gòu)成石墨烯的一部分碳原子被氮原子取代；以及與所述碳材料混合和/或?qū)雍系慕饘俨牧?，所述金屬材料包括金屬顆粒和金屬線的至少之一。
2.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料在550nm波長(zhǎng)下的透射率為60%或更高。
3.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于所述金屬材料包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬顆粒。
4.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于所述金屬材料包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬線。
5.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于所述碳材料的氮與碳的原子比(N/C)為 1/5 1/1000。
6.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于在使用Is電子的氮原子的X射線光電能譜中， 代表401. 2eV處強(qiáng)度的I401.2大于代表398. 5eV處強(qiáng)度的I398.5。
7.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于該導(dǎo)電材料進(jìn)一步包括與所述導(dǎo)電材料混合和 /或?qū)雍系碾娮幼⑷氩牧稀?br> 8.權(quán)利要求7的導(dǎo)電材料，其特征在于所述電子注入材料具有電子注入性能，并選自以下組中堿金屬鹽、堿土金屬鹽、η型氧化物半導(dǎo)體、具有被吸電子基團(tuán)取代的π電子體系的低聚物、和具有被吸電子基團(tuán)取代的η電子體系的聚合物。
9.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于IwsAas比例為1/10或更小，其中Iras為X射線光電能譜中530eV處的氧原子峰強(qiáng)度，而Ias為285eV處的碳原子Cls的峰強(qiáng)度。
10.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于所述碳材料的厚度為IOOnm或更小。
11.權(quán)利要求1的導(dǎo)電材料，其特征在于所述金屬材料選自Ag、Al、Cu、Au、W、Mo及其I=1-Wl O
12.透明的導(dǎo)電材料，其特征在于該導(dǎo)電材料包括碳材料，所述碳材料含有選自單層石墨烯和多層石墨烯的石墨烯，并且構(gòu)成石墨烯的一部分碳原子被氮原子取代；以及與所述碳材料層合的金屬材料，所述金屬材料包括直徑為200nm或更小的金屬線。
13.電氣裝置，其特征在于該電氣裝置包括電極對(duì)；以及夾在所述電極之間的功能層，電極對(duì)之一為由導(dǎo)電材料制造的透明電極，所述導(dǎo)電材料包括碳材料和與所述碳材料混合和/或?qū)雍系慕饘俨牧希鎏疾牧系闹辽僖粋€(gè)維度為200nm或更小，并且包括選自單層石墨烯和多層石墨烯的石墨烯，石墨烯中的一部分碳原子被氮原子取代，金屬材料包括金屬顆粒和金屬線的至少之一。
14.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述金屬材料包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬顆粒。
15.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述金屬材料包括至少一個(gè)維度為200nm或更小的金屬線。
16.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述功能層產(chǎn)生光伏電力，并且所述透明電極布置在接收光的光入射側(cè)。
17.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述功能層被分成構(gòu)造成顯示圖像的像素， 而透明電極與顯示圖像的顯示側(cè)相反。
18.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述功能層發(fā)射光，并且透明電極布置在取出光的一側(cè)。
19.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于所述電極對(duì)是透明的。
20.權(quán)利要求13的電氣裝置，其特征在于該電氣裝置進(jìn)一步包括電子注入層。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，導(dǎo)電材料包括碳材料(11,12)和與所述碳材料混合和/或?qū)雍系慕饘俨牧?13)。所述碳材料的至少一個(gè)維度為200nm或更小。碳材料包括選自單層石墨烯(11)和多層石墨烯(12)的石墨烯，構(gòu)成石墨烯的一部分碳原子被氮原子取代。金屬材料包括金屬顆粒和金屬線的至少之一。
文檔編號(hào)H01B1/02GK103035311SQ20121037169
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者內(nèi)藤勝之, 吉永典裕, 中野義彥, 赤坂芳浩, 真竹茂 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝