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飞秒激光还原图案化石墨烯用作有机电致发光器件电极的研究

陈路  
【摘要】:作为新一代的平板显示技术,有机电致发光器件(OLED)凭借自身质量轻,驱动电压低,亮度高,柔性好等突出优点,近年来逐渐受到人们的青睐。OLED所采用的传统电极为铟氧化锡(ITO),由于它本身易碎裂的缺点,以及地球上铟元素的稀缺,目前为OLED寻求新型电极显得十分必要。 石墨烯是最近刚刚诞生的一种材料,它本身具有导电性好,透明度高,柔性好等出色性能,有望成为ITO的替代电极。另一方面,石墨稀材料的制备以及微纳加工图案化石墨烯的工作在学术领域也不断掀起热潮。 通过对石墨烯材料的制备和图案化工作的深入研究,我们了解到可以通过飞秒激光直写的方式,利用激光光束聚焦的高热量将石墨烯氧化物中的氧去除,进而还原出石墨烯;同时由于飞秒激光微纳加工本身精度高(可精确到1nm),能够加工出高分辨率的三维图案,因此我们可以采用飞秒激光微纳加工技术制备出图案化的石墨烯电极,并应用到OLED器件中。以上的思路即引出了我们的实验。 本论文的主要工作即采用飞秒激光还原出的微型、图案化石墨烯作为电极,应用到有机电致发光器件中,并观测器件的发光效果。具体工作如下: 1.引出电极的设计。由于制备的石墨烯电极属于微米量级的,制成器件后不便于给电极直接加电压,因此要在其两端加上引出电极。我们在盖玻片上蒸镀金作为引出电极,中间留下微米量级的沟道,沟道即为石墨烯的还原区域。 2.石墨烯电极的还原。首先采用石墨薄片作为原料,通过氧化的手段制备出石墨烯氧化物悬浮液,并将其旋涂在引出电极之上,然后采用飞秒激光进行还原加工,使得石墨烯电极搭在沟道两端。激光光点按照预先设计好的图形程序,在石墨烯电极的还原同时完成图案化的工作。我们在实验中成功还原出了微米量级的方形、梯子型、领结型石墨烯图案,并经电阻测量验证了其导电性良好。 3.器件的制作和发光的观测。我们首先制备出了以石墨烯为电极材料的标准底发射器件结构:Graphene/m-MTDATA (30nm)/NPB (20nm)/Alq3(50nm)/LiF (1nm)/Al(100nm)。由于器件的发光面积与石墨烯电极一样,属于微米量级,那么不能用常规方法来测量器件的亮度、效率等参数,只能在显微镜下对器件的发光效果进行观测。然后我们成功地在荧光显微镜下观察到采用不同图案化电极器件的发光现象,并且找到了影响器件发光均匀性的两个重要因素:电极厚度和还原石墨烯时产生的气泡,通过对这两个问题的改善,我们得到了发光均匀度较好的器件,从而达到了预期的实验目标。 4.石墨烯电极的表征工作。我们通过原子力显微镜对电极的表面形貌、粗糙度和厚度进行了观测,得出还原后石墨烯的表面粗糙度为5.45nm,较还原前有所增加,而厚度要明显低于石墨烯氧化物的,为21nm。然后通过拉曼光谱中1354cm~(-1)处的D峰和1590cm~(-1)处的G峰及两峰的强度比例,验证出石墨烯的还原程度较好。最后对石墨烯的电阻率和电导率利用公式进行了估算,得出在加工激光功率范围在6~8mW时,还原出石墨烯电极的电阻率ρ=9.19×10~(-4)Ω·m,电导率:=1.09×10~3S/m。 本论文的工作把有机光电器件和飞秒激光微纳加工有效地结合起来,将新方法制备的图案化石墨烯电极成功地应用到了OLED中。为OLED的发展提出了一个新的方向,同时对于石墨烯在其他微电子器件中的应用方面也具有一定的参考意义。


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