專利名稱：基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，世界對(duì)信息的需求快速增長(zhǎng)，信息產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展，信息技術(shù)已成為支撐當(dāng)今經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)生活的基石。其中，作為信息技術(shù)的重要一環(huán)一信息顯示技術(shù)，更是在人類的知識(shí)獲取和生活改善中起到了關(guān)鍵作用。
作為新一代顯示技術(shù)，平板顯示(FPD)兼具重量輕、體積小、功耗小、無(wú)輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為人們?cè)陲@示領(lǐng)域內(nèi)的主流需求。目前，F(xiàn)PD主要包括液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)、場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)、有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)等。其中，IXD憑借其優(yōu)良特性以及成熟的市場(chǎng)化生產(chǎn)，在平板顯示市場(chǎng)上占據(jù)了較大份額。雖然LCD在顯示市場(chǎng)中暫時(shí)保持首要地位，但仍存在一些本質(zhì)上的缺點(diǎn)亮度低、響應(yīng)速度慢、非主動(dòng)光源等等，這就促使科研人員對(duì)新型顯示器件進(jìn)行開發(fā)和探索。伴隨著人們的強(qiáng)烈需求和科學(xué)界不斷的研究突破，新一代的平板顯示技術(shù)一有機(jī)電致發(fā)光器件(Organic Light Emitting Devices, OLEDs)應(yīng)運(yùn)而生,走入人們的視野，近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。它與傳統(tǒng)的顯示器相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)I)由于器件主體為有機(jī)物，從而材料的選擇范圍廣，可實(shí)現(xiàn)全彩色固態(tài)顯示；2)器件質(zhì)輕，厚度薄；3)自主發(fā)光，無(wú)需背光源；4)響應(yīng)速度快(小于I μ s)，可呈現(xiàn)出超快的動(dòng)態(tài)圖像而不帶有殘影效果；可提高圖像刷新速度，顯示快速的動(dòng)態(tài)圖像時(shí)效果好；5)使用的溫度范圍寬，可在低溫條件下進(jìn)行顯示工作；6)可制備成柔性器件；7)生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大面積制作加工。對(duì)于OLED來(lái)說，材料是器件的主體，材料的選擇和應(yīng)用是維系器件正常工作并影響其性能的重要因素。在OLED中，電極材料的選擇一直都是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的電極材料ITO(銦氧化錫)憑借其出色的導(dǎo)電性和透明度一直屬于有機(jī)電致發(fā)光器件中的主流電極，但是由于ITO本身彎曲易碎裂的缺點(diǎn)，使得其限制了 OLED在柔性器件中的應(yīng)用；另外由于地球上銦元素的稀缺，導(dǎo)致OLED器件的成本會(huì)逐漸提高。因此，為ITO尋找一種新型的替代電極是十分必要的。石墨烯這一新型材料誕生于2004年,它的結(jié)構(gòu)為單層石墨,只有一個(gè)碳原子的厚度。它本身具有許多出色的物理化學(xué)性質(zhì)載流子遷移率高，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，柔性好，透明度高等等。使其具備了柔性透明電極的先天條件，是有望替代ITO的新型電極材料。當(dāng)前，對(duì)于石墨烯材料的合成和應(yīng)用在科研領(lǐng)域內(nèi)不斷引發(fā)學(xué)術(shù)熱潮。在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用中，石墨烯的圖案化是一個(gè)較新穎的研究方向，它屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，目前圖案化的方法主要包括三種掩膜法、轉(zhuǎn)移印刷法和直寫法。作為直寫法的一個(gè)分類，激光加工利用激光光束聚焦的高熱量，可將石墨烯氧化物中的氧去除，從而還原出石墨烯電極；由于激光加工的高精度(可達(dá)Inm)定位，可在還原的同時(shí)將石墨烯電極加工成特定的圖案，從而完成了圖案化石墨烯電極的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種 基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件。其是將激光加工出的微米量級(jí)圖案化石墨烯電極放到OLED中加以應(yīng)用。本發(fā)明具體涉及到采用激光微納加工技術(shù)制備出的圖案化石墨烯作為電極材料，將其應(yīng)用制備成有機(jī)電致發(fā)光器件。這一想法打破了以往大面積器件的常規(guī)思路，將電極的面積縮小至微米量級(jí)，并在其中引入圖案，使得器件發(fā)光的區(qū)域?yàn)槲⒖s化的圖案結(jié)構(gòu)，從而將有機(jī)光電器件和激光微納加工巧妙地結(jié)合起來(lái)。本發(fā)明使用旋涂技術(shù)、激光微納加工技術(shù)以及真空蒸發(fā)沉積技術(shù)。在潔凈的襯底上首先蒸鍍金作為引出電極，并在中間留下一條微米量級(jí)的溝道。然后在金電極之上旋涂石墨烯氧化物，使得旋涂材料將金電極及溝道完全覆蓋，再采用真空烘箱進(jìn)行烘干處理。之后采用激光微納加工系統(tǒng)對(duì)旋涂的石墨烯氧化物薄膜進(jìn)行還原加工，在圖形程序的控制下制備出圖案化的石墨烯電極材料，電極圖案包括梯子型和領(lǐng)結(jié)型。最后利用真空蒸發(fā)沉積技術(shù)，在圖案化的石墨烯電極上蒸鍍各個(gè)有機(jī)功能層及陰極，從而制成有機(jī)電致發(fā)光器件。本發(fā)明中采用的激光微納加工系統(tǒng)是為逐點(diǎn)掃描的激光直寫加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)(激光器及光路調(diào)節(jié)元件)、軟件控制系統(tǒng)、三維精密移動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。三維精密移動(dòng)系統(tǒng)包括樣品臺(tái)和轉(zhuǎn)鏡，通過光路調(diào)節(jié)元件將激光器發(fā)出的激光聚焦于樣品臺(tái)上待加工樣品(石墨烯氧化物薄膜)的表面，軟件控制系統(tǒng)控制樣品臺(tái)和轉(zhuǎn)鏡的精密移動(dòng)，使聚焦的激光光點(diǎn)在樣品內(nèi)進(jìn)行三維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三維加工，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)加工狀態(tài)。所述的軟件控制系統(tǒng)是指利用VB或C語(yǔ)言編寫的三維逐點(diǎn)掃描控制程序，該程序通過微機(jī)可控制三維精密移動(dòng)系統(tǒng)。三維精密移動(dòng)系統(tǒng)包括壓電平臺(tái)(圖I中的109)和轉(zhuǎn)鏡(圖I中104)，控制轉(zhuǎn)鏡移動(dòng)即可控制激光光點(diǎn)在樣品表面和樣品內(nèi)部的移動(dòng)。采用北京世紀(jì)尼桑有限公司的T8306型號(hào)的轉(zhuǎn)鏡可使激光在X，Y方向上移動(dòng)范圍分別為100 μ m,100 μ m。采用德國(guó)Physik Instrumente公司P622型號(hào)的一維精密陶瓷壓電平臺(tái)作為樣品臺(tái)，可在Z方向上移動(dòng)范圍為250 μ m ;采用德國(guó)Physik Instrumente公司P517. 3型號(hào)的三維移動(dòng)壓電平臺(tái)作為樣品臺(tái)，在X，Y，Z方向上移動(dòng)范圍分別為100μπι，100μπι，20μπι。樣品臺(tái)和轉(zhuǎn)鏡的移動(dòng)精度均可達(dá)到lnm。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的普通照明光源(如圖I中的112)位于壓電平臺(tái)和樣品上方，其發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡111、樣品110、物鏡108、電介質(zhì)鏡107、透鏡106后進(jìn)入(XD攝像頭(如圖I中的105)，在激光加工過程中利用材料光固化前后對(duì)光的折射率不同，使CCD成像，直接監(jiān)測(cè)到加工所成的像,對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，旋涂技術(shù)所用勻膠機(jī)為中國(guó)科學(xué)院微電子所提供，薄膜厚度和生長(zhǎng)速率均由上海光澤真空儀器-膜厚控制儀進(jìn)行控制。對(duì)于器件發(fā)光現(xiàn)象的觀測(cè)，先通過Keithley-2400電流-電壓測(cè)試儀給器件加電壓，再采用日本奧林巴斯熒光顯微鏡進(jìn)行觀察，測(cè)試條件是在室溫大氣中進(jìn)行的。
本發(fā)明包括以下內(nèi)容一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件，其結(jié)構(gòu)依次包括襯底、具有溝道結(jié)構(gòu)的金電極、搭接在溝道兩側(cè)金電極上的微米量級(jí)圖案化石墨烯電極(梯子型、領(lǐng)結(jié)型)、有機(jī)功能層和陰極，如圖2(a)所示，有機(jī)功能層依次包括空穴注入層(20 40nm)、空穴傳輸層(15 40nm)、發(fā)光層兼作電子傳輸層(40 60nm);微米量級(jí)的圖案化石墨烯電極采用激光微納加工技術(shù)制備，金電極的厚度為15 20nm，溝道的寬度為50 120 μ m,石墨烯電極厚度為15 30nm,橫向長(zhǎng)度為20 150 μ m,縱向長(zhǎng)度為40 300 μ m。本發(fā)明所述的一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件，其是由如下方法制備的考慮到所制備出的石墨烯電極屬于微米量級(jí)的，為了后期便于給器件施加電壓，首先要在清洗干凈的蓋玻片襯底上，采用金屬沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)具有溝道結(jié)構(gòu)的金電極作為引出電極，生長(zhǎng)過程中系統(tǒng)的真空度控制在I X 10_3 3 X IO-3Pa,通過銅絲掩膜在金電極中間位置留下寬度為50 120 μ m的溝道,金電極的厚度為15 20nm ;然后將石墨烯氧化物的懸浮液旋涂于金電極之上，將金電極及其中間位置的溝道完全覆蓋，旋涂轉(zhuǎn)速為1000 3000rpm，旋涂時(shí)間為15 20s，石墨烯氧化物的厚度為80 lOOnm，將旋涂好石墨烯氧化物的襯底放入真空烘箱中，在35 40°C的真空環(huán)境下烘干，時(shí)間為40 60min ；接著采用逐點(diǎn)掃描的激光直寫加工系統(tǒng)對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)行還原，還原的同時(shí)在石墨烯氧化物上制備出特定圖案的石墨烯電極，并使得石墨烯電極搭接在溝道兩側(cè)的金電極上，石墨烯電極及金電極的結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，其中石墨烯電極厚度為15 30nm，橫向長(zhǎng)度為20 150 μ m,縱向長(zhǎng)度為40 300 μ m ;最后在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中，在石墨烯電極上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層兼作電子傳輸層和陰極，從而制備得到圖案化石墨烯作電極的有機(jī)電致發(fā)光器件。石墨烯氧化物的懸浮液是通過如下方法制備得到將I 2g片狀石墨(平均尺寸為500 600 μ m)、I 2g硝酸鈉、48 96mL濃硫酸、6 12g高錳酸鉀的混合物在(TC條件下的水浴鍋中攪拌60 90min,再升溫至25 35°C后繼續(xù)攪拌2 3小時(shí)；然后向混合溶液中在30min內(nèi)緩慢加入超純水40 80mL，之后再依次加入100 200mL超純水和5 IOmL質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(H2O2);接著采用高速離心法將石墨氧化后的沉淀物提取出來(lái)，離心轉(zhuǎn)速為9000 12000r/s，離心時(shí)間為10 15min，再采用超純水將沉淀物反復(fù)清洗，使得酸性大幅度減弱，從而PH值接近于7 ;最后將接近中性的沉淀物超聲(80W)處理5 lOmin，從而將石墨層層剝離獲得了石墨烯氧化物的懸浮液。器件的電極(陽(yáng)極)為圖案化的石墨烯，它通過激光直寫加工系統(tǒng)所獲得將帶有石墨烯氧化物的襯底固定于壓電平臺(tái)上；軟件控制系統(tǒng)發(fā)送指令，控制光閘的通斷進(jìn)而控制激光光束的開啟與關(guān)閉；軟件控制系統(tǒng)再根據(jù)編制的圖案化石墨烯電極微納結(jié)構(gòu)的程序驅(qū)動(dòng)三維精密移動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而使聚焦的激光光點(diǎn)在石墨烯氧化物內(nèi)逐點(diǎn)掃描，激光掃描位點(diǎn)的石墨烯氧化物被還原為石墨烯，從而按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序獲得石墨烯的微納結(jié)構(gòu)，得到圖案化的石墨烯電極。采用的飛秒激光條件為激光波長(zhǎng)700 800nm，重復(fù)頻率為70 80MHz，單股脈沖的能量為15 20nJ，其脈寬約為100 120fs。所選取的物鏡放大倍數(shù)為100，孔徑為I. 4。在還原石墨烯時(shí)，選擇的激光功率范圍約為5 13mW，單點(diǎn)曝光時(shí)間選擇區(qū)間為500 2000 y s之間。圖案化石墨烯電極為梯子型電極或領(lǐng)結(jié)型電極，梯子型電極的面積為4000 5000 iim2，領(lǐng)結(jié)型電極的面積為1000 2500 y m2，分別如圖5、圖6所示，電極區(qū)域的面積屬于微米量級(jí)。
用于還原的激光除了飛秒激光外，還可以采用皮秒和納秒等具有高瞬態(tài)功率的脈沖激光，以及連續(xù)激光。皮秒脈沖激光器的波長(zhǎng)范圍是200 2600nm，脈沖寬度范圍是IOps 800ps，重復(fù)頻率范圍是IHz 80MHz ;納秒脈沖激光系統(tǒng)的波長(zhǎng)范圍是200 2000nm，脈沖寬度范圍是IOns 900ns，重復(fù)頻率范圍是IHz IOKHz。器件中的的空穴注入層材料是星狀爆炸物三苯胺、星型的多胺、聚苯胺、酞箐銅，這里優(yōu)選為 4,4，，4，，-tris (3-methy lpheny lpheny lamino) triphenyl amine (m-MTDATA)以提聞空穴注入能力。空穴傳輸層材料為芳香族胺類化合物，按照分子結(jié)構(gòu)類型并結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為成對(duì)偶聯(lián)的二胺類化合物、星型的三苯胺化合物、具有螺型結(jié)構(gòu)的三苯胺化合物、支型的三苯胺化合物、三芳胺聚合物、咔唑類化合物、有機(jī)硅及有機(jī)金屬配合物等，典型的如 N, N，-diphenyl-N, N，-bis (I, I’ -biphenyl) _4,4’ -diamine (NPB)、N, N’ -Bis(3-methylphenyl)-N, N’ -bis(phenyl)-benzidine (TPD)、N,N，-Bis(naphthalene-l-yl)-N, N，-bis(phenyl)-2，2，-dimethylbenzidine( a -NPD)等，這里優(yōu)選為NPB。發(fā)光層以有機(jī)小分子的電致發(fā)光材料為主，包括純有機(jī)小分子藍(lán)色發(fā)光材料、綠光材料、紅光材料以及金屬配合物的電致發(fā)光材料。這里優(yōu)選為具有載流子傳輸特性的綠光發(fā)光材料tris-(8_hydroxyquinoline)aluminum(Alq3),同時(shí)也作為電子傳輸材料。陰極一般采用鋰、鎂、鈣、鍶、銦、鋁等功函數(shù)較低的金屬或者它們與銅、金、銀的合金，或者由一種薄的絕緣層(如LiF)與它們組成的復(fù)合型陰極，這里優(yōu)選為復(fù)合型陰極LiF/Al。本方案提供的有機(jī)電致發(fā)光器件具有以下創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)利用激光加工技術(shù)還原石墨烯氧化物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)還原石墨烯的圖案化，將面積為微米量級(jí)的石墨烯電極引入到有機(jī)電致發(fā)光器件中使得器件的發(fā)光區(qū)域?yàn)榫唧w的圖案，圖案可根據(jù)需求任意加工，從而實(shí)現(xiàn)圖案化的有機(jī)電致發(fā)光器件。制備出的石墨烯材料導(dǎo)電性能良好，表面較為平整，在器件中較為出色地發(fā)揮了電極作用。并且，所制備出OLED的器件發(fā)光均勻度較高。


圖I :激光微納加工光路示意圖101激光器，102光閘，103衰減片，104轉(zhuǎn)鏡，105CCD攝像頭，106透鏡，107電介質(zhì)鏡，108物鏡，109壓電平臺(tái)，110石墨烯氧化物電極及襯底，111透鏡，112CCD攝像頭。圖2 :本發(fā)明所述的器件結(jié)構(gòu)示意圖(a)器件結(jié)構(gòu)圖1蓋玻片襯底，2圖案化石墨烯電極(作為陽(yáng)極)，3空穴注入層，4空穴傳輸層,5發(fā)光層兼電子傳輸層,6陰極。
(b)器件電極部分的結(jié)構(gòu)圖；圖3 :圖案化石墨烯電極的表面原子力顯微鏡圖片；圖4 :石墨烯電極厚度的原子力顯微鏡圖片(a)石墨烯與襯底分界面處的原子力形貌圖，(b)左圖斜線所劃區(qū)域的厚度分布曲線；圖5 :本發(fā)明實(shí)施例I中梯子型電極器件在不同電壓下的熒光顯微鏡照片(a)電壓 0V，(b)電壓 9V，(c)電壓 10V，(d)電壓 IlV ；圖6 :本發(fā)明實(shí)施例I中領(lǐng)結(jié)型電極器件在不同電壓下的熒光顯微鏡照片(a)電壓0V,(b)電壓6V，(C)電壓7V，(d)電壓8V。
具體實(shí)施例方式下面將給出具體的實(shí)施方案并結(jié)合附圖，解釋說明本發(fā)明的技術(shù)方案，注意下面的實(shí)施僅用于幫助理解，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例I :梯子型圖案石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件的制備。器件結(jié)構(gòu)為=Graphene (石墨烯， 20nm) /m-MTDATA (30nm) /NPB (20nm) /Alq3 (50nm) /LiF (Inm) /Al (IOOnm)，如圖 2 (a)。步驟如下(I)在清洗干凈的襯底上，采用金屬沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)金電極作為引出電極，生長(zhǎng)過程中系統(tǒng)的真空度控制在I X 10 ,通過銅絲掩膜在金電極中間留下一條寬度約為90 i! m的溝道，金電極的厚度為18nm,電極長(zhǎng)度為17mm,寬度為5mm。(2)將石墨烯氧化物旋涂于金電極之上，將金電極及其中間的溝道完全覆蓋，旋涂轉(zhuǎn)速為IOOOrpm，旋涂時(shí)間為18s，在40°C的真空烘箱中，對(duì)片子進(jìn)行烘干處理，時(shí)間為60mino(3)采用激光對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)行還原。如圖I所示，飛秒脈沖激光器101輸出波長(zhǎng)為800nm、脈沖寬度為150fs、重復(fù)頻率為80MHz的激光經(jīng)光閘102、衰減片103 (衰減為原光強(qiáng)的50% )后到達(dá)轉(zhuǎn)鏡104，再經(jīng)電介質(zhì)鏡107進(jìn)入物鏡108，聚焦于壓電平臺(tái)109上的襯底上的石墨烯氧化物110內(nèi)，壓電平臺(tái)上有一漏空位置，光可透過。聚焦于石墨烯氧化物薄膜內(nèi)的光斑直徑約為400nm，光斑能量約為120uJ。由可見光光源112發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡111聚焦于石墨烯氧化物薄膜內(nèi)，再經(jīng)透鏡106聚焦，在(XD105內(nèi)成像。由CAD程序設(shè)計(jì)梯子圖案模型，保存為DXF或STL文件；然后用VB轉(zhuǎn)化軟件或Geomagic Studio軟件讀取，處理成點(diǎn)云數(shù)據(jù)；再用VB編寫的控制程序讀取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過與計(jì)算機(jī)相連的串口驅(qū)動(dòng)三維精密移動(dòng)系統(tǒng)。所有程序的編寫均是由點(diǎn)到線、再到面。在漸開線、微折線的程序中所編寫程序從左側(cè)起始點(diǎn)開始，按照線方向，至右側(cè)終止點(diǎn)，獲得完整結(jié)構(gòu)。將帶有石墨烯氧化物的襯底置于壓電平臺(tái)上，上述飛秒脈沖激光經(jīng)過圖I中的光路聚焦在石墨烯氧化物內(nèi)部，按照梯子型圖案預(yù)先設(shè)計(jì)程序，激光光點(diǎn)在石墨烯氧化物內(nèi)部逐點(diǎn)掃描，掃描過的位點(diǎn)光誘導(dǎo)石墨烯氧化物還原為石墨烯，獲得石墨烯微納結(jié)構(gòu)。
選擇的激光功率為8mW，單點(diǎn)曝光時(shí)間為1500 y S，同時(shí)光點(diǎn)通過圖形程序的控制加工出梯子型石墨烯電極，還原出的電極與金電極溝道的接觸方式如圖2(b)所示，電極厚度約為20nm,梯子型電極的面積約為90X45iim2。(4)最后于多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中，在梯子型石墨烯電極上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層兼作電子傳輸層、陰極。并米用突光顯微鏡對(duì)器件的發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)。圖3為本發(fā)明所述激光加工石墨烯電極的表面形貌。從圖中可以看到，加工出石墨烯的平均表面粗糙度為5. 45nm。圖4為本發(fā)明所述用于測(cè)量石墨烯電極厚度的原子力顯微鏡圖片。從圖中可看出，測(cè)出的厚度約為20nm。圖5為本發(fā)明制備的梯子型電極器件通過熒光顯微鏡觀測(cè)的發(fā)光圖像，發(fā)光區(qū)域的面積約為90X45 ym2，可以看出器件的發(fā)光均勻度較高。實(shí)施例2 領(lǐng)結(jié)型圖案石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件的制備。器件結(jié)構(gòu)為Graphene (石墨烯， 20nm) /m-MTDATA (30nm) /NPB (20nm) /Alq3 (50nm) /LiF (Inm) /Al (IOOnm)，如圖 2 (a)。在清洗干凈的襯底上，采用金屬沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)金電極作為引出電極，生長(zhǎng)過程中系統(tǒng)的真空度控制在IX KT3Pa,通過銅絲掩膜在金電極中間留下一條寬度約為50iim的溝道，金電極的厚度為15nm;然后將石墨烯氧化物旋涂于金電極之上，將金電極及其中間的溝道完全覆蓋，旋涂轉(zhuǎn)速為1200rpm，旋涂時(shí)間為20s，在40°C的真空烘箱中，對(duì)片子進(jìn)行烘干處理，時(shí)間為50min ;接著采用激光對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)行還原，加工過程同實(shí)施例I中所述，選擇的激光功率為6mW，單點(diǎn)曝光時(shí)間為2000 ii S，同時(shí)也通過控制程序制備出了領(lǐng)結(jié)型圖案的石墨烯電極，還原出的電極與金電極溝道的接觸方式如圖2(b)所示，領(lǐng)結(jié)型電極面積約為50X25i!m2 ;最后于多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中，在領(lǐng)結(jié)型石墨烯電極上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層兼作電子傳輸層、陰極。并米用突光顯微鏡對(duì)器件的發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)。
圖6為本發(fā)明制備的領(lǐng)結(jié)型電極器件通過熒光顯微鏡觀測(cè)的發(fā)光圖像，發(fā)光區(qū)域的面積約為50 X 25 y m2，器件同樣呈現(xiàn)出較好的發(fā)光效果。
權(quán)利要求
1.一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于依次由襯底、作為引出電極的具有溝道結(jié)構(gòu)的金電極、搭接在溝道兩側(cè)金電極上的微米量級(jí)圖案化石墨烯電極、有機(jī)功能層和陰極組成，有機(jī)功能層依次包括空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層兼作電子傳輸層；微米量級(jí)的圖案化石墨烯電極采用激光微納加工技術(shù)制備。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于金電極的厚度為15 20nm，溝道的寬度為50 120 μ m ;圖案化石墨烯電極的形狀為梯子型或領(lǐng)結(jié)型，其厚度為15 30nm，橫向長(zhǎng)度為20 150 μ m，縱向長(zhǎng)度為40 300 μ m ;空穴注入層的厚度為20 40nm、空穴傳輸層的厚度為15 40nm、發(fā)光層兼作電子傳輸層的厚度為40 60nm。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于襯底為蓋玻片；空穴注入層為m-MTDATA ;空穴傳輸層NPB ;發(fā)光層為Alq3,同時(shí)也作為電子傳輸材料；陰極為復(fù)合型陰極LiF/Al。
4.權(quán)利要求3所述的一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于首先在清洗干凈的蓋玻片襯底上，采用金屬沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)具有溝道結(jié)構(gòu)的金電極作為引出電極,生長(zhǎng)過程中系統(tǒng)的真空度控制在I X 1(Γ3 3Χ l(T3Pa，通過銅絲掩膜在金電極中間位置留下寬度為50 120 μ m的溝道,金電極的厚度為15 20nm ;然后將石墨烯氧化物的懸浮液旋涂于金電極之上，將金電極及其中間位置的溝道完全覆蓋，旋涂轉(zhuǎn)速為1000 3000rpm，旋涂時(shí)間為15 20s，石墨烯氧化物的厚度為80 lOOnm，將旋涂好石墨烯氧化物的襯底放入真空烘箱中，在35 40°C的真空環(huán)境下烘干，時(shí)間為40 60min ;接著采用逐點(diǎn)掃描的激光直寫加工系統(tǒng)對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)行還原，還原的同時(shí)在石墨烯氧化物上制備出梯子型或領(lǐng)結(jié)型的圖案化石墨烯電極，并使得石墨烯電極搭接在溝道兩側(cè)的金電極上，石墨烯電極厚度為15 30nm,橫向長(zhǎng)度為20 150 μ m,縱向長(zhǎng)度為40 300 μ m;最后在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中，在石墨烯電極上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層兼作電子傳輸層和陰極，從而制備得到圖案化石墨烯作電極的有機(jī)電致發(fā)光器件。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于石墨烯氧化物的懸浮液的制備是將I 2g、平均尺寸為500 600 μ m片狀石墨、I 2g硝酸鈉、48 96mL濃硫酸、6 12g高猛酸鉀的混合物在0°C條件下的水浴鍋中攪拌60 90min,再升溫至25 35°C后繼續(xù)攪拌2 3小時(shí)；然后向混合溶液中在30min內(nèi)緩慢加入超純水40 80mL，之后再依次加入100 200mL超純水和5 IOmL質(zhì)量濃度為30%的雙氧水；接著采用高速離心法將石墨氧化后的沉淀物提取出來(lái)，離心轉(zhuǎn)速為9000 12000r/s，離心時(shí)間為10 15min，再采用超純水將沉淀物反復(fù)清洗，使得酸性大幅度減弱，從而PH值接近于7 ;最后將接近中性的沉淀物超聲處理5 lOmin，從而將石墨層層剝離獲得了石墨烯氧化物的懸浮液。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光還原圖案化石墨烯電極的有機(jī)電致發(fā)光器件及其制備方法。器件依次由襯底、作為引出電極的具有溝道結(jié)構(gòu)的金電極、搭接在溝道兩側(cè)金電極上的微米量級(jí)圖案化石墨烯電極、有機(jī)功能層和陰極組成，微米量級(jí)的圖案化石墨烯電極采用激逐點(diǎn)掃描的激光直寫加工系統(tǒng)制備。得到的石墨烯電極的表面粗糙度較低，表面較平整，基于該電極制備的底發(fā)射有機(jī)電致發(fā)光器件，發(fā)光均勻度較高。本發(fā)明打破了以往大面積器件的常規(guī)思路，將電極的面積縮小至微米量級(jí)，并在其中引入圖案，使得器件發(fā)光的區(qū)域?yàn)槲⒖s化的圖案結(jié)構(gòu)，從而將有機(jī)光電器件和激光微納加工巧妙地結(jié)合起來(lái)。
文檔編號(hào)C03C17/36GK102646795SQ20121011912
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月21日
發(fā)明者馮晶, 孫洪波, 陳路 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)