產學差距究竟有多大–#17.石墨烯導電薄膜競賽中誰是贏家？

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2016-08-08

下周要去五個省進行演講及簽訂合作協議，這段時間除了把上個月去收回來幫客戶開發的項目拿去加工外，大致都準備好了。今晚乘著空檔看了有關石墨烯在透明電極方面的研究及應用的書籍，想想一時興起就拿了三位中國有知名度學者的研究來計算他們的技術水平，不算還好，正如我先前分析的結論一致，志陽科技在透明導電膜的技術還領先現有 CVD 技術，更不要說性價比了。

我們先從導電的公式說起，這裡涉及三個參數，片電阻 (Rs, Ω╱□)、電導率 (σ, S╱cm)及膜厚 (t, cm)。其中，

Rs = ρ╱t = 1╱σt (ρ：體積電阻率 = 1╱σ)

所以，Rs*σ* t = 1

首先，我得先說明這張照片是 2014 年 8 月照的，目前片電阻已經低於 100Ω╱□，透光度折損 5% 以內。

第一個案例是陳永勝 (2009) 在 Nano Research, 2009,2:343-348 提到製備磺化單層石墨的方法，它在水和有機溶劑中的溶解度可達 12mg╱ml，比 Samulski 小組製備的磺化單層石墨烯的溶解度高了一個數量級。磺化單層石墨烯╱PEDOT:PSS 薄膜在 UV-Vis-NIR 部分的透光性在 33nm 時高於 96%，而在 103nm 時僅有 36%。

其次，在 39~119nm 範圍內，薄膜的電導率為 0.2 S╱cm，其實這是最大膜厚的電導率，也就是 t = 119nm、電導率 σ = 0.2 S╱cm，以上述公式換算出片電阻 Rs = 1╱σt = 10e6 Ω╱□，坦白說，根本取代不了現有產品。

第二個案例是成會明 (2010) 在 Carbon, 2010, 48:4466-4474 提到發現氫碘酸可以高效地還原氧化石墨烯薄膜，在 100℃ 下利用氫碘酸還原的石墨烯薄膜電導率高達 298 S╱cm。而膜厚由原來的 5.1μm 收縮到 2.4μm，所以換算為片電阻 Rs = 140 Ω╱□，其實不算差。不過用同種方法來做出 1.6KΩ╱□、透光度 85% 的樣品，那在 140 Ω╱□ 下的透光率至少低於 70%，那就不適用於任何現有產品了。

第三個案例是劉忠范 (2009) 在 Nano Res., 2011, 4:434-439 提到發展出修護還原的熱處理方法，就是在 1000℃ 下 Ar╱H2混合氣氛中，同時通入甲烷氣體作為碳源，通過上述方法製備了電導率 350-410 S╱cm、透光率 95% 的透明電極。以電導率 400 S╱cm、膜厚 300nm 計算出換算為片電阻 Rs = 833.3 Ω╱□，那根本就無法應用在相關導電膜上，更何況溫度高達 1000℃，真看不出比 ITO 有甚麼優勢可言？

那志陽的透明導電膜是多少？膜厚 2.4μm、片電阻已經低於 100Ω╱□，換算電導率為 416.7 S╱cm。重要的是透光度折損低於 5%，成型溫度在 100℃ 以內，真正可實現高分子透明導電膜的技術，這就是我正在發展第一支「高大上」的石墨烯應用技術。