石墨烯薄膜虽然只有一个原子层厚，但它具有良好的水氧阻隔性能。理论上，石墨烯π轨道形成一个致密的离域电子云，有效阻挡芳香环内的间隙，其产生的排斥场，即使在室温下施加1～5个大气压压差在其原子厚度上，最小的分子（氢和氦）也无法通过。石墨烯具有高强度（断裂强度为 42N/m）和高杨氏模量（1TPa），在结构完整的前提下，可承受6个大气压的压力差。如图6-28所示，理论研究表明芳香环周围形成的离域电子云没有空隙允许分子通过，石墨烯中C—C键的键长为0.142nm，考虑到碳原子范德瓦耳斯半径为0.11nm，其几何孔径为0.064nm，该几何孔小于氦和氢等小分子的范德瓦耳斯半径，因此从理论上讲，石墨烯具有优异的阻隔性能，可用作OLED的封装材料。

图6-28　石墨烯晶格结构：sp2杂化的碳原子排列在二维蜂窝晶格中。虽然石墨烯对电子相对透明，但实际上在室温下它对所有分子是不可渗透的，同时，足够小的几何孔（0.064nm）也不会允许分子通过

Bunch等测试了几种气体通过石墨烯密封微腔的渗透性（图6-29）。首先通过抽真空产生－93kPa的负压差，抑制石墨烯起泡和拉伸，将微腔置于不同气体填充的大气压下，通过测量压力变化计算泄漏率，即

图6-29　石墨烯微腔的结构 (www.daowen.com)

（a）石墨烯密封微腔的示意图；（b）石墨烯密封微腔的侧视示意图；（c）具有dp＞0的9nm厚多层石墨烯鼓面的AFM图；（d）石墨烯密封微腔的AFM图；（e）通过图（a）石墨烯膜的中心截取的AFM线迹

式中，N为原子数目；t为时间；V为微腔体积；p为压力；T为温度；kB为玻尔兹曼常数。

对于氦而言，测得微腔的泄漏率为每秒105～106个原子，该数值不随石墨烯层数的改变而发生变化，且同二氧化硅微腔泄漏率很接近，此现象表明气体渗透并非通过石墨烯膜而是通过微腔壁。研究人员还估算了氦原子通过石墨烯的透过率，其上限为10－11。如果存在8eV的沟道势垒，其透过率将会降低几个数量级，该测试从实验上论证了石墨烯的阻隔性能。

由于石墨烯的合成方法影响薄膜质量，其渗透性与合成工艺有极大关联。例如，由CVD法制备的石墨烯存在Stone-Wales缺陷，降低了扩散势垒，虽然这种势垒高度（6～9.2eV）的降低不足以让氦原子通过，但将导致氦的扩散更加容易。根据理论计算，缺陷可以显著降低氦穿透的势垒，例如空位缺陷555777双空位、858双空位、四空位和六空位分别诱导产生5.75～8eV、3～4eV、1～1.2eV和0.33～0.44eV的势垒，因此在石墨烯的制备过程中应限制此类缺陷的产生，保证石墨烯优异的阻隔性能。

多层石墨烯因其层与层之间密集地堆叠在一起，可以最大限度地减少水分和空气穿过阻挡膜的路径数量，是封装大尺寸光电器件有源区的有效选择。相较于氧化石墨烯、石墨烯纳米片及其复合物，最有前景的石墨烯阻挡膜类型是CVD法生长的大面积石墨烯，它具有更大的表面积、晶粒尺寸和更少的晶界。