石墨烯制备过程中产生的缺陷限制了它的水氧阻隔性能，仅使用石墨烯封装OLED尚不能满足OLED的封装要求。

Nam等在石墨烯表面沉积Al2O3薄膜以改善阻隔性能。首先在铜箔表面通过CVD法制备石墨烯，随后将其转移至聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基底，使用NO2对石墨烯进行功能化处理，增强其表面反应活性，在100℃下利用ALD沉积厚度分别为25nm和50nm Al2O3。封装结构的阻隔特性由Ca的导电性测试结果确定，Ca测透过率的原理是通过阻隔膜的水蒸气与Ca发生化学反应生成绝缘物Ca（OH）2，阻隔膜的电阻随着氧化程度的增加而增加。如图6-30（a）所示，对于PEN基底上的单层石墨烯，Ca的电导随着时间的增加而快速降低，表明单层石墨烯的水氧阻隔能力差。在PEN基底上堆叠8层石墨烯，Ca氧化的持续时间略微增加，而透过率从98％降至80％。由ALD制备的厚度为50nm Al2O3薄膜，寿命为45h。将50nm厚的Al2O3薄膜沉积在石墨烯表面，Ca完全氧化的时间增加为53h。复合封装结构的水蒸气透过率（Water Vapour Transmission Rate， WVTR）可由下列公式计算得到：

图6-30　不同封装体系的封装效果

（a）基于不同封装结构的Ca导电性衰退测试；（b）不同封装体系的水蒸气透过率

式中，n为水氧化的化学计量系数；MH2O为水的摩尔质量；MCa为Ca的摩尔质量；ρCa为Ca的电阻率；σ为Ca的密度；l和b分别为Ca电极的长度和宽度；1/R为测得的电导；t为氧化时间。

厚度为50nm Al2O3和Al2O3/石墨烯的水蒸气透过率分别可达到3.07×10－4g·m－2·d－1和2.62 ×10－4g·m－2·d－1。不同封装体系的水蒸气透过率如图6-30（b）所示，在PEN基底上沉积一层50nm厚的Al2O3薄膜，其水蒸气透过率反而增加，归因于Al2O3对光的抗反射作用。添加单层石墨烯可见光透过率降低约2％，因此，采用Al2O3/石墨烯可以改善水蒸气透过率，但对可见光透过率影响不明显。

在弯曲条件下仍具有优良的阻隔能力是柔性显示封装需要考虑的重要因素。图6-31（a）显示了在施加弯曲应力后，Ca导电性随时间的衰退情况。对于不含石墨烯的Al2O3，其水蒸气透过率为1.96×10－3g·m－2·d－1，比本征Al2O3高约6.4倍；而Al2O3/石墨烯复合结构的水蒸气透过率约为7.65×10－4g·m－2·d－1，表明石墨烯提升了Al2O3阻挡膜在机械应力下的稳定性。此外，可计算出弯曲后的石墨烯水蒸气透过率约为1.25×10－3g·m－2·d－1，与弯曲前的石墨烯水蒸气透过率（1.78×10－3g·m－2·d－1）相似。图6-31（c）揭示了在弯曲应力下，石墨烯提升Al2O3阻隔能力的机理。在原始Al2O3表面没有观察到裂纹，对Al2O3进行弯曲应力试验后观察到明显裂纹；在Al2O3/石墨烯上，弯曲应力试验后同样观察到裂纹，然而由于石墨烯层的存在，裂纹密度明显降低。(www.daowen.com)

图6-31　不同封装体系在弯曲条件下的封装效果

（a）基于Ca导电性衰退的弯曲应力试验后的水蒸气阻隔特性；（b）施加弯曲应力后石墨烯的水蒸气阻隔机理示意图；（c）在PEN和石墨烯/ PEN上ALD沉积Al2O3弯曲前后的光学图

为了验证Al2O3/石墨烯在器件中的阻隔效果，在刚性基底上制备OLED，并采用Al2O3（50nm）/石墨烯复合结构封装OLED。 如图6-32所示，封装24h后，用PEN封装的OLED没有任何光发射，而用Al2O3 /石墨烯复合结构封装的OLED还可正常工作且无明显坏点，该试验验证了Al2O3 /石墨烯复合封装结构的水蒸气阻隔性能。

图6-32　OLED封装试验

（a）刚封装后；（b）PEN封装24h后；（c）Al2O3 /石墨烯复合结构封装24h后