[发明专利]一种制备图案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯制造技术领域，具体涉及一种制备图案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜。

背景技术

石墨烯是由碳原子蜂窝状排列构成的二维晶体。由于其具有良好的量子输运性质、电导率、迁移率以及透过率，石墨烯及其相关器件已经成为物理、化学、生物以及材料科学领域的一个研究热点。目前，人们可以通过多种方法得到石墨烯，如：机机械剥离高定向石墨法、外延生长法、化学气相沉积和化学法。其中，化学法由于可以实现石墨烯的大规模溶液法制备被认为是制备石墨烯的重要途径，相对于其他方法，化学法具有成本低、量大、重复性好的特点。迄今为止，人们已经制备出多种以石墨烯为基本功能单元的器件，包裹场效应晶体管、太阳能电池、纳米发电机、传感器等。

图案化的石墨烯薄膜可以直接应用于包括晶体管、发光二极管、太阳能电池等在内的光电器件的多个领域。因此，图案化的石墨烯薄膜是实现石墨烯广泛应用的有效途径，是决定其应用性的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备图案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜，用以简化图案化石墨烯薄膜的制备，并降低制备成本。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种制备图案化石墨烯薄膜的方法，包括：

在衬底上形成预定图案的氧化石墨烯溶液的浸润区，并在所述衬底上的浸润区之外的区域形成氧化石墨烯溶液的不浸润区；

在所述衬底上涂覆氧化石墨烯溶液，以在所述氧化石墨烯溶液的浸润区形成氧化石墨烯薄膜；

对所述氧化石墨烯薄膜进行还原处理，得到所述预定图案的石墨烯薄膜。

优选地，上述方法中，

所述在衬底上形成预定图案的氧化石墨烯溶液的浸润区，并在所述衬底上的浸润区之外的区域形成氧化石墨烯溶液的不浸润区，具体包括：

在衬底上形成所述预定图案的保护层；

在所述衬底上未被所述保护层覆盖的区域形成氧化石墨烯溶液的不浸润区；

去除所述衬底上的所述保护层，得到所述预定图案的氧化石墨烯溶液的浸润区。

优选地，上述方法中，所述保护层为光刻胶层或聚甲基丙烯酸甲酯层，所述在衬底上形成预定图案的保护层是：将光刻胶或聚甲基丙烯酸甲酯在所述衬底上旋涂成膜，然后通过刻蚀处理，得到预定图案的保护层。

优选地，上述方法中，所述在所述衬底上未被所述保护层覆盖的区域形成氧化石墨烯溶液的不浸润区，具体为：将所述衬底置于预定压力和预定温度的氟硅烷气体中，通过氟硅烷分子在所述衬底上未被所述保护层覆盖的区域自组装形成一膜层，所述膜层为氧化石墨烯溶液的不浸润区。

优选地，上述方法中，所述在所述衬底上涂覆氧化石墨烯溶液，以在所述氧化石墨烯溶液的浸润区形成氧化石墨烯薄膜为：

将氧化石墨烯溶液通过旋涂方式涂覆于所述衬底上，以在所述氧化石墨烯溶液的浸润区形成液态氧化石墨烯薄膜，并在旋涂过程中利用切向力的作用，甩掉所述氧化石墨烯溶液的不浸润区的石墨烯溶液；

将涂覆有所述氧化石墨烯溶液的所述衬底烘干，得到所述预定图案的氧化石墨烯薄膜。

优选地，上述方法中，

进一步通过将所述衬底置于肼蒸汽中进行所述还原处理，得到所述预定图案的石墨烯薄膜。

优选地，上述方法中，

所述氧化石墨烯溶液按照以下步骤制备：

按照每11.75ml的浓度98％的硫酸溶液中加入1g石墨、0.25g硝酸钠和1.5g高锰酸钾的配比，得到反应液；

在温度0～10℃下搅拌所述反应液至第一预定时间，以及在温度为30～100℃下继续搅拌所述反应液至第二预定时间；

然后，用去离子水将所述反应液稀释后再加入双氧水，过滤后得到滤液；

再利用去离子水对所述滤液进行充分洗涤直至所述滤液中无SO₄^2-；

然后，经上述处理后的滤液按预定比例，超声分散在去离子水或有机溶剂中，得到相应浓度的氧化石墨烯溶液。

本发明还提供了一种具有预定图案的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜根据上述方法制备。

从以上所述可以看出，本发明提供的制备图案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜，在衬底上形成石墨烯的浸润区和不浸润区，从而通过旋涂方式在衬底上实现了石墨烯薄膜的图案化。该方法操作简单、成本低廉、可大规模使用。并且，本发明对衬底无损伤，适用于多种衬底，拓展了溶液法制备石墨烯薄膜的应用。

附图说明