[发明专利]制品及其制备和使用方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2010年12月08日提交的美国临时专利申请No.61/421017的优先权，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

石墨烯，一种单碳原子层是本领域已知的。有时在本领域中甚至若干石墨烯层也可称为石墨烯。石墨烯的二维(2D)结构化碳片材可为石墨(三维(3D)材料)、纳米管(一维(1D)材料)和富勒烯(零维(0D)材料)的碳同素异形体提供基本砌块。据预测，石墨烯具有优越的性质，例如大的导热率、优良的机械性能和优异的电子输送性能。虽然不想受到理论的限制，据信石墨烯中的电子遵循线性分散关系，并且行为类似无质量的相对论性粒子。

目前，石墨烯膜的制备和生长围绕机械剥落(如，通过利用粘合剂(如，透明)带(例如，以商品名“MAGIC TAPE”得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company，St.Paul，MN))物理地剥离石墨的表面层来获得石墨烯)、化学剥落和外延生长方法(如，化学气相沉积(CVD)和等离子体增强化学气相沉积)而演变。这些技术需要液体、粘合剂或高温设备内的蒸气以将石墨烯或石墨薄膜沉积到基底上。另外，这些技术无法以良好的重复性制备和处理石墨烯。

另外，这些石墨烯提供方法还留下沉积于分子水平的污染物。例如，使用液体经由兰慕尔-布罗吉(LB)、逐层(LBL)沉积来沉积薄分子层，所述液体在分子水平污染沉积物。诸如化学气相沉积(CVD)和分子束外延(MBE)的能量密集型方法利用另一基底来沉积所关注的材料层，随后将该材料层转印到所关注的基底。在这样做时，除了工作流程的复杂之外，外来杂质(如，催化剂以及基底分子)掺入沉积物中。必须通过附加步骤来清除这些残余污染物以获得纯净的沉积物。

申请人经常看到在有关石墨烯的发表的专著中提到胶带方法。用此技术的剥落石墨烯的产率相对低，通常为100mm²的基底上的100平方微米薄片。基底上的未剥落石墨往往由于使器件短路而妨碍金属触点的制造/图案化，从而增加挑战。迄今为止，研究石墨烯的最可行的方式是利用电子束写入仪来进行器件制造。尽管电子束写入允许制造新颖的图案和电路，但该技术冗长繁琐，并且每一基底需要不同的布局设计。这目前是石墨烯研究进入主流材料科学界的瓶颈所在。

另外，还有一个挑战是根据需要选择性地放置石墨烯，这在例如器件制造和系统整合中很重要。另外，石墨烯及其电性能对基底表面和环境(包括污染物)非常敏感。需要石墨烯的可供选择的更有用的形式(如，尺寸)以及得到这些形式并将其放置在表面上的方法。

发明内容

在一个方面，本发明描述了一种在基底的至少一个表面(如，主表面)上具有第一弱键合结晶材料(如，石墨或MoS₂)的单一分立原子干燥层的制品。

在另一方面，本发明提供一种将弱键合结晶材料设置到基底上的方法，所述方法包括：将第一弱键合结晶材料的第一单一分立原子干燥层的至少一部分转印到基底的表面(如，主表面)上。

在另一方面，本发明描述了一种包括第一印刷头的印刷机(如，喷墨印刷机)，所述第一印刷头具有包含干燥弱键合结晶材料的印刷表面。可选地，所述印刷机还包括第二或更多印刷头，所述印刷头具有包含干燥弱键合结晶材料的印刷表面，所述干燥弱键合结晶材料可与另一印刷头的干燥弱键合结晶材料相同或不同。

在本专利申请中：

“干燥”意在指示弱键合结晶材料(包括石墨)处于固态，并且未分散在液体或气体介质中。已知的是一些弱键合结晶材料在制备和处理期间可能从环境吸收大量(大约75体积％或更高)的各种物质。在本专利申请的上下文内，吸收了最多达75体积％的物质的弱键合材料被认为“干燥”。

“弱键合”是指范得瓦尔力(如，偶极力、分子间引力、静电力、感应力、色散力、排斥力及其组合)。可选地，制品还包括在所述基底的主表面或所述第一弱键合结晶材料中的至少一个的至少一部分上的弱键合结晶材料的第二单一分立原子层。可选地，所述制品还包括：在所述基底的主表面、所述第一弱键合结晶材料或所述第二弱键合结晶材料中的至少一个的至少一部分上的弱键合结晶材料的第三单一分立原子层。可选地，所述制品还包括：在所述基底的主表面或其他弱键合结晶材料中的至少一个的至少一部分上的弱键合结晶材料的另外的单一分立原子层。