[发明专利]一种大面积图案化石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种大面积图案化石墨烯的制备方法，属于微波器件技术领域，包括如下步骤：1)对生长石墨烯所用的铜箔进行切割形成初步图案化，得到初步图案化的铜箔；2)在初步图案化的铜箔上生长石墨烯，得到初步图案化铜箔表面上的石墨烯；3)将初步图案化铜箔表面上的石墨烯转移到PVC基底上，得到转移到PVC上的石墨烯；4)对PVC基底进行切割，形成最终图案化的石墨烯。本发明所能加工的石墨烯样品尺寸仅仅局限于CVD炉的管径及铣刀机床的刀头的移动范围，因此可以满足微波段石墨烯材料的要求，在保证了石墨烯尺寸的同时，为石墨烯图案单元分立调控提供了可能。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，具体涉及一种大面积图案化石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子按照蜂巢状晶格排列，以sp2键相互连接起来的单原子层二维纳米材料。自从2004年在实验中真正获取后，这种人类目前唯一可以制备的单原子层二维材料已经引起了人们的巨大兴趣。由于其结构的特殊性，石墨烯在力学、电学、光学、生物化学等等方面表现出杰出的性能，如具有最快的电子迁移率(15000cm2/v/cm)，不受温度控制的超高电荷载流子迁移率(200000cm2/v/s)和接近光速的高效的费米速度(106m/s)。石墨烯还有极好的机械性能，其杨氏模量为1.0TPa，刚性为120-30GPa。此外，它还有极好的电子传导率及柔韧性。正是因为石墨烯的这些性质，广大的科研工作者给予了极高的关注度。

经过十几年的发展，石墨烯制备手段已经多种多样，其中已经形成产业化的主要是化学气相沉积法(CVD)、化学剥离法以及物理剥离法，发明人主要依托于CVD法来制备石墨烯，因此此处着重介绍。CVD法制备的石墨烯主要的转移手段有基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的旋涂法(高国栋.石墨烯的热化学修饰,图案化及拉曼表征[D].哈尔滨工业大学,2014)及基于聚氯乙烯(PVC)的滚轮热压法(“Roll-to-rollproduction of 20-30-inchgraphene films for transparent electrodes,”Nat.Nanotechnol.,vol.5,no.8,pp.574-578,2010.)。其中，用旋涂法转移到Si/SiO₂基底的石墨烯具有较好的完整性，因此具有较好的电气性质。然而受限于旋涂PMMA的操作步骤，该方法只能应用于小面积石墨烯的转移(2cm×2cm)。而在实际应用过程中，尤其是在频率较低的微波波段，往往需要用到面积达到10cm×10cm以上的石墨烯，此时就要用到基于PVC的滚轮热压转移技术。

石墨烯的大量应用同时催生了石墨烯图案化方法的研究，这在频率选择表面(FSS)、超表面(metasurface)等领域都有着重要的意义。传统的图案化方法包括影印石版术、软光刻蚀术及转移压印法等(“Rapid stencil maskfabrication enabled one-steppolymer-free graphene patterning anddirect transfer for flexible graphenedevices,”Sci.Rep.,vol.6,no.1,pp.24890,2016)。这些图案化技术相对成熟，但同时对被图案化的样品的基底有特殊的要求，难以应用于转移到PVC基底的大面积石墨烯。另外，2015年OsmanBalci教授提出“石墨烯-离子液-石墨烯”三明治结构，利用外加电压在微波波段来动态调控石墨电导率特性(“Graphene-enabledelectrically switchable radar-absorbing surfaces”,NatureCommunications,vol.6,no.6628,2015)，但是，受限于大面积石墨烯图案化的难度，石墨烯单元的分别调控还没有实现。因此，大面积石墨烯的图案化目前还是个亟待研究的课题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种大面积图案化石墨烯的制备方法，解决现有成熟的图案化技术与大面积石墨烯转移方法不兼容的问题，同时为石墨烯单元独立调控提供可能。