[发明专利]一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜的制备方法

说明书

一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将丙烯酸树脂单体、中链丙三醇或中链甘油三酯、光引发剂、改性蓖麻油互溶得到油相溶液；(2)将去离子水加入到(1)中；(3)将(2)得到的乳液利用推进装置推注；(4)将(3)制得的纳米凝胶分散液透析；(5)将(4)的分散液进行冻干；(6)涂覆图案化步骤(5)的纳米凝胶；(7)煅烧还原步骤(6)制得金属基图形化石墨烯薄膜；(8)将(7)得到的薄膜表面涂覆柔性材料；(9)将(8)得到的样品浸泡在腐蚀溶液中；(10)清洗得到柔性衬底上图案化石墨烯薄膜。本发明成本低廉，使用绿色易得的原料，制作工艺简单；且应用简便，不会造成二次污染。

技术领域

本发明涉及纳米材料及微电子器件技术领域，特别涉及一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

目前石墨烯薄膜图案化主要采用两种方法：一种是采用刻蚀工艺将生长在金属衬底上的石墨烯薄膜图案化，之后使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)转移法将图形化的石墨烯薄膜转移至柔性衬底上；第二种通过Hummers法获得的石墨烯有机/水相分散液，通过工艺选择(打印机直写、丝网印刷等)的方法进行图案化。然而，刻蚀工艺往往涉及掩膜制备、特殊设备以及强酸强碱的使用。而采用Hummers法同样涉及强酸强碱的使用、水资源浪费、二次浆液调制困难以及性能无法重复等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜的制备方法，具有成本低廉、制作工艺简单、应用简便、用途广泛的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜，首先通过煅烧还原纳米凝胶，于金属衬底表面直接合成图形化多层石墨烯薄膜；后将图案化多层石墨烯薄膜通过PMMA转移法转移到柔性衬底上得到，图案化石墨烯由0.5～4nm大小的石墨烯片组成且原衬底的形状与尺寸不受限制。

一种柔性衬底上图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)在25℃～80℃下，将丙烯酸树脂单体、中链丙三醇或中链甘油三酯、光引发剂、改性蓖麻油互溶得到油相溶液；

(2)在25℃～80℃下，将去离子水以一定比例加入到步骤(1)得到的油相溶液并进行机械搅拌、均质乳化、超声乳化或微流乳化制得乳液；

(3)在室温下，将步骤(2)得到的乳液利用推进装置推注进行UV光辐射固化，制得纳米凝胶分散液；

(4)将步骤(3)制得的纳米凝胶分散液，装入透析袋中封口放入去离子水中透析，去除多余表面活性剂；

(5)将步骤(4)制得的纳米凝胶分散液进行冻干，制得纳米凝胶；

(6)在催化金属衬底表面，通过图案化技术，涂覆图案化步骤(5)的纳米凝胶，得到样品；

(7)在惰性气体下，煅烧还原步骤(6)制得的样品，制得金属基图案化石墨烯薄膜；

(8)将步骤(7)得到的金属基图形化石墨烯薄膜表面涂覆一层柔性材料；

(9)将步骤(8)得到的样品浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀去掉催化金属衬底；

(10)用去离子水反复清洗石墨烯/柔性材料结合体并吹干，即得到转移到柔性衬底上的图案化石墨烯。

所述步骤(1)中的丙烯树脂单体为1,6－己二醇双丙烯酸酯(HDDA)，三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)其中一种。

所述步骤(1)中的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮其中一种；