[發明專利]一種制備圖案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜

有效

• 申請號: 201110274442.1
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102701600A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張鋒;戴天明;姚琪;劉志勇
• 申請（專利權）人: 京東方科技集團股份有限公司
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C08J7/06
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 黃燦;姜精斌

技術領域

本發明涉及石墨烯制造技術領域，具體涉及一種制備圖案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜。

背景技術

石墨烯是由碳原子蜂窩狀排列構成的二維晶體。由于其具有良好的量子輸運性質、電導率、遷移率以及透過率，石墨烯及其相關器件已經成為物理、化學、生物以及材料科學領域的一個研究熱點。目前，人們可以通過多種方法得到石墨烯，如：機機械剝離高定向石墨法、外延生長法、化學氣相沉積和化學法。其中，化學法由于可以實現石墨烯的大規模溶液法制備被認為是制備石墨烯的重要途徑，相對于其他方法，化學法具有成本低、量大、重復性好的特點。迄今為止，人們已經制備出多種以石墨烯為基本功能單元的器件，包裹場效應晶體管、太陽能電池、納米發電機、傳感器等。

圖案化的石墨烯薄膜可以直接應用于包括晶體管、發光二極管、太陽能電池等在內的光電器件的多個領域。因此，圖案化的石墨烯薄膜是實現石墨烯廣泛應用的有效途徑，是決定其應用性的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制備圖案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜，用以簡化圖案化石墨烯薄膜的制備，并降低制備成本。

為解決上述技術問題，本發明提供方案如下：

一種制備圖案化石墨烯薄膜的方法，包括：

在襯底上形成預定圖案的氧化石墨烯溶液的浸潤區，并在所述襯底上的浸潤區之外的區域形成氧化石墨烯溶液的不浸潤區；

在所述襯底上涂覆氧化石墨烯溶液，以在所述氧化石墨烯溶液的浸潤區形成氧化石墨烯薄膜；

對所述氧化石墨烯薄膜進行還原處理，得到所述預定圖案的石墨烯薄膜。

優選地，上述方法中，

所述在襯底上形成預定圖案的氧化石墨烯溶液的浸潤區，并在所述襯底上的浸潤區之外的區域形成氧化石墨烯溶液的不浸潤區，具體包括：

在襯底上形成所述預定圖案的保護層；

在所述襯底上未被所述保護層覆蓋的區域形成氧化石墨烯溶液的不浸潤區；

去除所述襯底上的所述保護層，得到所述預定圖案的氧化石墨烯溶液的浸潤區。

優選地，上述方法中，所述保護層為光刻膠層或聚甲基丙烯酸甲酯層，所述在襯底上形成預定圖案的保護層是：將光刻膠或聚甲基丙烯酸甲酯在所述襯底上旋涂成膜，然后通過刻蝕處理，得到預定圖案的保護層。

優選地，上述方法中，所述在所述襯底上未被所述保護層覆蓋的區域形成氧化石墨烯溶液的不浸潤區，具體為：將所述襯底置于預定壓力和預定溫度的氟硅烷氣體中，通過氟硅烷分子在所述襯底上未被所述保護層覆蓋的區域自組裝形成一膜層，所述膜層為氧化石墨烯溶液的不浸潤區。

優選地，上述方法中，所述在所述襯底上涂覆氧化石墨烯溶液，以在所述氧化石墨烯溶液的浸潤區形成氧化石墨烯薄膜為：

將氧化石墨烯溶液通過旋涂方式涂覆于所述襯底上，以在所述氧化石墨烯溶液的浸潤區形成液態氧化石墨烯薄膜，并在旋涂過程中利用切向力的作用，甩掉所述氧化石墨烯溶液的不浸潤區的石墨烯溶液；

將涂覆有所述氧化石墨烯溶液的所述襯底烘干，得到所述預定圖案的氧化石墨烯薄膜。

優選地，上述方法中，

進一步通過將所述襯底置于肼蒸汽中進行所述還原處理，得到所述預定圖案的石墨烯薄膜。

優選地，上述方法中，

所述氧化石墨烯溶液按照以下步驟制備：

按照每11.75ml的濃度98％的硫酸溶液中加入1g石墨、0.25g硝酸鈉和1.5g高錳酸鉀的配比，得到反應液；

在溫度0～10℃下攪拌所述反應液至第一預定時間，以及在溫度為30～100℃下繼續攪拌所述反應液至第二預定時間；

然后，用去離子水將所述反應液稀釋后再加入雙氧水，過濾后得到濾液；

再利用去離子水對所述濾液進行充分洗滌直至所述濾液中無SO₄^2-；

然后，經上述處理后的濾液按預定比例，超聲分散在去離子水或有機溶劑中，得到相應濃度的氧化石墨烯溶液。

本發明還提供了一種具有預定圖案的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜根據上述方法制備。

從以上所述可以看出，本發明提供的制備圖案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜，在襯底上形成石墨烯的浸潤區和不浸潤區，從而通過旋涂方式在襯底上實現了石墨烯薄膜的圖案化。該方法操作簡單、成本低廉、可大規模使用。并且，本發明對襯底無損傷，適用于多種襯底，拓展了溶液法制備石墨烯薄膜的應用。

附圖說明