[發(fā)明專利]微滴噴射打印裝置及利用該裝置制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710036462.2
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106891414B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊樂華;連洪程;羅俊;瞿懷遠;胡克文;張蕊蕊
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C01B32/16
• 分類號: C01B32/16
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種微滴噴射打印裝置及利用該裝置制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法，用于解決現(xiàn)有制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法復(fù)雜的技術(shù)問題。技術(shù)方案是所述裝置包括氮氣瓶、壓力控制器、儲液器、壓電微噴頭、微結(jié)構(gòu)基底、三維聯(lián)合運動基板、三維聯(lián)合運動基板控制器、壓電陶瓷驅(qū)動器、溫控儀和計算機。方法是將石墨烯分散液通過壓電微噴頭離散成皮升量級均勻石墨烯微滴，并通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)節(jié)液滴直徑和噴射頻率；然后利用計算機控制三維聯(lián)合運動基板，控制石墨烯微滴在基底上的堆積軌跡，逐點、逐線、逐層堆積出石墨烯微結(jié)構(gòu)，同時利用溫控儀控制石墨烯微滴沉積過程的蒸發(fā)速率和溶質(zhì)遷移，最終獲得復(fù)雜石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)圖案。方法簡單易行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微滴噴射打印裝置，還涉及利用這種微滴噴射打印裝置制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料，自2004年Novoselov和Geim用微機械剝離法制備出室溫下存在的石墨烯以來，迅速在全球掀起了石墨烯研究的熱潮。石墨烯是迄今為止最薄最輕、強度最高、導(dǎo)電性最好、導(dǎo)熱性最好的材料，因而在化學、物理、生物、機械、醫(yī)療甚至組織工程學領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。特別的，石墨烯以其獨特的零帶隙能帶結(jié)構(gòu)和電光調(diào)制特性，在電磁超材料、尤其是太赫茲超材料領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景。

盡管化學氣相沉積(CVD)方法可實現(xiàn)大面積石墨烯薄膜的制備，但石墨烯晶體管、石墨烯傳感器、石墨烯超材料等功能器件的應(yīng)用需要復(fù)雜、個性化石墨烯微結(jié)構(gòu)的制備。當前石墨烯微結(jié)構(gòu)的制備方法主要包括掩膜光刻、轉(zhuǎn)移壓印和激光直寫等等，其中前兩者均需借助模板進行加工，加工過程繁瑣，而激光直寫雖無需模板，但其高能加工手段不僅成本較高，且容易造成基底破壞?，F(xiàn)有方法在加工石墨烯微結(jié)構(gòu)時的局限性，嚴重制約了石墨烯在各種功能器件中的應(yīng)用，因而探索無需掩模、低成本、高柔性的石墨烯微結(jié)構(gòu)加工方法至關(guān)重要。

文獻“Ju L,Geng B,Horng J,et al.Graphene plasmonics for tunableterahertz metamaterials.Nature Nanotechnology,2011,6(10):630-634”中介紹了一種將化學氣相沉積在銅基底上的整體石墨烯薄膜，先轉(zhuǎn)移到Si/SiO₂晶片基底上，再采用傳統(tǒng)光刻和氧等離子刻蝕，加工出所需微結(jié)構(gòu)的方法。此方法獲得的石墨烯微結(jié)構(gòu)分辨率高，但其加工過程包含基底轉(zhuǎn)移、涂膠、掩模曝光、顯影、刻蝕、去膠等復(fù)雜工序，且掩模需根據(jù)微結(jié)構(gòu)進行匹配加工，加工柔性差，無法實現(xiàn)定制化石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的直接快速成型。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種微滴噴射打印裝置及利用該裝置制備石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)的方法。所述裝置包括氮氣瓶、壓力控制器、儲液器、壓電微噴頭、微結(jié)構(gòu)基底、三維聯(lián)合運動基板、三維聯(lián)合運動基板控制器、壓電陶瓷驅(qū)動器、溫控儀和計算機。方法是首先將石墨烯分散液通過壓電微噴頭離散成皮升量級均勻石墨烯微滴，并通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)節(jié)液滴直徑和噴射頻率；然后利用計算機控制的三維聯(lián)合運動基板，控制石墨烯微滴在基底上的堆積軌跡，逐點、逐線、逐層堆積出石墨烯微結(jié)構(gòu)，同時利用溫控儀控制石墨烯微滴沉積過程的蒸發(fā)速率和溶質(zhì)遷移，最終獲得復(fù)雜石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)圖案。本發(fā)明將均勻微滴噴射打印增材制造方法與石墨烯超材料微結(jié)構(gòu)單元有機結(jié)合在一起，可實現(xiàn)復(fù)雜個性化石墨烯微結(jié)構(gòu)的無掩模直接快速成型。