[發(fā)明專利]互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011342273.6
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN112661139A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: V·A·斯特隆;M·F·埃爾-卡迪;R·B·卡納
• 申請（專利權(quán)）人: 加州大學(xué)評議會
• 主分類號: C01B32/182
• 分類號: C01B32/182;C01B32/198;C01B32/194;B32B9/00;B32B9/04;B32B3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌

本發(fā)明公開一種互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)，其包括多個膨脹的和互連的碳層。在一個實施方案中，所述膨脹的和互連的碳層中的每一個均由一個原子厚的至少一個波紋狀碳薄層構(gòu)成。在另一個實施方案中，所述膨脹的和互連的碳層中的每一個均由各自為一個原子厚的多個波紋狀碳薄層構(gòu)成。所述互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)以導(dǎo)電率和電化學(xué)性質(zhì)高度可調(diào)的高表面積為特征。

本申請是以下申請的分案申請：申請日：2012年12月21日；申請?zhí)枺?01280070343.4(PCT/US2012/071407)；發(fā)明名稱：“互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)”。

本發(fā)明是在由美國國防部國防高級研究項目局頒發(fā)的授予號 HR0011-10-3-0002的政府資助下完成。政府享有本發(fā)明中的某些權(quán)利。此項研究部分地受到埃及高等教育部通過畢業(yè)生研究獎學(xué)金-任務(wù)計劃的支持。

相關(guān)申請

本申請要求于2011年12月21日提交的美國臨時專利申請?zhí)?61/578,431的權(quán)益，該臨時專利申請的公開通過引用被全部并入本文。

本公開的領(lǐng)域

本發(fā)明提供互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)和用于制作、圖案化以及調(diào)節(jié)所述互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)的電性質(zhì)、物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)的廉價過程。

背景

為了實現(xiàn)生產(chǎn)高質(zhì)量的大批碳基裝置諸如有機傳感器，多種合成現(xiàn)在并入有石墨氧化物(GO)作為生成大規(guī)模碳基材料的前體。用于從石墨粉的氧化生產(chǎn)大量GO的廉價方法現(xiàn)在可用。另外，GO的水分散性結(jié)合廉價生產(chǎn)方法使得GO成為用于生產(chǎn)碳基裝置的理想原材料。具體來說，GO具有水分散性質(zhì)。不幸的是，給予GO其水分散性質(zhì)的相同氧物種也在其電子結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷，并且因此GO為電絕緣材料。因此，具有優(yōu)越電子性質(zhì)的裝置級碳基膜的形成需要這些氧物種的去除、共軛碳網(wǎng)絡(luò)的重建以及用于可控制地圖案化碳基裝置特征的方法。

使石墨氧化物還原的方法包括通過肼、肼衍生物或其它還原劑進行的化學(xué)還原、在化學(xué)還原氣體和/或惰性氣氛下的高溫退火、溶劑熱還原、化學(xué)和熱還原方法的組合、閃蒸還原(flash reduction)以及最近GO的激光還原。雖然這些方法中的幾種方法已經(jīng)證明了相對高質(zhì)量的石墨氧化還原，但很多方法受到昂貴設(shè)備、高退火溫度和最終產(chǎn)物中的氮雜質(zhì)的限制。因此，在這些困難中，包括膨脹互連碳網(wǎng)絡(luò)的高表面積和高導(dǎo)電率的性質(zhì)組合仍然是難以捉摸的。另外，通過針對 GO還原以及圖案化的全包含步驟進行的大規(guī)模膜圖案化已證明是困難的并且通常取決于光掩模來提供最基本的圖案。因此，需要用于制作和圖案化互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)的廉價過程，所述互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)具有導(dǎo)電率和電化學(xué)性質(zhì)高度可調(diào)的高表面積。

概述

本發(fā)明提供一種生產(chǎn)互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)的方法。所生產(chǎn)的互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)具有包括互連碳層的膨脹網(wǎng)絡(luò)的高表面積和高導(dǎo)電率的性質(zhì)組合。

在一個實施方案中，所述方法生產(chǎn)圖案化的互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)。在所述特定實施方案中，初始步驟接收具有碳基氧化膜的襯底。一旦所述襯底被接收，那么下一個步驟涉及生成具有足以使碳基氧化膜的部分還原為互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)的功率密度的光束。另一個步驟涉及在碳基氧化膜上通過計算機控制系統(tǒng)以預(yù)確定圖案引導(dǎo)光束，同時通過計算機控制系統(tǒng)根據(jù)與所述預(yù)確定圖案相關(guān)的預(yù)確定功率密度數(shù)據(jù)來調(diào)整光束的功率密度。

在一個實施方案中，襯底是盤形的數(shù)字多功能光盤(DVD)大小的塑料薄層，所述塑料薄層以可拆卸的方式粘著到包含DVD定中孔的 DVD大小的板。載有盤形襯底的DVD大小的板可裝載到直接光盤標記(direct-to-disc labeling)啟用的光盤驅(qū)動器。計算機控制系統(tǒng)執(zhí)行的軟件程序讀出定義預(yù)確定圖案的數(shù)據(jù)。計算機控制系統(tǒng)將光盤驅(qū)動器生成的激光光束引導(dǎo)到盤形襯底上，從而使碳基氧化膜的部分還原為導(dǎo)電性的互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)，所述互連波紋狀碳基網(wǎng)絡(luò)與預(yù)確定圖案的數(shù)據(jù)所述的形狀、尺寸和傳導(dǎo)水平匹配。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀的以下詳細說明之后將了解本公開的范圍并且認識到其額外方面。