[發明專利]一種制備圖案化石墨炔薄膜的方法

在審

• 申請號: 202210519334.4
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114914386A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 向明;黃欣彤
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: H01L51/56
• 分類號: H01L51/56;H01L51/52;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 陳曉寧;王敏鋒

本發明公開了一種制備圖案化石墨炔薄膜的方法，包括：方法1：在銅板基底上先制備出圖案化的無機層，將需要石墨炔薄膜的區域暴露出來，將不需要石墨炔薄膜的區域用無機層覆蓋，在沒有無機層覆蓋的區域生長出石墨炔薄膜；在獲得的石墨炔層沉積或者涂布其他基底；利用化學溶液，將銅板基底溶解，從而將圖案化的石墨炔層轉移到其他基底上；或方法2：在任意基底上，先制備出圖案化的銅層，只在有銅層的區域生長出石墨炔薄膜。本發明借助銅層作為生長石墨炔薄膜的催化劑，通過黃光工藝對銅層進行直接圖案化的處理，或者在其表面覆蓋圖案化的無機層，使得生長出來的石墨炔薄膜本身就是圖案化的，操作簡單、容易實現。

技術領域

本發明涉及石墨炔制造技術領域，具體涉及一種制備圖案化石墨炔薄膜的方法。

背景技術

石墨炔是由sp²和sp兩種形式碳雜化組成的新型二位平面碳材料。如圖1所示，石墨炔具有大的π共軛結構、本征帶隙；不僅如此，理論計算表面其具有優異的電荷傳輸能力。因此，石墨炔在能源轉換和光/電催化等領域具有廣闊的應用前景。目前制備石墨炔薄膜的方法，通常是以六乙炔基苯作為單體，以銅片作為基板和催化劑，通過Glaser-Hay偶聯反應，在銅片上生長大面積、連續的石墨炔薄膜。

由于有機太陽能電池、有機發光二極管等光電轉換器件對水、氧非常敏感，整個器件需要完全被封裝層覆蓋，才能獲得較長的使用壽命。當使用石墨炔薄膜作為載流子傳輸層時，連續的石墨炔薄膜會導致水、氧沿著石墨炔層進入到器件內部，縮短光電轉換器件的使用壽命。此外，連續的石墨炔薄膜，也可能會導致橫向電流的發生，進而降低光電轉換效率。因此，在石墨炔薄膜的實際使用中，需要對其進行圖案化處理，即獲得面積、形狀可控的石墨炔薄膜。石墨炔薄膜的圖案化，可通過刻蝕或者轉印的方式獲得，但前者容易導致石墨炔層的殘留，后者容易導致石墨炔薄膜的破裂。為拓展石墨炔薄膜的商業化應用前景，需要發展一種獲得圖案化石墨炔薄膜的方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供了一種制備圖案化石墨炔薄膜的方法，借助銅層作為生長石墨炔薄膜的催化劑，通過黃光工藝對銅層進行直接圖案化的處理，或者在其表面覆蓋圖案化的無機層，使得生長出來的石墨炔薄膜本身就是圖案化的，操作簡單、容易實現。此外，進一步結合轉印技術，將圖案化的石墨炔薄膜轉移到非銅的目標基底上，拓展了圖案化石墨炔薄膜的應用場景。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種制備圖案化石墨炔薄膜的方法，包括：

方法1：在銅板基底上先制備出圖案化的無機層，將需要石墨炔薄膜的區域暴露出來，將不需要石墨炔薄膜的區域用無機層覆蓋，在沒有無機層覆蓋的區域生長出石墨炔薄膜；或

方法2：在任意基底上，先制備出圖案化的銅層，只在有銅層的區域生長出石墨炔薄膜。

可選的，所述在銅板基底上先制備出圖案化的無機層，將需要石墨炔薄膜的區域暴露出來，將不需要石墨炔薄膜的區域用無機層覆蓋，在沒有無機層覆蓋的區域生長出石墨炔薄膜具體包括：

第一步：在銅板基底上沉積一層無機層；

第二步：在無機層上涂布正性光刻膠，利用光罩1對需要生長石墨炔薄膜的區域曝光，再將該部分光刻膠顯影去除，進一步刻蝕該區域的無機層，從而暴露出該區域的金屬銅層；將得到的圖案化無機層上的光刻膠溶解去除；

第三步：以六乙炔基苯作為單體，通過Glaser-Hay偶聯反應，在暴露的銅層區域生長石墨炔薄膜，從而得到圖案化的石墨炔層；

第四步：在無機層和石墨炔層上涂布正性光刻膠，利用光罩2對圖案化的無機層區域曝光，再將曝光區域的光刻膠顯影去除，進一步刻蝕該區域的無機層，從而在銅板基底上僅保留圖案化的石墨炔層，最后將圖案化石墨炔層上的光刻膠溶解去除；或