一種石墨烯的化學圖形化方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯的化學圖形化方法，包括以下步驟：1）在石墨烯表面涂抹光阻材料；2）將步驟1）得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；3）將步驟2）得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料送入反應裝置，將顯影暴露的石墨烯轉變為石墨烷；4）去除步驟3）得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。本發明將需要圖形化的石墨烯部分進行保留，而將不需要的部分變成石墨烷，由于石墨烷不導電，所以不會影響石墨烯的導電性能，這樣既保證了石墨烯的功能性圖形化得以實現，同時也保留了石墨烯加工的可逆性。本發明能夠做到大規模、高效率的對石墨烯進行圖形化。
【專利說明】一種石墨烯的化學圖形化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯【技術領域】，具體涉及一種石墨烯的化學圖形化方法。
【背景技術】
[0002]自2004年，曼側斯特大學的兩位教授發現并制備石墨烯以來，石墨烯以其優良的特性受到了科學界和產業界的追捧。石墨烯是目前已知的最輕最薄的二維材料，具有非常好的導電性能，被認為是最有可能取代硅的基礎材料。
[0003]石墨烯具有較高的化學穩定性，傳統的酸、堿、蝕刻膏等化學材料不能刻蝕石墨烯。目前對石墨烯薄膜圖形化主要是采取激光刻蝕的方法，相比于對氧化銦錫(110)采用黃光大規模刻蝕的圖形化方法，激光刻蝕方法效率明顯要低于黃光工藝，而這也極大地影響了石墨烯圖形化的效率，為了便于大規模、快速對石墨烯進行圖形化，需要一種新的化學圖形化方法。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種石墨烯的化學圖形化方法，能夠大規模、高效率的對石墨烯進行圖形化。
[0005]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
本發明的石墨烯的化學圖形化方法，包括以下步驟:
1)在石墨稀表面涂抹光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料送入反應裝置，將顯影暴露的石墨烯轉變為石墨烷；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0006]進一步，所述步驟1)中，石墨稀為生長基體上生長后轉移到目標基體上的石墨稀。
[0007]進一步，所述步驟1)中，生長基體為銅、鎳、鐵或鋁。
[0008]進一步，所述步驟1)中，目標基體為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0009]進一步，所述步驟1)中，光阻材料為正膠、負膠或反轉膠。
[0010]進一步，所述步驟3)中，將顯影暴露的石墨烯轉變為石墨烷的具體方法為:將材料放入高能反應腔中，用氬氣沖洗反應腔，將反應腔中的空氣排出，再在反應腔中注入氫氣和氬氣的混合氣體，打開反應腔，反應30分1小時直至達到飽和狀態，取出即可。
[0011]進一步，所述步驟3)中，高能反應腔為等離子體或紫外線反應腔。
[0012]進一步，所述步驟3)中，氫氣和氬氣的混合氣體中氫氣的體積比為5%?20%。
[0013]本發明的有益效果在于:
1)石墨烯是一種導電性非常好的半金屬材料，石墨烷是一種絕緣體材料，不導電。一般認為，圖形化就是講不需要的部分通過物理或者化學方法刻蝕掉，本發明提出了另一種圖形化方法:將需要圖形化的石墨烯部分進行保留，將不需要的部分變成石墨烷，由于石墨烷不導電，所以不會影響石墨烯的導電性能，這樣既保證了石墨烯的功能性圖形化得以實現，同時保留了非圖形化部分后續加工的可能性。
[0014]2)采用此方法進行圖形化，克服了石墨烯不能進行化學性方法圖形化的劣勢。目前石墨烯的圖形化多采用激光轟擊的物理方法實現，此方法效率較低，不利于石墨烯的大規模工業化生產。采用此方法，能夠做到大規模、高效率的對石墨烯進行圖形化，為石墨烯在觸控顯示領域的大規模工業化生產打下了基礎。
[0015]3)此方法是通過光阻材料作為遮擋層，通過曝光顯影實現圖形，最后將暴露區域石墨烯變成石墨烷。采用此方法，能夠保證材料加工的一致性，提升工業化生產的良率，從而降低了工業生產成本。同時還可實現對圖形化邊緣精度的有效控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
圖1為本發明的石墨烯的化學圖形化方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0018]圖1為本發明的石墨烯的化學圖形化方法的工藝流程圖，如圖所示，本發明的石墨烯的化學圖形化方法，包括以下步驟:
1)在生長基體上生長石墨烯，再轉移到目標基體上，然后在石墨烯表面涂抹光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入高能反應腔(等離子體或紫外線等反應腔)中，用氬氣沖洗反應腔，將反應腔中的空氣排出，再在反應腔中注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣的體積比為59^2090，打開反應腔，反應30分小時直至達到飽和狀態，即將顯影暴露的石墨稀轉變為石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0019]本發明中，石墨稀的生長基體可以選擇銅、鎮、鐵或招等金屬基體，石墨稀轉移的目標基體可以選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯等柔性透明基板，光阻材料為正膠、負膠或反轉膠等。
[0020]實施例1:
1)在銅箔上生長石墨烯，再將石墨烯轉移到聚對苯二甲酸乙二醇酯柔性透明基板上，然后在石墨烯表面均勻涂抹正光學膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入等離子體反應腔中，排出反應腔中的空氣，注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比1090，打開反應腔，反應1小時，反應達到飽和狀態，顯影暴露區域的石墨烯轉變成石墨烷；
4)去除步驟3)得到的的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0021]實施例2:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至聚對苯二甲酸乙二醇酯柔性透明基板上，在石墨烯表面均勻涂抹反轉膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入波長為270的紫外線反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比790，打開反應腔，反應2小時15分鐘達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0022]實施例3:
1)在銅箔上生長石墨烯，再將石墨烯轉移到聚碳酸酯基底上，然后在石墨烯表面均勻涂抹負光學膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入等離子體反應腔中，排出反應腔中的空氣，注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比590，打開反應腔，反應四個小時，反應達到飽和狀態，顯影暴露區域的石墨烯轉變成石墨烷；
4)去除步驟3)得到的的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0023]實施例4:
1)在銅箔上生長石墨烯，再將石墨烯轉移到石英基底上，然后在石墨烯表面均勻涂抹負光學膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入等離子體反應腔中，排出反應腔中的空氣，注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比890，打開反應腔，反應2小時，反應達到飽和狀態，顯影暴露區域的石墨烯轉變成石墨烷；
4)去除步驟3)得到的的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0024]實施例5:
1)在銅箔上生長石墨烯，再將石墨烯轉移到聚乙烯基底上，然后在石墨烯表面均勻涂抹正光學膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入等離子體反應腔中，排出反應腔中的空氣，注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比790，打開反應腔，反應2小時，反應達到飽和狀態，顯影暴露區域的石墨烯轉變成石墨烷；
4)去除步驟3)得到的的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
[0025]實施例6:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至聚甲基丙烯酸甲酯基板上，在石墨烯表面均勻涂抹反轉膠為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入等離子體反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比2090，打開反應腔，反應30分鐘達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨烷；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0026]實施例7:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至玻璃基板上，在石墨烯表面均勻涂抹反轉膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入波長為278的紫外線反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比1090，打開反應腔，反應2小時達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0027]實施例8:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至聚氯乙烯基板上，在石墨烯表面均勻涂抹正膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入波長為276的紫外線反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比890，打開反應腔，反應1小時30分鐘達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0028]實施例9:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至玻璃基板上，在石墨烯表面均勻涂抹反轉膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入波長為282鹽的紫外線反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比2090，打開反應腔，反應30分鐘達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0029]實施例10:
1)在銅箔上生長石墨烯，將石墨烯轉移至玻璃基板上，在石墨烯表面均勻涂抹負膠作為光阻材料；
2)將步驟1)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形；
3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料放入波長為280的紫外線反應腔中，常壓下用氬氣沖洗反應腔將空氣排出，然后注入氫氣和氬氣的混合氣體(氫氣體積占比590，打開反應腔，反應3小時達到飽和狀態，顯影暴露的石墨烯完全轉變成石墨燒；
4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化后的石墨烯。
[0030]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)在石墨稀表面涂抹光阻材料； 2)將步驟I)得到的光阻材料-石墨烯復合材料曝光顯影，得到需要的圖形； 3)將步驟2)得到的曝光顯影后的光阻材料-石墨烯復合材料送入反應裝置，將顯影暴露的石墨烯轉變為石墨烷； 4)去除步驟3)得到的復合材料上的光阻材料，得到圖形化的石墨烯。
2.根據權利要求1所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)中，石墨稀為生長基體上生長后轉移到目標基體上的石墨稀。
3.根據權利要求2所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)中，生長基體為銅、鎳、鐵或招。
4.根據權利要求2所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)中，目標基體為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根據權利要求1所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)中，光阻材料為正膠、負膠或反轉膠。
6.根據權利要求1所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中，將顯影暴露的石墨烯轉變為石墨烷的具體方法為:將材料放入高能反應腔中，用氬氣沖洗反應腔，將反應腔中的空氣排出，再在反應腔中注入氫氣和氬氣的混合氣體，打開反應腔，反應30分小時直至達到飽和狀態，取出即可。
7.根據權利要求6所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中，高能反應腔為等離子體或紫外線反應腔。
8.根據權利要求6所述的石墨烯的化學圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中，氫氣和氬氣的混合氣體中氫氣的體積比為5°/Γ20%。
【文檔編號】G03F7/00GK104317162SQ201410607577
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】潘洪亮, 崔華亭, 史浩飛, 余崇圣, 鐘達 申請人:重慶墨希科技有限公司, 中國科學院重慶綠色智能技術研究院