一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微制造技術領域，具體涉及一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯材料的出現使近年來的柔性電子得到了爆炸式的發展。石墨烯材料具有優秀的電學、力學、化學性能，圖形化的柔性石墨烯電極在柔性微電子、光電子、電化學能量存儲等領域具有及其廣闊的潛在應用價值，例如目前的柔性場效應晶體管、柔性薄膜太陽能電池、柔性電化學存儲器、柔性顯示器等具體的器件領域競相利用圖形化的石墨烯電極代替傳統的電極圖形。為此，實現石墨烯圖形的高效率、低成本、大規模制造，是發展石墨烯基柔性電子/光子器件的首要問題。
[0003]為了制造圖形化的石墨烯電極，國內外學者已發展了多種不同的成形方法，例如使用噴墨打印技術將石墨烯墨水逐點噴打在襯底上即可連成一定的石墨烯圖形、利用高溫原子力探針在氧化石墨烯薄膜上接觸掃描可以在掃描軌跡上實現還原石墨烯圖形、利用激光可以在氧化石墨烯薄膜表面掃描直寫得到還原石墨烯圖案。然而上述的噴墨打印過程、熱探針掃描過程、激光直寫過程等均是串行的加工方法，難以實現圖形化石墨烯電極的低成本、高效率、規模化制造，已經成為限制石墨烯基柔性電子器件、光子器件、電化學器件等發展的關鍵技術瓶頸，需要從原理上發展一種新的制造方法，實現圖形化石墨烯電極的低成本、高效率、規模化制造。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，具有高效率、低成本、規模化的制造能力。
[0005]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0006]一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，包括以下步驟:
[0007]I)在金屬模板I表面加工有相應圖案的微結構，利用熱源2對金屬模板I進行加熱，使金屬模板I的溫度在200°C?800°C ；
[0008]2)然后利用機械壓力3使金屬模板I接觸到涂覆在柔性襯底5表面的氧化石墨烯薄膜4，其中所施加的機械壓力3以保證金屬模板I與氧化石墨烯薄膜4緊密接觸為限，接觸時間在I毫秒到I分鐘之間；
[0009]3)最后利用機械力6將金屬模板I從氧化石墨稀薄膜4表面移開，即在柔性襯底5表面得到圖形化的還原石墨烯7，其中圖形化的還原石墨烯7的圖案與高溫金屬模板I的微結構相一致。
[0010]所述的金屬模板I為具有高導熱率系數的金屬，包括銅、不銹鋼、鎳或鉻。
[0011]所述的氧化石墨稀薄膜4的厚度為0.1微米到100微米。
[0012]所述的柔性襯底5是纖維素紙、棉布、聚酰亞胺膜(PI膜)或耐高溫聚酯薄膜(PET膜)，
[0013]本發明可高效率、低成本、大規模的制造出高分辨率的石墨烯圖案，為柔性電子、柔性顯示、可穿戴電子、柔性儲能器件等規模化制造提供了技術支撐。
【附圖說明】
[0014]圖1是金屬模板的升溫過程圖。
[0015]圖2是模板熱場誘導過程圖。
[0016]圖3是還原石墨烯電極的成形分離示意圖。
[0017]圖4a是實施例金屬模板實物圖；圖4b是在相片紙表面的圖形化還原石墨烯電極圖；圖4c是還原石墨烯電極圖形的掃描電子顯微鏡表征圖，圖4d是圖4c的局部放大圖，圖4e是還原石墨烯電極圖形的光學顯微鏡放大圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0019]一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，包括以下步驟:
[0020]I)參照圖1，在金屬模板I表面加工有浮雕結構，金屬模板I的材料為銅、不銹鋼、鎳、鉻等具有高導熱率系數的金屬，利用熱源2對金屬模板I進行加熱，使金屬模板I的溫度在 200 °C ?800 °C ；
[0021]2)參照圖2，然后利用機械壓力3使金屬模板I接觸到涂覆在柔性襯底5表面的氧化石墨烯薄膜4，柔性襯底5是纖維素紙、棉布、聚酰亞胺膜(PI膜)或耐高溫聚酯薄膜(PET膜)，氧化石墨稀薄膜4的厚度為0.1微米到100微米，機械壓力3的大小以能夠使金屬模板I緊密接觸氧化石墨烯薄膜4為宜，接觸時間在I毫秒至I分鐘之間，
[0022]3)參照圖3，最后利用機械力6將金屬模板I從氧化石墨烯薄膜4表面移開，即在柔性襯底5表面得到圖形化的還原石墨烯7，其中圖形化的還原石墨烯7的圖案與金屬模板I的微結構相一致。
[0023]下面結合實施例對本發明做詳細描述。
[0024]為了展示柔性還原石墨烯圖形化電極模板熱場誘導的可行性和高效性，本實施例使用了高溫不銹鋼模板對氧化石墨烯進行圖形化熱誘導還原，參照圖4，圖中的GO是氧化石墨稀(Graphene Oxide)的英文縮寫，rGO是還原石墨稀(reduced Graphene Oxide)的英文縮寫。在實施例中，首先利用銑削加工方法在不銹鋼塊材表面銑削出叉指圖形的微結構，得到到金屬模板，參照圖4a，利用家用電爐對金屬模板進行加熱，加熱溫度為650°C ;用噴霧涂覆的方法在相片紙表面噴涂出一層氧化石墨烯薄膜，參照圖4b，氧化石墨烯薄膜的厚度為2微米；將金屬模板接觸氧化石墨烯薄膜并迅速離開，即可在相片紙表面得到叉指圖形化的還原石墨烯圖形化電極，圖4c和圖4d是還原石墨烯電極圖形的掃描電子顯微鏡表征圖，圖4e是還原石墨烯電極圖形的光學顯微鏡放大圖。
【主權項】
1.一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在金屬模板⑴表面加工有相應圖案的微結構，利用熱源⑵對金屬模板⑴進行加熱，使金屬模板(I)的溫度在200°C?800°C ； 2)然后利用機械壓力(3)使金屬模板(I)接觸到涂覆在柔性襯底(5)表面的氧化石墨烯薄膜(4)，其中所施加的機械壓力(3)以保證金屬模板(I)與氧化石墨烯薄膜(4)緊密接觸為限，接觸時間在I暈秒到I分鐘之間； 3)最后利用機械力(6)將金屬模板(I)從氧化石墨烯薄膜(4)表面移開，即在柔性襯底(5)表面得到圖形化的還原石墨烯(7)，其中圖形化的還原石墨烯(7)的圖案與高溫金屬模板(I)的微結構相一致。
2.根據權利要求1所述的一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，其特征在于:所述的金屬模板(I)為具有高導熱率系數的金屬，包括銅、不銹鋼、鎳或鉻。
3.根據權利要求1所述的一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，其特征在于:所述的氧化石墨稀薄膜(4)的厚度為0.1微米到100微米。
4.根據權利要求1所述的一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，其特征在于:所述的柔性襯底(5)是纖維素紙、棉布、聚酰亞胺膜(PI膜)或耐高溫聚酯薄膜(PET膜)?
【專利摘要】一種柔性還原石墨烯圖形化電極的模板熱場誘導成形方法，先在金屬模板表面加工有相應圖案的微結構，利用熱源對金屬模板進行加熱，然后利用機械壓力使金屬模板接觸到涂覆在柔性襯底表面的氧化石墨烯薄膜，最后利用機械力將金屬模板從氧化石墨烯薄膜表面移開，即在柔性襯底表面得到圖形化的還原石墨烯，其中圖形化的還原石墨烯的圖案與高溫金屬模板的微結構相一致，本發明可高效率、低成本、大規模的制造出高分辨率的石墨烯圖案，為柔性電子、柔性顯示、可穿戴電子、柔性儲能器件等規模化制造提供了技術支撐。
【IPC分類】H01M4-04, H01L21-28
【公開號】CN104835729
【申請號】CN201510159274
【發明人】李祥明, 邵金友, 田洪淼, 陳小亮, 徐川
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月3日