一种石墨烯的化学图形化方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯的化学图形化方法，包括以下步骤：1）在石墨烯表面涂抹光阻材料；2）将步骤1）得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；3）将步骤2）得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料送入反应装置，将显影暴露的石墨烯转变为石墨烷；4）去除步骤3）得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。本发明将需要图形化的石墨烯部分进行保留，而将不需要的部分变成石墨烷，由于石墨烷不导电，所以不会影响石墨烯的导电性能，这样既保证了石墨烯的功能性图形化得以实现，同时也保留了石墨烯加工的可逆性。本发明能够做到大规模、高效率的对石墨烯进行图形化。
【专利说明】一种石墨烯的化学图形化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯【技术领域】，具体涉及一种石墨烯的化学图形化方法。
【背景技术】
[0002]自2004年，曼侧斯特大学的两位教授发现并制备石墨烯以来，石墨烯以其优良的特性受到了科学界和产业界的追捧。石墨烯是目前已知的最轻最薄的二维材料，具有非常好的导电性能，被认为是最有可能取代硅的基础材料。
[0003]石墨烯具有较高的化学稳定性，传统的酸、碱、蚀刻膏等化学材料不能刻蚀石墨烯。目前对石墨烯薄膜图形化主要是采取激光刻蚀的方法，相比于对氧化铟锡(110)采用黄光大规模刻蚀的图形化方法，激光刻蚀方法效率明显要低于黄光工艺，而这也极大地影响了石墨烯图形化的效率，为了便于大规模、快速对石墨烯进行图形化，需要一种新的化学图形化方法。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯的化学图形化方法，能够大规模、高效率的对石墨烯进行图形化。
[0005]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
本发明的石墨烯的化学图形化方法，包括以下步骤:
1)在石墨稀表面涂抹光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料送入反应装置，将显影暴露的石墨烯转变为石墨烷；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0006]进一步，所述步骤1)中，石墨稀为生长基体上生长后转移到目标基体上的石墨稀。
[0007]进一步，所述步骤1)中，生长基体为铜、镍、铁或铝。
[0008]进一步，所述步骤1)中，目标基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0009]进一步，所述步骤1)中，光阻材料为正胶、负胶或反转胶。
[0010]进一步，所述步骤3)中，将显影暴露的石墨烯转变为石墨烷的具体方法为:将材料放入高能反应腔中，用氩气冲洗反应腔，将反应腔中的空气排出，再在反应腔中注入氢气和氩气的混合气体，打开反应腔，反应30分1小时直至达到饱和状态，取出即可。
[0011]进一步，所述步骤3)中，高能反应腔为等离子体或紫外线反应腔。
[0012]进一步，所述步骤3)中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为5%?20%。
[0013]本发明的有益效果在于:
1)石墨烯是一种导电性非常好的半金属材料，石墨烷是一种绝缘体材料，不导电。一般认为，图形化就是讲不需要的部分通过物理或者化学方法刻蚀掉，本发明提出了另一种图形化方法:将需要图形化的石墨烯部分进行保留，将不需要的部分变成石墨烷，由于石墨烷不导电，所以不会影响石墨烯的导电性能，这样既保证了石墨烯的功能性图形化得以实现，同时保留了非图形化部分后续加工的可能性。
[0014]2)采用此方法进行图形化，克服了石墨烯不能进行化学性方法图形化的劣势。目前石墨烯的图形化多采用激光轰击的物理方法实现，此方法效率较低，不利于石墨烯的大规模工业化生产。采用此方法，能够做到大规模、高效率的对石墨烯进行图形化，为石墨烯在触控显示领域的大规模工业化生产打下了基础。
[0015]3)此方法是通过光阻材料作为遮挡层，通过曝光显影实现图形，最后将暴露区域石墨烯变成石墨烷。采用此方法，能够保证材料加工的一致性，提升工业化生产的良率，从而降低了工业生产成本。同时还可实现对图形化边缘精度的有效控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明的石墨烯的化学图形化方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0018]图1为本发明的石墨烯的化学图形化方法的工艺流程图，如图所示，本发明的石墨烯的化学图形化方法，包括以下步骤:
1)在生长基体上生长石墨烯，再转移到目标基体上，然后在石墨烯表面涂抹光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入高能反应腔(等离子体或紫外线等反应腔)中，用氩气冲洗反应腔，将反应腔中的空气排出，再在反应腔中注入氢气和氩气的混合气体(氢气的体积比为59^2090，打开反应腔，反应30分小时直至达到饱和状态，即将显影暴露的石墨稀转变为石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0019]本发明中，石墨稀的生长基体可以选择铜、镇、铁或招等金属基体，石墨稀转移的目标基体可以选择聚对苯二甲酸乙二醇酯、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，光阻材料为正胶、负胶或反转胶等。
[0020]实施例1:
1)在铜箔上生长石墨烯，再将石墨烯转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性透明基板上，然后在石墨烯表面均匀涂抹正光学胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入等离子体反应腔中，排出反应腔中的空气，注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比1090，打开反应腔，反应1小时，反应达到饱和状态，显影暴露区域的石墨烯转变成石墨烷；
4)去除步骤3)得到的的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0021]实施例2:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性透明基板上，在石墨烯表面均匀涂抹反转胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入波长为270的紫外线反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比790，打开反应腔，反应2小时15分钟达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0022]实施例3:
1)在铜箔上生长石墨烯，再将石墨烯转移到聚碳酸酯基底上，然后在石墨烯表面均匀涂抹负光学胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入等离子体反应腔中，排出反应腔中的空气，注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比590，打开反应腔，反应四个小时，反应达到饱和状态，显影暴露区域的石墨烯转变成石墨烷；
4)去除步骤3)得到的的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0023]实施例4:
1)在铜箔上生长石墨烯，再将石墨烯转移到石英基底上，然后在石墨烯表面均匀涂抹负光学胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入等离子体反应腔中，排出反应腔中的空气，注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比890，打开反应腔，反应2小时，反应达到饱和状态，显影暴露区域的石墨烯转变成石墨烷；
4)去除步骤3)得到的的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0024]实施例5:
1)在铜箔上生长石墨烯，再将石墨烯转移到聚乙烯基底上，然后在石墨烯表面均匀涂抹正光学胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入等离子体反应腔中，排出反应腔中的空气，注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比790，打开反应腔，反应2小时，反应达到饱和状态，显影暴露区域的石墨烯转变成石墨烷；
4)去除步骤3)得到的的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
[0025]实施例6:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至聚甲基丙烯酸甲酯基板上，在石墨烯表面均匀涂抹反转胶为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入等离子体反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比2090，打开反应腔，反应30分钟达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烷；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0026]实施例7:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至玻璃基板上，在石墨烯表面均匀涂抹反转胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入波长为278的紫外线反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比1090，打开反应腔，反应2小时达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0027]实施例8:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至聚氯乙烯基板上，在石墨烯表面均匀涂抹正胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入波长为276的紫外线反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比890，打开反应腔，反应1小时30分钟达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0028]实施例9:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至玻璃基板上，在石墨烯表面均匀涂抹反转胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入波长为282鹽的紫外线反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比2090，打开反应腔，反应30分钟达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0029]实施例10:
1)在铜箔上生长石墨烯，将石墨烯转移至玻璃基板上，在石墨烯表面均匀涂抹负胶作为光阻材料；
2)将步骤1)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形；
3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料放入波长为280的紫外线反应腔中，常压下用氩气冲洗反应腔将空气排出，然后注入氢气和氩气的混合气体(氢气体积占比590，打开反应腔，反应3小时达到饱和状态，显影暴露的石墨烯完全转变成石墨烧；
4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化后的石墨烯。
[0030]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)在石墨稀表面涂抹光阻材料； 2)将步骤I)得到的光阻材料-石墨烯复合材料曝光显影，得到需要的图形； 3)将步骤2)得到的曝光显影后的光阻材料-石墨烯复合材料送入反应装置，将显影暴露的石墨烯转变为石墨烷； 4)去除步骤3)得到的复合材料上的光阻材料，得到图形化的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤I)中，石墨稀为生长基体上生长后转移到目标基体上的石墨稀。
3.根据权利要求2所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤I)中，生长基体为铜、镍、铁或招。
4.根据权利要求2所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤I)中，目标基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、石英、聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤I)中，光阻材料为正胶、负胶或反转胶。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤3)中，将显影暴露的石墨烯转变为石墨烷的具体方法为:将材料放入高能反应腔中，用氩气冲洗反应腔，将反应腔中的空气排出，再在反应腔中注入氢气和氩气的混合气体，打开反应腔，反应30分小时直至达到饱和状态，取出即可。
7.根据权利要求6所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤3)中，高能反应腔为等离子体或紫外线反应腔。
8.根据权利要求6所述的石墨烯的化学图形化方法，其特征在于:所述步骤3)中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为5°/Γ20%。
【文档编号】G03F7/00GK104317162SQ201410607577
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】潘洪亮, 崔华亭, 史浩飞, 余崇圣, 钟达 申请人:重庆墨希科技有限公司, 中国科学院重庆绿色智能技术研究院