本发明属于材料科学及电子技术领域，涉及一种简便可控的在二维材料上制备电极的方法。
背景技术：
石墨烯、过渡金属二硫化物、氮化硼、二维聚合物等二维材料因其独特的性质引起了研究者的广泛关注，有望在微型电池、超级电容器、晶体管、微电子器件等领域得到广泛应用。其中，在二维材料表面制备电极是进行基础科学研究和实际应用的关键。然而，二维材料的尺寸较小，形状各异，造成了微电极的制备困难。目前，研究者主要通过紫外光刻法、电子束沉积法和聚焦离子束沉积法等微加工方法在二维材料表面制备电极。其中，紫外光刻法需经过涂胶、紫外曝光、显影、刻蚀等工艺，不仅步骤繁琐，而且易对二维材料造成破坏。电子束沉积法和聚焦离子束沉积法能在二维材料的指定位置沉积电极，但所需设备昂贵，操作繁琐，耗时较长，并且易对二维聚合物造成辐照损伤，影响性能表征。因而，本领域仍然需要开发一种简便的适用性广的在二维材料上制备电极的方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种简便可控的在二维材料上制备电极的方法，用于在各种二维材料的目标位置制备形状和尺寸可控的微电极，并在制备过程中避免对二维材料造成损伤和破坏，适用范围广、操作简便、耗时短。
具体的技术方案如下：
一种在二维材料上制备电极的方法，有以下步骤：
1)将二维材料2转移至SiO2/Si基底1上；
2)采用打孔器在胶带4上打一个直径为1～2.5mm的小孔；
3)将载网3粘在胶带4的粘性面上，其中载网3的中心点与胶带4上的小孔的中心点重合；
4)将聚合物薄膜5固定在胶带4的光滑面上，所述聚合物薄膜5的厚度为1～5mm；
5)将步骤4)得到的载网3/胶带4/聚合物薄膜5的组合体安装在微观操作手上的载玻片6上并利用微观操作手将组合体转移至步骤1)中的二维材料2的目标位置处，使组合体带有载网3的一侧朝向二维材料2并压紧；
6)将步骤5)所述的微观操作手缓慢垂直抬起，并移除聚合物薄膜5，在SiO2/Si基底1上得到覆盖载网3及胶带4的二维材料2；
7)在载网3、胶带4和二维材料2上沉积50nm～200nm厚度的金属电极；
8)用镊子去除载网3和胶带4，在二维材料2上得到微电极7。
本发明的一种在二维材料上制备电极的方法中，所述的二维材料2优选石墨烯、二硫化钼、二硫化钨、二氧化钛、氮化硼或二维聚合物；所述的二维材料的二维尺寸优选200nm×500nm～10cm×10cm，厚度优选0.3nm～100μm；所述的SiO2/Si基底1中SiO2层的厚度优选100～500nm；所述的胶带4上的小孔直径优选为2mm。
本发明的一种在二维材料上制备电极的方法中，所述的载网3可以是铜网、镍网、金网、钛网或钼网。
本发明的一种在二维材料上制备电极的方法中，步骤4)中所述的将聚合物薄膜5固定在胶带4的光滑面上，可以利用胶带4的光滑面与聚合物薄膜5之间的粘附力固定的；所述的聚合物薄膜5优选聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜或聚氯乙烯薄膜；聚合物薄膜5的厚度优选为3mm。
本发明的一种在二维材料上制备电极的方法中，步骤5)可以在光学显微镜下进行操作。
本发明的一种简便可控的在二维材料上制备电极的方法中，步骤7)中所述的金属电极优选金电极、铂电极、钨电极或镍电极；金属电极的厚度优选100nm；金属电极的形状和尺寸可以通过选择不同的载网进行调控。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明方法在光学显微镜下进行操作，可准确定位，在二维材料的指定位置沉积电极。
2、本发明方法利用普通的蒸镀设备即可实现电极的制备，设备要求低、操作简便；而且仅通过改变载网的种类，即可方便地调控电极的形状及尺寸。
3、本发明的方法制备的电极制备的电极附着力良好，接触电阻小；在保证较好的电极质量的前提下，在较温和的条件下操作进行，更重要的是避免对各种二维材料的损伤和破坏，适用性广。
附图说明：
图1是本发明步骤1)中将二维材料转移至SiO2/Si基底上的光学显微镜图。
图2是本发明步骤3)得到的带有载网的胶带示意图。
图3是本发明步骤4)将胶带固定在聚合物薄膜上的结构示意图。
图4是本发明步骤5)安装聚合物薄膜后的载玻片示意图。
图5是本发明步骤5)将带有载网和胶带的聚合物薄膜转移到二维材料上的示意图。
图6是本发明步骤6)得到的覆盖有载网和胶带的二维材料的示意图。
图7是本发明步骤7)沉积金属电极后的二维材料示意图。
图8是本发明步骤8)移除载网之后的制备好微电极的二维材料示意图。
图9是实施例1制备好微电极后的二维材料的光学显微镜图。
上述各图中的附图标记均为：1为SiO2/Si基底，2为二维材料，3为载网，4为胶带，5为聚合物薄膜，6为载玻片，7为微电极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1)将二维聚卟啉转移至SiO2(300nm)/Si基底上(注：300nm指的是SiO2的厚度，以下各实施例该处括号内数字均表示SiO2的厚度)，参见附图1。本实施例中二维材料2是二维聚卟啉。由图1的光学显微镜图可以看出，在视野范围内二维聚卟啉的尺寸约为5μm×50μm，厚度为4nm；
2)采用打孔器在胶带上进行打孔，获得带有小孔的胶带，小孔的直径为2mm；
3)将2000目的铜网固定在步骤2)得到的带有小孔的胶带的粘性面上，得到带有2000目的铜网的胶带，其中铜网的中心点与小孔的中心点重合；
4)将步骤3)得到的带有2000目的铜网的胶带的光滑面固定在聚二甲基硅氧烷薄膜上，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为2mm；
5)经步骤4)得到的带有的铜网和胶带的聚二甲基硅氧烷薄膜安装在微观操作手上的载玻片上并利用微观操作手将其转移至步骤1)中SiO2(300nm)/Si基底上的二维聚卟啉的目标位置处并压紧；
6)将微观操作手缓慢垂直抬起，并移除聚二甲基硅氧烷薄膜，在SiO2(300nm)/Si基底上得到覆盖铜网及胶带的二维聚卟啉；
7)在铜网、胶带和二维聚卟啉上沉积厚度为100nm的金电极；
8)沉积完电极后，用镊子去除铜网和胶带，在二维聚卟啉上得到微电极。其光学显微镜图如图9所示，从图中可以看出用本发明的方法制备的微电极清晰分明，电极质量较高，且在沉积完金电极后，二维聚卟啉形貌完好，说明本发明的方法对二维材料没有造成损伤和破坏。
实施例2
1)将石墨烯转移至SiO2(200nm)/Si基底上；
2)采用打孔器在胶带上进行打孔，获得带有小孔的胶带，小孔的直径为1.5mm；
3)将1000目的镍网固定在步骤2)得到的带有小孔的胶带的粘性面上，得到带有1000目的镍网的胶带，其中镍网的中心点与小孔的中心点重合；
4)将步骤3)得到的带有1000目的镍网的胶带的光滑面固定在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的厚度为3mm；
5)经步骤4)得到的带有的镍网和胶带的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜安装在微观操作手上的载玻片上并利用微观操作手将其转移至步骤1)中SiO2(200nm)/Si基底上的石墨烯的目标位置处并压紧；
6)将微观操作手缓慢垂直抬起，移除聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，在SiO2(200nm)/Si基底上得到覆盖镍网和胶带的石墨烯；
7)在镍网、胶带和石墨烯上沉积厚度为150nm的铂电极；
8)沉积完电极后用镊子去除已镍网和胶带，在石墨烯上得到微电极。
实施例3
1)将二硫化钼转移至SiO2(500nm)/Si基底上；
2)采用打孔器在胶带上进行打孔，获得带有小孔的胶带，小孔的直径为2.5mm；
3)将800目的钛网固定在步骤2)得到的带有小孔的胶带的粘性面上，得到带有800目的钛网的胶带，其中钛网的中心点与小孔的中心点重合；
4)将步骤3)得到的带有800目的钛网的胶带的光滑面固定在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为4mm；
5)经步骤4)得到的带有的钛网和胶带的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜安装在微观操作手上的载玻片上并利用微观操作手将其转移至步骤1)中SiO2(500nm)/Si基底上的二硫化钼的目标位置处并压紧；
6)将微观操作手缓慢垂直抬起，移除聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，在SiO2(500nm)/Si基底上得到覆盖钛网和胶带的二硫化钼；
7)在钛网、胶带和二硫化钼上沉积厚度为50nm的钨电极；
8)在沉积完电极后，用镊子去除钛网和胶带，在二硫化钼上得到微电极。
实施例4
1)将氮化硼转移至SiO2(100nm)/Si基底上；
2)采用打孔器在胶带上进行打孔，获得带有小孔的胶带，小孔的直径为1mm；
3)将1500目的金网固定在步骤2)得到的带有小孔的胶带的粘性面上，得到带有1500目的金网的胶带，其中金网的中心点与小孔的中心点重合；
4)将步骤3)得到的带有1500目的金网的胶带的光滑面固定在聚氯乙烯薄膜上，聚氯乙烯薄膜的厚度为1mm；
5)经步骤4)得到的带有的金网和胶带的聚氯乙烯薄膜安装在微观操作手上的载玻片上并利用微观操作手将其转移至步骤1)中SiO2(100nm)/Si基底上的氮化硼的目标位置处并压紧；
6)将微观操作手缓慢垂直抬起，移除聚氯乙烯薄膜，在SiO2(100nm)/Si基底上得到覆盖金网的氮化硼；
7)在金网、胶带和氮化硼上沉积厚度为200nm的镍电极；
8)沉积完电极后用镊子去除金网和胶带，在氮化硼上得到微电极。
实施例5
1)将二硫化钨转移至SiO2(400nm)/Si基底上；
2)采用打孔器在胶带上进行打孔，获得带有小孔的胶带，小孔的直径为2mm；
3)将钼网固定在步骤2)得到的带有小孔的胶带的粘性面上，得到带有钼网的胶带，其中钼网的中心点与小孔的中心点重合；
4)将步骤3)得到的带有钼网的胶带的光滑面固定在聚二甲基硅氧烷薄膜上，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5mm；
5)经步骤4)得到的带有钼网和胶带的聚二甲基硅氧烷薄膜安装在微观操作手上的载玻片上并利用微观操作手将其转移至步骤1)中SiO2(400nm)/Si基底上的二硫化钨的目标位置处并压紧；
6)将微观操作手缓慢垂直抬起，移除聚二甲基硅氧烷薄膜，在SiO2(400nm)/Si基底上得到覆盖钼网的二硫化钨；
7)在钼网和二硫化钨上沉积厚度为100nm的金电极；
8)沉积完电极后用镊子去除钼网，在二硫化钨上得到微电极。
需要说明的是，本发明提供的图示仅以示意图的方式阐述本发明的基本构相，因此图示中仅显示与本发明中的有关组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可随意改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。