CN102653454A - 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法 - Google Patents

一种图案化石墨烯薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102653454A
CN102653454A CN2011102311961A CN201110231196A CN102653454A CN 102653454 A CN102653454 A CN 102653454A CN 2011102311961 A CN2011102311961 A CN 2011102311961A CN 201110231196 A CN201110231196 A CN 201110231196A CN 102653454 A CN102653454 A CN 102653454A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
substrate
film
pmma
photoresist
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011102311961A
Other languages
English (en)
Inventor
张锋
戴天明
姚琪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOE Technology Group Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BOE Technology Group Co Ltd filed Critical BOE Technology Group Co Ltd
Priority to CN2011102311961A priority Critical patent/CN102653454A/zh
Priority to US13/805,407 priority patent/US20130149463A1/en
Priority to PCT/CN2012/079873 priority patent/WO2013023547A1/zh
Publication of CN102653454A publication Critical patent/CN102653454A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/06—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1279—Process of deposition of the inorganic material performed under reactive atmosphere, e.g. oxidising or reducing atmospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1295—Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/422—Stripping or agents therefor using liquids only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种图案化石墨烯薄膜的制备方法，其包括如下步骤：先将光刻胶或PMMA涂于衬底上，并对其进行图案化处理，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶或PMMA被去除；然后将氧化石墨烯溶液涂覆于所得到的衬底上，并成膜；再将所得的衬底至于肼蒸汽中进行还原处理，将氧化石墨烯处理成石墨烯，得到石墨烯薄膜；最后将所得的衬底在丙酮或光刻胶剥离液中浸泡，除去光刻胶或PMMA以及光刻胶或PMMA上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。本发明通过简单的在衬底上形成图案化的光刻胶或PMMA，以实现制备图案化的石墨烯薄膜。该方法操作简单、成本低廉、可大规模使用，并且对衬底无损伤，适用于多种衬底，拓展了溶液法制备石墨烯的应用。

Description

一种图案化石墨烯薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯器件的制备方法，具体地说，涉及一种图案化石墨烯薄膜的制备方法。
背景技术
石墨烯是由碳原子蜂窝状排列构成的二维晶体。由于其量子输运性质、高的电导率、迁移率、透过率，石墨烯及其相关器件已经成为物理、化学、生物以及材料科学领域的一个研究热点。迄今为止，人们已经制备出多种以石墨烯为基本功能单元的器件，包裹场效应晶体管、太阳能电池、纳米发电机、传感器等。
目前，人们可以通过多种方法得到石墨烯，如：机械剥离法，化学气相沉积，SiC基板热分解和化学法。
机械剥离法是一种反复在石墨上粘贴并揭下粘合胶带来制备石墨烯的方法，该方法很难控制所获得的石墨烯片的大小及层数，而且只能勉强获得数mm见方的石墨烯片。
化学气相沉积法是在真空容器中将甲烷等碳素源加热至1000℃左右使其分解，然后在Ni及Cu等金属箔上形成石墨烯薄膜的技术。
SiC基板的热分解法是将SiC基板加热至1300℃左右后除去表面的Si，剩余的C自发性重新组合形成石墨烯片的工艺。
以上制备方法要么很难获得大面积的石墨烯薄膜，要么制备温度很高，成本较高，不利于石墨烯薄膜的大规模工业化生产。
而化学法是首先使石墨粉氧化，然后投入溶液内溶化，在基板上涂上薄薄的一层后再使其还原。该方法工艺简单、温度较低、成本较低、可以制作大面积石墨烯薄膜，能够实现石墨烯薄膜的大规模工业化生产。
基于石墨烯的电子器件，通常需要图案化石墨烯薄膜，目前石墨烯薄膜图案化的技术有：1)先图案化催化剂，生长得到图案化的石墨烯再转移。这种方法不能将图案化的石墨烯精确定位到器件衬底上。2)先转移大面积的石墨烯到器件衬底上，再通过光刻、刻蚀的方法，最终刻蚀出所需要的图案化的石墨烯。这种方法应用了氧等离子体刻蚀，不可避免的会对石墨烯以及器件的其他部分造成辐照损伤。3)利用模板压印的方法，在需要石墨烯的地方压印上石墨烯。这种方法对不同图形的石墨烯，要求制作不同的模板，且模板制造工艺复杂，成本太高。
因此，开发简单、有效并具有普适性的石墨烯图案化方法是实现石墨烯大规模，低成本使用的前提条件，具有巨大的科学研究价值和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种溶液法制备图案化石墨烯薄膜的方法，该方法操作简单、成本低廉，可大规模使用。
为了实现本发明目的，本发明的一种图案化石墨烯薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
1)先将光刻胶或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)涂于衬底上，并对其进行图案化处理，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶或PMMA被去除；
2)然后将氧化石墨烯溶液涂覆于步骤1)所得到的衬底上，并成膜；
3)再将步骤2)所得的衬底至于肼蒸汽中进行还原处理，将步骤2)中的氧化石墨烯处理成石墨烯，得到石墨烯薄膜；
4)将步骤3)所得的衬底在丙酮或光刻胶剥离液中浸泡，除去光刻胶或PMMA以及光刻胶或PMMA上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。
其中，所述衬底可以为玻璃、金属、石英或者有机物膜等，所述有机物膜为聚酯薄膜(PET膜)、聚苯乙烯膜(PS膜)、聚乙烯膜(PE膜)、聚丙烯腈膜(PAN)等。
步骤1)中所述光刻胶或PMMA采用旋涂或刮涂等方式涂覆于衬底上。所述光刻胶或PMMA的厚度为1～10μm。
所述光刻胶为正性光刻胶或者负性光刻胶。
所述图案化处理通过紫外光刻或电子束刻蚀等微加工工艺进行；这样需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶或PMMA经曝光、显影工艺被去除。
步骤2)中所述氧化石墨烯溶液可按本领域常规方法对石墨进行氧化处理制备氧化石墨烯，也可直接市售获得。
所述氧化石墨烯溶液可按如下方法制备：
在冰水浴条件下，加入石墨、硝酸钠和浓硫酸，搅拌均匀后缓慢加入高锰酸钾，然后在25～40℃搅拌，直到溶液变成浆糊状；之后加入去离子水，继续搅拌10～30min，再加入去离子水和双氧水，搅拌10～30min；将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-；最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声处理，再经离心处理，得到氧化石墨烯；将产物按不同比例超声分散在去离子水或有机溶剂中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液。
其中所述有机溶剂可以为：乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-甲基吡诺烷酮或四氢呋喃等。
所述氧化石墨烯溶液通过旋涂、喷涂等方式涂覆于衬底上，然后在20～80℃温度下烘干成膜。
步骤3)中肼蒸汽采用将肼的水溶液加热到60～90℃获得。
将步骤2)所得的衬底在肼蒸汽中熏蒸24～48h，进行还原处理，可得到石墨烯薄膜。
步骤4)中衬底在丙酮中浸泡时间为2～10分钟。其也可在能溶解光刻胶或者PMMA的任意光刻胶剥离溶液中进行。
本发明所述的旋涂、刮涂、喷涂等涂覆方式均可采用本领域技术人员熟知工艺设备及工艺条件进行。
本发明通过紫外光刻(或电子束光刻)等微加工工艺，在衬底上图形化光刻胶(或PMMA等)，其中需要形成石墨烯图案的区域经曝光、显影工艺被去除。将氧化石墨烯溶液经旋涂、喷涂等方法涂覆于上述衬底表面成膜，然后在肼蒸汽中还原得到石墨烯薄膜。最后采用光刻胶剥离液或者丙酮浸泡衬底，除去衬底表面的光刻胶及光刻胶上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。
本发明通过简单的在衬底上形成图案化的光刻胶或PMMA，以实现制备图案化的石墨烯薄膜。该方法操作简单、成本低廉、可大规模使用，并且对衬底无损伤，适用于多种衬底，拓展了溶液法制备石墨烯的应用。
附图说明
图1为本发明在衬底上形成图案化的光刻胶的结构简图；
图2为本发明在衬底上涂覆氧化石墨烯溶液成膜的结构简图；
图3为本发明制成的带衬底的图案化的石墨烯薄膜的结构简图；
图4为本发明图案化石墨烯薄膜的制备方法的工艺流程图。
图中：
1衬底            2光刻胶或PMMMA
3石墨烯
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图4所示，本发明图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)先将光刻胶或PMMMA2通过旋涂或刮涂等方式涂覆于衬底1上，并通过紫外光刻或电子束刻蚀工艺图案化光刻胶，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶或PMMMA经经曝光、显影工艺被去除。其中，所述衬底可以为玻璃、金属、石英或者有机物膜等，所述有机物膜为PET膜、PS膜、PE膜、PAN膜等。光刻胶或PMMMA的厚度为1～10μm，如图1所示。
2)制备氧化石墨烯溶液：在冰水浴条件下，加入石墨、硝酸钠和浓硫酸，搅拌均匀后缓慢加入高锰酸钾，然后在25～40℃搅拌，直到溶液变成浆糊状；之后加入去离子水，继续搅拌10～30min，再加入去离子水和双氧水，搅拌10～30min；将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-；最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声处理，再经离心处理，得到氧化石墨烯；将产物按不同比例超声分散在去离子水或有机溶剂中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液。其中所述有机溶剂可以为：乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-甲基吡诺烷酮或四氢呋喃等。
3)然后将制备好的氧化石墨烯溶液通过旋涂、喷涂等方式涂覆于已覆有图案化处理的衬底上，并在20～80℃下烘干成膜。如图2所示。
4)将肼的水溶液加热到60～90℃，将所得的衬底放置于密闭容器中，利用肼蒸汽熏蒸衬底24～48h，进行还原处理，可得到石墨烯薄膜3。
5)最后，将步骤4)所得的衬底在丙酮或光刻胶剥离液中浸泡2～10分钟；除去光刻胶或PMMMA以及光刻胶或PMMMA上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。如图3所示。
实施例1
如图4所示，本实施例图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)先将PMMA2旋涂于玻璃衬底1上，PMMA的厚度为5μm，并通过电子束刻蚀工艺图案化PMMA，其中需要形成石墨烯图案的区域的PMMA被去除。如图1所示。
2)制备氧化石墨烯溶液：冰水浴条件下，在200ml烧杯中加入1g石墨，0.25g硝酸钠，11.75ml浓硫酸(98％)，搅拌均匀后缓慢加入1.5g高锰酸钾，然后在35℃搅拌，直到溶液变成浆糊状。之后迅速加入46ml去离子水，继续搅拌15min，再加入140ml去离子水和1.5ml双氧水，搅拌10min。将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-。最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声后于12000r/min的速度下离心3min，得到氧化石墨烯。最后称取20mg氧化石墨烯超声分散于100ml去离子水中得到氧化石墨烯溶液。
3)然后将制备好的氧化石墨烯溶液通过旋涂方式涂覆于已覆有图案化处理的PMMA的衬底上，并在80℃下烘干成膜。如图2所示。
4)随后，将肼的水溶液加热到70℃，将步骤3)所得的衬底放置于密闭容器中，利用肼蒸汽熏蒸衬底48h，得到石墨烯薄膜3。
5)最后，将步骤4)所得的衬底在丙酮中浸泡5分钟，除去PMMA以及PMMA上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。如图3所示。
实施例2
如图4所示，本实施例图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)先将正性光刻胶2旋涂于PET薄膜衬底1上，光刻胶的厚度为10μm，并通过紫外光刻工艺图案化光刻胶，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶经曝光工艺被去除。如图1所示。
2)制备氧化石墨烯溶液：
冰水浴条件下，在200ml烧杯中加入1.5g石墨，0.35g硝酸钠，11.75ml浓硫酸(98％)，搅拌均匀后缓慢加入2.0g高锰酸钾，然后在40℃搅拌，直到溶液变成浆糊状。之后迅速加入46ml去离子水，继续搅拌15min，再加入140ml去离子水和1.5ml双氧水，搅拌10min。将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-。最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声后于12000r/min的速度下离心3min，得到氧化石墨烯。最后称取20mg氧化石墨烯超声分散于100ml乙醇中得到氧化石墨烯溶液。
3)然后将制备好的氧化石墨烯溶液通过喷涂方式涂覆于已覆有图案化处理的光刻胶的衬底上，并在60℃下烘干成膜。如图2所示。
4)随后，将肼的水溶液加热到80℃，将步骤3)所得的衬底放置于密闭容器中，利用肼蒸汽熏蒸衬底36h，得到石墨烯薄膜3。
5)最后，将步骤4)所得的衬底在光刻胶剥离液(上海新阳半导体材料有限公司SYIC9000)中浸泡10分钟，除去光刻胶以及光刻胶上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。如图3所示。
实施例3
如图4所示，本实施例图案化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)先将负性光刻胶2旋涂于铝箔衬底1上，PMMA的厚度为1μm，并通过紫外光刻刻蚀工艺图案化光刻胶，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶经曝光工艺被去除。如图1所示。
2)制备氧化石墨烯溶液：冰水浴条件下，在200ml烧杯中加入0.5g石墨，0.20g硝酸钠，10.75ml浓硫酸(98％)，搅拌均匀后缓慢加入1.2g高锰酸钾，然后在25℃搅拌，直到溶液变成浆糊状。之后迅速加入46ml去离子水，继续搅拌30min，再加入140ml去离子水和1.5ml双氧水，搅拌30min。将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-。最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声后于12000r/min的速度下离心3min，得到氧化石墨烯。最后称取40mg氧化石墨烯超声分散于100ml去离子水中得到氧化石墨烯溶液。
3)然后将制备好的氧化石墨烯溶液通过喷涂方式涂覆于已覆有图案化处理的光刻胶的衬底上，并在20℃下烘干成膜。如图2所示。
4)随后，将肼的水溶液加热到90℃，将步骤3)所得的衬底放置于密闭容器中，利用肼蒸汽熏蒸衬底24h，得到石墨烯薄膜3。
5)最后，将步骤4)所得的衬底在丙酮中浸泡2分钟，除去光刻胶以及光刻胶上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。如图3所示。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但本领域技术人员应当理解，在不违背本发明的精神及原则下，可以对本发明作出不同的修改和润饰，例如，选择不同材质的衬底，像其他金属材料、石英或有机物膜等；不同类型的光刻胶；不同浓度的氧化石墨烯溶液，均可操作简单的、成本低廉地通过溶液法实现制备图案化的石墨烯薄膜，并可大规模生产。这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，这些修改或润饰均应涵盖于本发明权利要求书所界定的专利保护范畴之内。

Claims (12)

1.一种图案化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)先将光刻胶或PMMA涂于衬底上，并对其进行图案化处理，其中需要形成石墨烯图案的区域的光刻胶或PMMA被去除；
2)然后将氧化石墨烯溶液涂覆于步骤1)所得到的衬底上，并成膜；
3)再将步骤2)所得的衬底至于肼蒸汽中进行还原处理，将步骤2)中的氧化石墨烯处理成石墨烯，得到石墨烯薄膜；
4)将步骤3)所得的衬底在丙酮或光刻胶剥离液中浸泡，除去光刻胶或PMMA以及光刻胶或PMMA上面的石墨烯薄膜，得到图案化的石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述光刻胶为正性光刻胶或者负性光刻胶。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述光刻胶或PMMA的厚度为1～10μm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述所述光刻胶或PMMA采用旋涂或刮涂方式涂覆于衬底上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述所述光刻胶的图案化处理通过紫外光刻，PMMA的图案化处理通过电子束刻蚀。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述氧化石墨烯溶液按如下方法制备：在冰水浴条件下，加入石墨、硝酸钠和浓硫酸，搅拌均匀后缓慢加入高锰酸钾，然后在25～40℃搅拌，直到溶液变成浆糊状；之后加入去离子水，继续搅拌10～30min，再加入去离子水和双氧水，搅拌10～30min；将得到的悬浮液过滤，并用稀盐酸洗涤，直至滤液中无SO4 2-；最后用去离子水洗涤以除去多余的盐酸，将最终所得悬浮液超声处理，再进行离心处理，得到氧化石墨烯；将产物按不同比例超声分散在去离子水或有机溶剂中，得到不同浓度的氧化石墨烯溶液。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-甲基吡诺烷酮或四氢呋喃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)为：所述氧化石墨烯溶液通过旋涂或喷涂方式涂覆于衬底上，然后在20～80℃温度下烘干成膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中肼蒸汽采用将肼的水溶液加热到60～90℃获得。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中衬底在丙酮中浸泡时间为2～10分钟。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃、金属、石英或者有机物膜。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述有机物膜为聚酯薄膜、聚苯乙烯膜、聚乙烯膜或聚丙烯腈膜。
CN2011102311961A 2011-08-12 2011-08-12 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法 Pending CN102653454A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102311961A CN102653454A (zh) 2011-08-12 2011-08-12 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法
US13/805,407 US20130149463A1 (en) 2011-08-12 2012-08-09 Method of manufacturing patterned graphene film
PCT/CN2012/079873 WO2013023547A1 (zh) 2011-08-12 2012-08-09 图案化石墨烯薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102311961A CN102653454A (zh) 2011-08-12 2011-08-12 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102653454A true CN102653454A (zh) 2012-09-05

Family

ID=46729202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102311961A Pending CN102653454A (zh) 2011-08-12 2011-08-12 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130149463A1 (zh)
CN (1) CN102653454A (zh)
WO (1) WO2013023547A1 (zh)

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103086372A (zh) * 2013-01-24 2013-05-08 东南大学 一种制备大面积石墨烯海绵的方法
CN103280404A (zh) * 2013-05-17 2013-09-04 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种基于竖直石墨烯的场发射电极的图形化制备方法
CN103435036A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 南开大学 一种石墨烯选择性定点转移方法
CN103710685A (zh) * 2013-12-24 2014-04-09 同济大学 一种直接在柔性基底上制备石墨烯透明导电薄膜的喷涂方法
CN104538396A (zh) * 2015-01-16 2015-04-22 京东方科技集团股份有限公司 半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法
CN104576515A (zh) * 2013-11-15 2015-04-29 北京京东方光电科技有限公司 图案化石墨烯薄膜及阵列基板的制作方法、阵列基板
CN104655698A (zh) * 2015-02-15 2015-05-27 浙江理工大学 石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用
CN104945014A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 苏州汉纳材料科技有限公司 基于石墨烯的透明导电薄膜的图案化方法
CN105589598A (zh) * 2015-12-24 2016-05-18 无锡格菲电子薄膜科技有限公司 一种图案化石墨烯的制造方法
CN105752967A (zh) * 2016-01-29 2016-07-13 白德旭 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
CN105948023A (zh) * 2016-04-27 2016-09-21 中国科学院微电子研究所 图形化石墨烯及其制备方法
CN106313287A (zh) * 2016-11-03 2017-01-11 景德镇全球亮科技有限公司 多功能瓷砖及其制造方法
CN107104078A (zh) * 2017-06-06 2017-08-29 深圳市华星光电技术有限公司 石墨烯电极及其图案化制备方法，阵列基板
CN109163653A (zh) * 2018-09-10 2019-01-08 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种图案化石墨烯柔性应变传感器的制备方法
CN109741881A (zh) * 2019-01-04 2019-05-10 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种石墨烯柔性电极及其制备方法
CN110203881A (zh) * 2019-05-28 2019-09-06 淮阴师范学院 一种由金属辅助的二维材料纳米带的制备方法
CN110406140A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 电子科技大学 基于液膜破裂自组装的柔性电致变色图形化薄膜的制备方法和薄膜
CN112038452A (zh) * 2020-09-10 2020-12-04 哈尔滨工业大学 一种基于紫外光刻工艺的pedot:pss电极的快速图案化刻蚀方法
CN112708401A (zh) * 2020-12-24 2021-04-27 广东工业大学 一种具有微型热结构图案的石墨烯薄膜的加工系统及方法
CN112859514A (zh) * 2021-03-23 2021-05-28 北京科技大学 一种图案化转移石墨炔薄膜的方法
CN113185135A (zh) * 2021-05-25 2021-07-30 陕西科技大学 一种石墨烯涂层导电玻璃的制备方法
CN113533449A (zh) * 2021-07-05 2021-10-22 广西师范大学 一种MXene石墨烯复合结构气体传感器的制备方法
CN114214690A (zh) * 2021-12-27 2022-03-22 宁波南大光电材料有限公司 一种在光刻胶表面镀氧化石墨烯的电镀方法及基板材料

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101878739B1 (ko) * 2011-10-24 2018-07-17 삼성전자주식회사 그래핀 전사부재, 그래핀 전사방법 및 이를 이용한 그래핀 소자 제조방법
CN104022017B (zh) * 2014-06-10 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 一种石墨烯图案化的方法及显示基板的制作方法
CN105217605B (zh) * 2015-07-20 2018-01-02 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种图案化石墨烯的制备方法
KR101955671B1 (ko) 2017-03-24 2019-03-07 충남대학교산학협력단 그래핀 또는 그래핀-금속 복합체 박막의 패터닝 방법
CN106842729B (zh) * 2017-04-10 2019-08-20 深圳市华星光电技术有限公司 石墨烯电极制备方法及液晶显示面板
CN107655856B (zh) * 2017-09-07 2022-04-19 齐鲁工业大学 氧化石墨烯阵列变色薄膜/复合薄膜的制备方法及应用
CN110165023A (zh) * 2019-06-12 2019-08-23 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种石墨烯硅复合光电探测器的制备方法
CN111320164A (zh) * 2020-02-28 2020-06-23 南方科技大学 一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090146111A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Reduced graphene oxide doped with dopant, thin layer and transparent electrode
WO2010074918A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 The Trustees Of The University Of Pennsylvania High yield preparation of macroscopic graphene oxide membranes
CN101872120A (zh) * 2010-07-01 2010-10-27 北京大学 一种图形化石墨烯的制备方法
CN101941694A (zh) * 2010-09-07 2011-01-12 湘潭大学 一种高分散性石墨烯的制备方法
CN102070142A (zh) * 2010-12-14 2011-05-25 四川大学 一种利用化学氧化还原制备石墨烯的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050077503A1 (en) * 2003-07-23 2005-04-14 Takuya Gotou Dispersion comprising thin particles having a skeleton consisting of carbons, electroconductive coating film, electroconductive composite material, and a process for producing them
US8182917B2 (en) * 2008-03-20 2012-05-22 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Reduced graphene oxide film
US9118078B2 (en) * 2009-03-20 2015-08-25 Northwestern University Method of forming a film of graphite oxide single layers, and applications of same
JP5544796B2 (ja) * 2009-09-10 2014-07-09 ソニー株式会社 ３端子型電子デバイス及び２端子型電子デバイス
WO2011122743A1 (ko) * 2010-03-29 2011-10-06 성균관대학교 산학협력단 할로겐 원소가 포함된 환원제를 포함하는 그래핀옥사이드 환원제, 이에 의한 환원그래핀옥사이드의 제조방법 및 제조된 환원그래핀옥사이드의 용도

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090146111A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Reduced graphene oxide doped with dopant, thin layer and transparent electrode
WO2010074918A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 The Trustees Of The University Of Pennsylvania High yield preparation of macroscopic graphene oxide membranes
CN101872120A (zh) * 2010-07-01 2010-10-27 北京大学 一种图形化石墨烯的制备方法
CN101941694A (zh) * 2010-09-07 2011-01-12 湘潭大学 一种高分散性石墨烯的制备方法
CN102070142A (zh) * 2010-12-14 2011-05-25 四川大学 一种利用化学氧化还原制备石墨烯的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YONG ZHOU, ET.AL: "Making Patterns on Graphene", 《ADVANCED MATERIALS》, vol. 22, 8 June 2010 (2010-06-08), pages 3618 *
刘洪涛等: "氨水和氨水蒸汽还原法制备石墨烯", 《全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集》, 17 June 2010 (2010-06-17), pages 216 *

Cited By (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103086372A (zh) * 2013-01-24 2013-05-08 东南大学 一种制备大面积石墨烯海绵的方法
CN103086372B (zh) * 2013-01-24 2015-07-01 东南大学 一种制备大面积石墨烯海绵的方法
CN103280404A (zh) * 2013-05-17 2013-09-04 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种基于竖直石墨烯的场发射电极的图形化制备方法
CN103280404B (zh) * 2013-05-17 2015-09-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种基于竖直石墨烯的场发射电极的图形化制备方法
CN103435036B (zh) * 2013-08-21 2015-02-04 南开大学 一种石墨烯选择性定点转移方法
CN103435036A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 南开大学 一种石墨烯选择性定点转移方法
CN104576515A (zh) * 2013-11-15 2015-04-29 北京京东方光电科技有限公司 图案化石墨烯薄膜及阵列基板的制作方法、阵列基板
CN103710685A (zh) * 2013-12-24 2014-04-09 同济大学 一种直接在柔性基底上制备石墨烯透明导电薄膜的喷涂方法
CN104945014A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 苏州汉纳材料科技有限公司 基于石墨烯的透明导电薄膜的图案化方法
CN104538396A (zh) * 2015-01-16 2015-04-22 京东方科技集团股份有限公司 半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法
CN104538396B (zh) * 2015-01-16 2017-06-30 京东方科技集团股份有限公司 半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法
CN104655698A (zh) * 2015-02-15 2015-05-27 浙江理工大学 石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用
CN104655698B (zh) * 2015-02-15 2017-07-25 浙江理工大学 石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用
CN105589598A (zh) * 2015-12-24 2016-05-18 无锡格菲电子薄膜科技有限公司 一种图案化石墨烯的制造方法
CN105589598B (zh) * 2015-12-24 2019-05-17 无锡格菲电子薄膜科技有限公司 一种图案化石墨烯的制造方法
CN105752967A (zh) * 2016-01-29 2016-07-13 白德旭 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
CN105752967B (zh) * 2016-01-29 2018-10-09 白德旭 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
CN105948023B (zh) * 2016-04-27 2018-03-20 中国科学院微电子研究所 图形化石墨烯及其制备方法
CN105948023A (zh) * 2016-04-27 2016-09-21 中国科学院微电子研究所 图形化石墨烯及其制备方法
CN106313287A (zh) * 2016-11-03 2017-01-11 景德镇全球亮科技有限公司 多功能瓷砖及其制造方法
CN107104078A (zh) * 2017-06-06 2017-08-29 深圳市华星光电技术有限公司 石墨烯电极及其图案化制备方法，阵列基板
CN109163653A (zh) * 2018-09-10 2019-01-08 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种图案化石墨烯柔性应变传感器的制备方法
CN109741881A (zh) * 2019-01-04 2019-05-10 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种石墨烯柔性电极及其制备方法
CN109741881B (zh) * 2019-01-04 2020-09-04 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种石墨烯柔性电极及其制备方法
CN110203881A (zh) * 2019-05-28 2019-09-06 淮阴师范学院 一种由金属辅助的二维材料纳米带的制备方法
CN110406140B (zh) * 2019-08-07 2021-08-03 电子科技大学 基于液膜破裂自组装的柔性电致变色图形化薄膜的制备方法和薄膜
CN110406140A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 电子科技大学 基于液膜破裂自组装的柔性电致变色图形化薄膜的制备方法和薄膜
CN112038452A (zh) * 2020-09-10 2020-12-04 哈尔滨工业大学 一种基于紫外光刻工艺的pedot:pss电极的快速图案化刻蚀方法
CN112038452B (zh) * 2020-09-10 2023-03-03 哈尔滨工业大学 一种基于紫外光刻工艺的pedot:pss电极的快速图案化刻蚀方法
CN112708401B (zh) * 2020-12-24 2021-07-27 广东工业大学 一种具有微型热结构图案的石墨烯薄膜的加工系统及方法
CN112708401A (zh) * 2020-12-24 2021-04-27 广东工业大学 一种具有微型热结构图案的石墨烯薄膜的加工系统及方法
CN112859514A (zh) * 2021-03-23 2021-05-28 北京科技大学 一种图案化转移石墨炔薄膜的方法
CN113185135A (zh) * 2021-05-25 2021-07-30 陕西科技大学 一种石墨烯涂层导电玻璃的制备方法
CN113533449A (zh) * 2021-07-05 2021-10-22 广西师范大学 一种MXene石墨烯复合结构气体传感器的制备方法
CN113533449B (zh) * 2021-07-05 2023-08-25 广西师范大学 一种MXene石墨烯复合结构气体传感器的制备方法
CN114214690A (zh) * 2021-12-27 2022-03-22 宁波南大光电材料有限公司 一种在光刻胶表面镀氧化石墨烯的电镀方法及基板材料
CN114214690B (zh) * 2021-12-27 2023-09-26 宁波南大光电材料有限公司 一种在光刻胶表面镀氧化石墨烯的电镀方法及基板材料

Also Published As

Publication number Publication date
US20130149463A1 (en) 2013-06-13
WO2013023547A1 (zh) 2013-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102653454A (zh) 一种图案化石墨烯薄膜的制备方法
CN102741164B (zh) 石墨烯在基底上大面积的沉积及包含其之制品
EP3157867B1 (en) Method for the fabrication and transfer of graphene
CN102637584B (zh) 一种图形化石墨烯的转移制备方法
CN103868909B (zh) 蘑菇形阵列表面增强拉曼光谱活性基底及制备方法
CN102953118B (zh) 一种单晶石墨烯pn结及其制备方法
CN100534900C (zh) 控制转移单壁碳纳米管阵列结构的方法
CA2999904C (en) Industrial method for preparing large-sized graphene
KR20110031863A (ko) 그래핀의 제조 방법, 그 제조 방법으로 얻어지는 그래핀, 그 그래핀을 포함하는 전도성 박막, 투명 전극, 방열 또는 발열 소자
CN105752967A (zh) 一种石墨烯导电薄膜的制备方法
CN103011181B (zh) 二氧化硅纳米线阵列的剥离-移植方法
KR101429518B1 (ko) 그래핀의 전사 장치 및 전사 방법
CN106044855B (zh) 一种制备单层MoS2的方法
CN102701600B (zh) 一种制备图案化石墨烯薄膜的方法及石墨烯薄膜
CN103833008A (zh) 一种常温下石墨烯的制备方法
CN105540654B (zh) 一种多层次TiO2纳米结构阵列材料的制备方法
CN107539976B (zh) 一种二氧化碳制备超洁净石墨烯的方法
CN105063571A (zh) 一种不锈钢基底上三维石墨烯的制备方法
KR101523172B1 (ko) 금속-칼코게나이드 박막의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 금속-칼코게나이드 박막
CN103337449A (zh) 硅纳米线阵列的移植及其简单器件制备的方法
Kubota et al. Chemical etching of silicon assisted by graphene oxide
Wu et al. Photo-induced exfoliation of monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
CN113200524B (zh) 一种快速减薄单元素碲烯二维材料的制备方法
CN103183522A (zh) 基于Cu膜退火和氯气反应的SiC衬底上制备石墨烯的方法
CN103183335A (zh) 基于Cu膜退火的SiC衬底上大面积石墨烯制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120905