CN106486344A - 一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法 - Google Patents

一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)将生长好石墨烯/金属衬底中石墨烯一面贴附于基底膜上，形成基底膜/石墨烯/金属衬底的结构；2)再在金属衬底的一面设置掩膜，掩膜的形状为需要去除石墨烯的图案，形成基底膜/石墨烯/金属衬底/掩膜的结构；3)将步骤2)中带掩膜的中间产品放入刻蚀液中刻掉未被掩膜保护的金属衬底，掩膜和掩膜保护的金属衬底仍然存在；4)将掩膜和掩膜保护的金属衬底一起剥离，得到图案化的石墨烯薄膜。本发明具有以下优点:(1)相对于激光扫除石墨烯去除效率更高，去除更加彻底，避免了激光对基底的损伤。(2)与掩膜刻蚀工艺相比，无需用溶液去除掩膜，从而避免了溶液对石墨烯的污染。

Description

一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯图案化的方法，属于石墨烯电子器件制造领域。
背景技术
石墨烯作为一种新型的二维碳材料，由于其优异的电学、光学性质以及稳定的化学特性，在微电子领域具有广阔的应用前景。化学气相沉积(CVD)方法是取得高质量石墨烯的重要途径之一，也是目前唯一一种可以真正实现产业化生产的方法。目前，无锡格菲电子薄膜科技有限公司通过对CVD法制备石墨烯的改进，展开了大批量的工业化生产。近年来，随着石墨烯电子器件突飞猛进的发展，石墨烯薄膜的应用所能涉猎的电子器件越来越多，比如作为触控传感器的手机屏、智能贴膜，具有电加热功能的加热片，等等。然而，这些电子器件，无论是作为触控传感器还是加热片，一般都需要对石墨烯进行图案化，即将整片的单层或多层的石墨烯变成具有一定图案形状的石墨烯。
目前石墨烯电子器件制作过程中的图案化主要有以下两种方法：
激光刻蚀方法。即使用激光将需去除的石墨烯扫除。
掩膜刻蚀工艺。该工艺是在石墨烯表面制作掩膜保护不需去除的石墨烯，使用氧等离子体将需去除的石墨烯刻蚀，然后去掉掩膜。
激光刻蚀方法无需掩膜，但去除大面积石墨烯时激光刻蚀速度过慢，约56mm2/s。掩膜刻蚀工艺需要先用掩膜将无需刻蚀的区域(留存的石墨烯)用掩膜保护起来，刻蚀完之后，需要再去除留存石墨烯表面的掩膜。去除掩膜的过程通常用碱性溶液容易造成石墨烯性质的变化及污染。并且，这两种方法均易发生去除区域石墨烯残留即无法完全去除的现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种快速、无污染且无残留的图案化的石墨烯薄膜的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将生长好石墨烯/金属衬底中石墨烯一面贴附于基底膜上，形成基底膜/石墨烯/金属衬底的结构；
2)再在金属衬底的一面设置掩膜，掩膜的形状为需要去除石墨烯的图案，形成基底膜/石墨烯/金属衬底/掩膜的结构；
3)将步骤2)中带掩膜的中间产品放入刻蚀液中刻掉未被掩膜保护的金属衬底，掩膜和掩膜保护的金属衬底仍然存在；
4)将掩膜和掩膜保护的金属衬底一起剥离，得到图案化的石墨烯薄膜。
优选地，所述基底膜为硅胶PET保护膜、热剥离胶带、UV固化胶带或热固化胶带；优选硅胶PET保护膜，厚度为125μm。硅胶PET保护膜是以高通明的PET为基材，表面具有有机硅胶胶水的膜材。
优选地，所述金属衬底为铜箔或镍箔，优选铜箔。
优选地，所述掩膜为UV胶或热固化胶。
优选地，所述步骤2)中，掩膜的设置采用印刷的方法。优选地，印刷的厚度为1-50μm，例如：1μm、2μm、5μm、7μm、10μm、15μm、17μm、20μm、25μm、30μm、33μm、35μm、38μm、40μm、44μm、45μm、50μm，等。最佳为15μm。
优选地，所述步骤3)中，所述刻蚀液为FeCl3、CuCl2或(NH4)2S2O8溶液。进一步优选地，所述刻蚀液为0.2mol/L的(NH4)2S2O8溶液。
优选地，所述步骤4)中，所述剥离工艺为用镊子直接将金属衬底和掩膜一起剥离下来或用气枪将金属衬底和掩膜吹下来。具体操作根据本领域技术人员的常识进行，比如：可以为将镊子尖伸入基底膜和铜箔之间，捏住掩膜，施加一定的拉力，即可将铜箔和掩膜一并剥离。
本发明原理：
现有技术中的掩膜工艺，将掩膜直接用于石墨烯，用于将保护需要留存的石墨烯，刻蚀掉未被掩膜保护的石墨烯，即可得到图案化的石墨烯薄膜。故，石墨烯的图案即为掩膜的图案，需要什么样的石墨烯图案，则需要制作与石墨烯图案相同图案形状的掩膜。本发明改变思维模式，掩膜并非直接作用于石墨烯，而是作用于铜箔，间接实现了对石墨烯的图案化。具体的，掩膜起到的作用是保护铜箔不被刻蚀，利用铜箔和石墨烯的结合力大于基底膜和石墨烯之间结合力，剥离时，石墨烯便随铜箔剥离时一起剥离下来，基底膜上便形成了图案化的石墨烯。故，掩膜的图案形状不是留存的石墨烯的图案，而是需要去除的石墨烯的图案。即，传统工艺中，掩膜设在石墨烯表面被掩膜覆盖的区域是保留的，本发明掩膜设在铜箔表面被掩膜覆盖的石墨烯区域是去除的。从而克服了传统方法中去除掩膜过程中对石墨烯造成污染的问题。
本发明有益效果：
传统的掩膜法图案化石墨烯，去除掩膜过程会对石墨烯造成污染，影响石墨烯性能。本发明通过在生长好石墨烯的铜箔上印刷掩膜，刻蚀后去除掩膜覆盖的铜箔，与此同时石墨烯也被去除，从而形成图案化石墨烯，这种不将掩膜直接作用于石墨烯的方法，具有以下优点:
(1)相对于激光扫除石墨烯去除效率更高，去除更加彻底，同时避免了激光对基底的损伤。
(2)与掩膜刻蚀工艺相比，无需用溶液去除掩膜，从而避免了溶液对石墨烯的污染。
经实践，采用本方法图案化后的石墨烯，在去除石墨烯的区域上印刷银浆后，使用3M810胶带垂直拉无脱落现象。而使用激光扫除法图案化的石墨烯，在去除石墨烯的区域上印刷银浆后，使用3M810胶带垂直拉会有部分脱落，参见图2所示，用本发明方法去除石墨烯(a)和用激光扫除法去除石墨烯(b)后印刷的银浆附着力测试结果对比照片。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
其中，1-基底膜，2-生长有石墨烯的铜箔，3-掩膜；4-石墨烯；
图2为用本发明方法去除石墨烯(a)和用激光扫除法去除石墨烯(b)后印刷的银浆附着力测试结果对比照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，参见图1，1-基底膜，2-生长有石墨烯的铜箔，3-掩膜；4-石墨烯，基底膜尺寸为100mm×100mm包括以下步骤：
(1)将生长好石墨烯的铜箔贴附于热剥离胶带膜上；
(2)在贴附于热剥离胶带膜上的铜箔上印刷并固化UV胶掩膜，印刷厚度为15μm；
(3)将带掩膜的样品放入0.2mol/L的(NH4)2S2O8溶液刻掉未被掩膜保护的铜箔，刻蚀结束后用去离子水清洗掉热剥离胶带上的刻蚀液；
(4)将掩膜和未被刻蚀的铜箔用镊子一起剥离，热剥离胶带膜上便形成了图案化的石墨烯。
实施例2：
一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，参见图1，1-基底膜，2-生长有石墨烯的铜箔，3-掩膜；4-石墨烯，基底膜尺寸为100mm×100mm包括以下步骤：
(1)将生长好石墨烯的铜箔贴附于硅胶/PET保护膜上；
(2)在贴附于硅胶/PET保护膜上的铜箔上印刷并固化UV胶掩膜，印刷厚度为5μm
(3)将带掩膜的样品放入0.2mol/L的(NH4)2S2O8溶液刻掉未被掩膜保护的铜箔，刻蚀结束后用去离子水清洗掉热剥离胶带上的刻蚀液；
(4)将掩膜和未被刻蚀的铜箔用镊子一起剥离，热剥离胶带膜上便形成了图案化的石墨烯。
实施例3：
一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，参见图1，1-基底膜，2-生长有石墨烯的铜箔，3-掩膜；4-石墨烯，基底膜尺寸为100mm×100mm包括以下步骤：
(1)将生长好石墨烯的铜箔贴附于UV固化胶带上，并固化；
(2)在贴附于UV固化胶带的铜箔上印刷并固化UV胶掩膜，印刷厚度为50μm；
(3)将带掩膜的样品放入0.2mol/L的FeCl3溶液刻掉未被掩膜保护的铜箔，刻蚀结束后用去离子水清洗掉热剥离胶带上的刻蚀液；
(4)将掩膜和未被刻蚀的铜箔用气枪一起吹下，UV固化胶带上便形成了图案化的石墨烯。
实施例4：
一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，参见图1，1-基底膜，2-生长有石墨烯的铜箔，3-掩膜；4-石墨烯，基底膜尺寸为100mm×100mm包括以下步骤：
(1)将生长好石墨烯的铜箔贴附于热固化胶带上，并固化；
(2)在贴附于热固化胶带的铜箔上印刷并固化UV胶掩膜，印刷厚度为25μm；
(3)将带掩膜的样品放入0.2mol/L的FeCl3溶液刻掉未被掩膜保护的铜箔，刻蚀结束后用去离子水清洗掉热剥离胶带上的刻蚀液；
(4)将掩膜和未被刻蚀的铜箔用气枪一起吹下，热固化胶带上便形成了图案化的石墨烯
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将生长好石墨烯/金属衬底中石墨烯一面贴附于基底膜上，形成基底膜/石墨烯/金属衬底的结构；
2)再在金属衬底的一面设置掩膜，掩膜的形状为需要去除石墨烯的图案，形成基底膜/石墨烯/金属衬底/掩膜的结构；
3)将步骤2)中带掩膜的中间产品放入刻蚀液中刻掉未被掩膜保护的金属衬底，掩膜和掩膜保护的金属衬底仍然存在；
4)将掩膜和掩膜保护的金属衬底一起剥离，得到图案化的石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述基底膜为硅胶PET保护膜、热剥离胶带、UV固化胶带或热固化胶带；优选硅胶PET保护膜，厚度为125μm。
3.根据权利要求1所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述金属衬底为铜箔或镍箔，优选铜箔。
4.根据权利要求1所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述掩膜为UV胶或热固化胶。
5.根据权利要求4所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，掩膜的设置采用印刷的方法。
6.根据权利要求5所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：掩膜印刷的厚度为1-50μm。
7.根据权利要求6所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：掩膜印刷的厚度为15μm。
8.根据权利要求1所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述刻蚀液为FeCl3、CuCl2或(NH4)2S2O8溶液。
9.根据权利要求8所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述刻蚀液为0.2mol/L的(NH4)2S2O8溶液。
10.根据权利要求1所述的图案化的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述剥离工艺为用镊子直接将金属衬底和掩膜一起剥离下来或用气枪将金属衬底和掩膜吹下来。
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