CN108263106B - 纳米材料的图形化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米材料的图形化方法，所述图形化方法包括以下步骤：提供一网板、一滤膜及一衬底；将所述网板覆盖于所述滤膜上，丝网印刷聚合物浆料，在所述滤膜的表面形成一图形化的聚合物浆料层；在所述聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成纳米材料结构；将所述纳米材料结构转印至所述衬底上。本发明提供的纳米材料的图形化方法，通过丝网印刷形成图像化的聚合物浆料层，然后在所述聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成图形化的纳米材料结构；最后将所述纳米材料结构转印至所述衬底上。所述图像化方法能够有效的实现纳米材料的图形化，提升纳米材料的图形化质量。

Description

纳米材料的图形化方法
技术领域
本发明涉及纳米材料的图形化技术领域，尤其涉及一种纳米材料的图形化方法。
背景技术
纳米材料由于其特殊的纳米效应，近年来越来越多的被应用到科学及工程的各个领域。纳米材料常见的有石墨烯、银纳米线、碳纳米管等。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，被视为硅材料最有潜力的替代品，其用于制造超微型晶体管，生产未来的超级计算机。银纳米线是具有高长径比的一种一维纳米材料，被视为最有可能替代传统ITO透明电极的材料，为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能，并已有大量的研究将其应用于薄膜太阳能电池。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
在纳米材料研究和使用过程中，如何有效实现其图形化是决定纳米材料应用的关键，但是对于片状二维材料及高长径比的一维纳米线材料，其图形化方法比较困难。目前已有的方法主要包括如下几种：一种是通过喷墨打印的方法(ACS Appl.Mater.Interfaces,2015,7(17),pp 9254–9261)，喷墨技术目前主要应用于纳米颗粒的印刷，而对于片状石墨烯或者线状纳米线材料，由于喷嘴的局限性(片状二维材料及线状一维材料较难通过喷墨打印的喷嘴)很难实现高质量的图形化；一种是通过光刻或者激光切割的方法(ACSAppl.Mater.Interfaces2015,7,13467-13475；Nanoscale,2014,6,946–952)，光刻工艺及激光切割本身是一种非常成熟的图形化方法，但是他们都是一种减材加工工艺，具有破坏纳米材料结构及浪费原材料的缺点，并且切割边缘的平整度非常难以控制；还有一种是通过静电喷涂的方法(ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,14272-14278)，静电喷涂本身是均匀成膜的一种方法，但是图形化都需要借助掩膜版，而且静电喷涂本身并不能精确控制单位面积表面纳米材料的沉积量，因此也不是片状二维材料及高长径比的一维材料实现图形化的有效办法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种纳米材料的图形化方法，能够有效的实现纳米材料的图像化，提升纳米材料的图形化质量。
本发明提出的具体技术方案为：提供一种纳米材料的图形化方法，所述图形化方法包括以下步骤：
提供一网板、一滤膜及一衬底；
将所述网板覆盖于所述滤膜上，印刷聚合物浆料，在所述滤膜的表面形成一图形化的聚合物浆料层；
在所述聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成纳米材料结构；
将所述纳米材料结构转印至所述衬底上。
进一步地，所述滤膜的材质为尼龙、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
进一步地，所述聚合物浆料为聚二甲基硅烷氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
进一步地，所述纳米材料为片状二维材料或线状一维材料。
进一步地，所述纳米材料为石墨烯。
进一步地，所述纳米材料为碳纳米管、银纳米线。
进一步地，所述衬底为玻璃、聚合物薄膜或硅胶膜。
进一步地，沉积纳米材料所采用的工艺为真空抽滤沉积工艺。
进一步地，沉积纳米材料步骤包括：对纳米材料分散液进行真空抽滤，以使得所述纳米材料沉积在所述聚合物浆料层的图形化区域。
进一步地，转印所采用的工艺为热压工艺。
本发明提供的纳米材料的图形化方法，通过丝网印刷形成图像化的聚合物浆料层，然后在所述聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成图形化的纳米材料结构；最后将所述纳米材料结构转印至所述衬底上。所述图像化方法能够有效的实现纳米材料的图形化，提升纳米材料的图形化质量。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1为纳米材料的图形化方法流程图；
图2为滤膜表面丝网印刷PDMS后不同区域内的扫描电子显微镜图；
图3为滤膜沉积Ag NWs后不同区域内的扫描电子显微镜图；
图4为纳米材料结构的光学图；
图5为转印后的衬底的表面的目标图案；
图6为CNT构成的微电极扫描电子显微镜图；
图7为石墨烯构成的微电极扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为局限于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
参照图1，本发明提供的纳米材料的图形化方法包括以下步骤：
步骤S1、提供一网板1、一滤膜2及一衬底3，网板1上具有镂空区域12和非镂空区域11；
步骤S2、将网板1覆盖于滤膜2上，丝网印刷聚合物浆料，在滤膜2的表面形成一图形化的聚合物浆料层4；
步骤S3、在聚合物浆料层4的图形化区域41沉积纳米材料，形成具有非镂空区域11的图案的纳米材料结构42；
步骤S4、将具有非镂空区域11的图案的纳米材料结构42转印至衬底3上，以在衬底3上形成具有目标图案的纳米材料结构43，其中，转印所采用的工艺为热压工艺。
具体的，非镂空区域11的图案、聚合物浆料层4的图形化区域的图案和纳米材料结构42的图案为相同图案，同为目标图案的镜像图案，在热压工艺过程中，将滤膜2沉积有纳米材料结构42的一面水平翻转使得纳米材料结构42与衬底对应，此时，纳米材料结构42的图案与目标图案呈镜像对称，然后再通过转印在衬底3上形成具有目标图案的纳米材料结构。滤膜2的材质为尼龙、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。聚合物浆料为聚二甲基硅烷氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。纳米材料为片状二维材料或线状一维材料。其中，片状二维材料为石墨烯；线状一维材料为碳纳米管、银纳米线。衬底3为玻璃、聚合物薄膜或硅胶膜。
步骤S3中，沉积纳米材料所采用的工艺为真空抽滤沉积工艺。滤膜2的材质为尼龙、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯，滤膜2上有很多微孔，经丝网印刷后，聚合物浆料层4只有图像化区域41未被聚合物浆料覆盖，因此，通过真空抽滤装置进行抽滤过程中，纳米材料分散液只能从聚合物浆料层4的图像化区域41所对应的滤膜2的微孔中通过，经抽滤后，纳米材料沉积在聚合物浆料层4的图形化区域41，形成纳米材料结构42。其中，纳米材料分散液中的分散液为水、乙醇、异丙醇等分散剂。
实施例1
首先定制网板1的图案，本实施例中目标图案为三角形、圆形及正方形三种简单的几何图形。然后在覆盖有网板1的滤膜2的表面丝网印刷聚合物浆料，其中，滤膜2的材质为聚四氟乙烯，滤膜2的直径为50mm，滤膜2上的微孔的孔径为0.2μm，聚合物浆料为聚二甲基硅烷氧烷(PDMS，10:1)。在80℃温度下迅速加热固化，得到图形化的聚合物浆料层4。
图2表示的是滤膜2表面丝网印刷PDMS后不同区域内的扫描电子显微镜(SEM)图，可以看出滤膜2上PDMS未覆盖区域保持原来的孔洞结构，且未覆盖区域与覆盖区域分界的的边缘区域非常整齐，没有出现毛刺现象。
然后将纳米材料分散在乙醇溶液中，配成0.5mg/ml的纳米材料分散液，其中，纳米材料为银纳米线(Ag NWs，平均直径90nm，线长20-50μm)，将上面形成有图形化的聚合物浆料层4的滤膜2进行真空抽滤，在负压作用下使得Ag NWs快速沉积在聚合物浆料层4的图形化区域41，形成纳米材料结构42。
图3表示的是滤膜2沉积Ag NWs后不同区域内的SEM图，可以看出滤膜2被PDMS覆盖的表面没有沉积任何Ag NWs，且边缘同样非常整齐，滤膜2未被PDMS覆盖的区域Ag NWs均匀沉积形成纳米材料结构42。
图4表示的是经真空抽滤后的滤膜2表面的纳米材料结构42的光学图，可以看出纳米材料的图形化的质量比较好。
最后通过转印的方法将沉积得到纳米材料结构42转印到衬底3的表面，其中，衬底为玻璃。图5展示了转印后的衬底3的表面的图案。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于，滤膜2的材质为尼龙，纳米材料为碳纳米管(CNT)，衬底3为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜。
图6表示的是CNT构成的微电极SEM图。
实施例3
实施例3与实施例1不同之处在于，滤膜2的材质为聚偏氟乙烯，滤膜2的直径为100mm，纳米材料为石墨烯，衬底3为硅胶薄膜。
图7表示的是石墨烯构成的微电极SEM图片。
可以理解的是，在其他实施方式中，滤膜2、聚合物浆料及衬底3可以选用其他材质，这里不做限定。当然，纳米材料也可以选用其他片状二维材料或线状一维材料，本实施例中给出的石墨烯、碳纳米管、银纳米线仅仅是作为示例示出，并不用于限定。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种纳米材料的图形化方法，其特征在于，所述图形化方法包括以下步骤：
提供一网板、一滤膜及一衬底；
将所述网板覆盖于所述滤膜上，丝网印刷聚合物浆料，在所述滤膜的表面形成一图形化的聚合物浆料层；
在所述聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成纳米材料结构；
将所述纳米材料结构转印至所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述滤膜的材质为尼龙、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述聚合物浆料为聚二甲基硅烷氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述纳米材料为片状二维材料或线状一维材料。
5.根据权利要求4所述的图形化方法，其特征在于，所述纳米材料为石墨烯。
6.根据权利要求4所述的图形化方法，其特征在于，所述纳米材料为碳纳米管、银纳米线。
7.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述衬底为玻璃、聚合物薄膜或硅胶膜。
8.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，沉积纳米材料所采用的工艺为真空抽滤沉积工艺。
9.根据权利要求8所述的图形化方法，其特征在于，沉积纳米材料步骤包括：对纳米材料分散液进行真空抽滤，以使得所述纳米材料沉积在所述聚合物浆料层的图形化区域。
10.根据权利要求1-9任一项所述的图形化方法，其特征在于，转印所采用的工艺为热压工艺。
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