CN109411149B - 石墨烯电路图案及其制备方法、电子产品 - Google Patents

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Abstract

石墨烯电路图案及其制备方法、电子产品。该石墨烯电路图案的制备方法包括：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中使所述金属电路图案与所述氧化石墨稀发生氧化还原反应，从而在所述金属电路图案所在部位形成石墨烯电路图案。利用该方法制备的石墨烯电路图案可直接形成在金属电路图案所在部位，并且生产过程简单，成本低廉，可大规模生产。

Description

石墨烯电路图案及其制备方法、电子产品
技术领域
本公开的实施例涉及一种石墨烯电路图案及其制备方法、电子产品。
背景技术
目前电子产品的信号线一般都采用Cu或Al等金属电路图案，但是这些金属电路图案的电阻值较大并且其耐腐蚀性较差，因此都进一步限制了金属电路图案在高端产品上的开发与应用。石墨烯具有优良的导电性能和稳定性，其电阻率只有约10-8Ω·m，而纯铜的电阻率为0.017Ω·m，其电阻率是石墨烯的170,000倍。
发明内容
本公开至少一实施例提供一种石墨烯电路图案的制备方法，包括：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中使所述金属电路图案与所述氧化石墨稀发生氧化还原反应，从而在所述金属电路图案所在部位形成石墨烯电路图案。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述金属电路图案为由含铜金属材料、含铝金属材料或含铁金属材料制备的电路图案。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述氧化石墨稀溶液为氧化石墨烯在水中的分散液。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述氧化石墨稀溶液的浓度为(0.1-1)g/L。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述金属电路图案的厚度为40nm-700nm。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法，还包括：将所述石墨烯电路图案进行干燥处理。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述干燥处理在温度为1℃-10℃的条件下进行。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，所述干燥处理在温度为4℃-7℃的条件下进行。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法，还包括：在基板上制备金属电路图案，然后将带有所述金属电路图案的所述基板浸泡在所述氧化石墨稀溶液中。
例如，本公开至少一实施例提供的一种石墨烯电路图案的制备方法中，调节所述氧化石墨烯溶液的浓度和/或所述氧化还原反应的时间来控制所述石墨烯电路图案的厚度。
本公开至少一实施例提供的一种由上述任一方法制备的石墨烯电路图案。
本公开至少一实施例提供的一种电子产品，包括上述的石墨烯电路图案作为信号线。
例如，本公开至少一实施例提供的一种电子产品中，所述电子产品为液晶显示面板、有机发光显示面板。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法的流程图一；
图2A-2C为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案在制备过程中的示意图一；
图3为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法的流程图二；
图4为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法的流程图三；
图5A-5C为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案在制备过程中的示意图二；
图6为本公开一实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法的流程图四。
附图标记：
101-金属电路图案；102-石墨烯电路图案；200-基板；201-金属电路图案；202-石墨烯电路图案。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
石墨烯具有优良的导电性能和稳定性，其电阻率只有约10-8Ω·m，但是目前的生产中还没有一种能以较低成本、简单程序生产石墨烯电路图案(例如走线、电极等)的方法。
本公开至少一实施例提供一种石墨烯电路图案的制备方法，包括：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中使金属电路图案与氧化石墨稀发生氧化还原反应，从而在金属电路图案所在部位形成石墨烯电路图案。
本公开至少一实施例提供的一种由上述方法制备的石墨烯电路图案。
本公开至少一实施例提供的一种电子产品，包括上述的石墨烯电路图案作为信号线。
下面通过几个具体的实施例对本公开的石墨烯电路图案及其制备方法、电子产品进行说明。
实施例一
本实施例提供一种在基板上制备石墨烯电路图案的方法，从而使得该石墨烯电路图案可以用于形成电路，例如连接不同的器件，降低电路的阻抗，由此提高电路的性能。该石墨烯电路图案例如可以为导线、电极等多种形式，本公开的实施例对此不作限制。
如图1所示，该实施例所提供的制备石墨烯电路图案的方法包括步骤S101-步骤S102。
步骤S101：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中。
本实施例中，如图2A所示，金属电路图案101例如可以是由含铜金属材料、含铝金属材料或含铁金属材料制备的电路图案等能与氧化石墨烯发生氧化还原反应的金属电路图案，该氧化石墨烯例如可以是市售的也可以是自制的。该金属电路图案101例如通过印刷等方法形成在衬底基板上，该衬底基板可以为塑料、玻璃、陶瓷等材料的。本实施例中，氧化石墨稀溶液例如可以为氧化石墨烯在水中的分散液，即利用简单的氧化石墨烯的水分散液即可与金属电路图案101自发发生氧化还原反应从而得到石墨烯电路图案。该氧化石墨稀溶液的浓度例如可以为约(0.1-1)g/L，例如将氧化石墨烯以约(0.5)g/L的浓度分散在去离子水或水溶液中，从而形成氧化石墨烯的分散液。当然，该水溶液例如也可以为酸性或碱性。
步骤S102：形成石墨烯电路图案。
本实施例中，如图2B所示，将金属电路图案101浸泡在氧化石墨稀分散液中后，金属电路图案101即与氧化石墨稀发生氧化还原反应，从而在金属电路图案101所在部位形成石墨烯电路图案102，而金属电路图案101被氧化成相应的金属离子或金属氧化物并进入到氧化石墨稀溶液中。
本实施例中，在反应物足量的情况下，例如可以通过调节氧化石墨烯溶液的浓度和/或氧化还原反应的时间来控制石墨烯电路图案102的尺寸，例如石墨烯电路图案102的厚度。例如，氧化石墨烯溶液的浓度越高，金属电路图案101与氧化石墨稀发生氧化还原反应的速率越快，因此相同时间内形成的石墨烯电路图案102的厚度越大；例如，在氧化石墨烯溶液的浓度一定的情况下，氧化还原反应持续的时间越长，所生成的石墨烯电路图案102的厚度越大。
本实施例中，金属电路图案101的厚度可根据需求进行选择，例如可以选择为40nm-700nm或其他合适尺寸，因此当金属电路图案101与氧化石墨烯完全反应时，金属电路图案101被完全消耗，而在金属电路图案101所在部位形成石墨烯电路图案102，如图2C所示，本示例中所形成的石墨烯电路图案102的厚度可以通过选择金属电路图案201的厚度来进行调节，金属电路图案201的厚度越大，其与氧化石墨烯完全反应后形成的石墨烯电路图案102的厚度越大。
本实施例的一个示例中，如图3所示，石墨烯电路图案的制备方法例如还可以包括步骤S103。
步骤S103：将石墨烯电路图案进行干燥处理。
本实施例中，石墨烯电路图案102在形成后，还可以进行干燥处理，该干燥处理过程例如可以在温度为1℃-10℃，例如4℃-7℃，又例如5℃-6℃的条件下进行。对石墨烯电路图案102在低温条件下进行干燥处理可以降低石墨烯电路图案102的干燥速率，防止其在快速干燥时产生的内部应力，进而防止石墨烯电路图案102产生开裂。
本实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法制备工艺简单，成本低廉，适于大规模生产；另外本实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法制得的石墨烯电路图案尺寸可调，该石墨烯电路图案具有优异的导电性和稳定性，可作为信号线等应用于例如电子产品等诸多领域。
实施例二
本实施例提供一种石墨烯电路图案的制备方法，如图4所示，该石墨烯电路图案的制备方法包括步骤S200-步骤S202。
步骤S200：在基板上制备金属电路图案。
步骤S200可以采用制备印刷电路板的方法执行，或者可以通过制备半导体基板的方法执行。本实施例中，如图5A所示，金属电路图案201例如可以是自制的，例如可以将所选择的金属材料，例如含铜(铜或合金)金属材料、含铁(铁或铁合金)金属材料、含铝(铝或铝合金)金属材料等采用磁控溅射等方法在基板上形成金属薄膜，然后通过刻蚀方法在基板200的合适位置上从而形成金属电路图案201，从而得到印刷电路；或者又例如，将所选择的金属材料，例如铜、铁或铝等金属材料以薄膜形式形成在基板200表面后，利用光刻工艺等方法形成图案化的金属电路图案201，从而得到半导体基板。
步骤S201：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中。
本实施例中，在基板200上制备完成金属电路图案201后，将带有金属电路图案201的基板200浸泡在氧化石墨稀溶液中。本实施例中，氧化石墨稀溶液例如可以为氧化石墨烯在水中的分散液，该氧化石墨稀溶液的浓度例如可以为约(0.1-0.5)g/L，例如将氧化石墨烯以约(0.2)g/L的浓度分散在水溶液中，从而形成氧化石墨烯在水中的分散液。
步骤S202：形成石墨烯电路图案。
本实施例中，如图5B所示，将带有金属电路图案201的基板200浸泡在氧化石墨稀分散液中后，金属电路图案201即与氧化石墨稀发生氧化还原反应，从而在基板200上的金属电路图案201所在部位形成石墨烯电路图案202，而金属电路图案201被氧化成相应的金属离子或金属氧化物并进入到氧化石墨稀分散液中。
本实施例中，例如也可以通过调节氧化石墨烯分散液的浓度和/或氧化还原反应的时间来控制石墨烯电路图案201的尺寸，例如石墨烯电路图案201的厚度，其具体调节方式同上一实施例，本实施例不再赘述。
本实施例中，金属电路图案201的厚度可以根据需求进行选择，例如可以选择金属电路图案201的厚度为40nm-300nm或其他合适尺寸，因此当金属电路图案201与氧化石墨烯完全反应时，金属电路图案201被完全消耗，而在基板200上的金属电路图案201所在部位形成石墨烯电路图案202，因此本示例所形成的石墨烯电路图案202的厚度可以通过选择金属电路图案201的厚度来进行调节，金属电路图案201的厚度越大，其与氧化石墨烯完全反应后形成的石墨烯电路图案102的厚度越大。
本实施例的一个示例中，如图6所示，石墨烯电路图案的制备方法例如还可以包括步骤S203。
步骤S203：将石墨烯电路图案进行干燥处理。
本实施例中，石墨烯电路图案202在形成后，还可以进行干燥处理，该干燥处理过程例如可以在温度为1℃-10℃，例如4℃-7℃，又例如5℃-6℃的条件下进行。对石墨烯电路图案202在低温条件下进行干燥处理可以降低石墨烯电路图案202的干燥速率，防止其在快速干燥时产生内部应力，进而防止石墨烯电路图案202产生开裂。
本实施例中，基板200例如可以为玻璃基板或石英基板等合适的基板，因此将带有金属电路图案202的基板200浸泡在氧化石墨稀溶液中后，石墨烯电路图案202即形成在基板200上金属电路图案201所在的位置。如图5C所示，当金属电路图案201与氧化石墨稀完全反应后，金属电路图案201完全被消耗，从而石墨烯电路图案202在金属电路图案201原本所在位置取代金属电路图案201。本实施例中，基板200例如可以采用制备液晶显示面板或有机发光显示面板等电子产品的基板，因此利用本实施例的方法将石墨烯电路图案202形成在基板200上后，即可将该石墨烯电路图案202作为该电子产品的信号线，然后再进行后续制备工艺。
本实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法制备工艺简单，成本低廉，适于大规模生产；并且本实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法制得的石墨烯电路图案可直接形成在基板上，并可以利用图案化的金属电路图案进行构图；另外该石墨烯电路图案的尺寸可调，并且由于其具有优异的导电性和稳定性，因此其形成厚度在很薄的情况下仍能具有很高的导电能力；本实施例提供的石墨烯电路图案的制备方法制得的石墨烯电路图案例如可以作为信号线等应用于例如电子产品等诸多领域。
实施例三
本实施例提供一种石墨烯电路图案，该石墨烯电路图案由上述任一一种方法制备得到。该石墨烯电路图案的形成状态可以根据需求通过在制备过程中选择原料金属电路图案的图案和尺寸进行调节，该石墨烯电路图案具有优异的导电性和稳定性，可以替代铜、铝等金属电路图案作为信号线等应用于例如电子产品当中。
实施例四
本实施例提供一种电子产品，包括上述的石墨烯电路图案作为信号线，该电子产品例如可以为液晶显示面板、有机发光显示面板等电子产品。
例如，当该电子产品为液晶显示面板时，由于石墨烯电路图案具有优异的导电性能，因此其形成厚度小于通常显示面板所采用的铜(Cu)等金属信号线的厚度，例如可以形成40-300nm，例如100nm的厚度，因此在石墨烯电路图案上再形成其他功能层时，可使各膜层的厚度差异减小，从而可以减小由于各膜层差异而造成的液晶分子在石墨烯电路图案边缘两侧产生的液晶紊乱区域，因此可以进一步减小液晶显示面板黑矩阵的设计宽度，进而提高其像素的开口率。另外，该电子产品由于应用厚度较薄的石墨烯电路图案代替传统的金属电路图案，因此更有利于该电子产品的薄型化设计；同时，该电子产品应用的石墨烯电路图案具有优异的稳定性，可避免传统金属电路图案可能出现的腐蚀等现象，因此更有利于该电子产品寿命的提高。
还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不限于这些具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种石墨烯电路图案的制备方法，包括：将金属电路图案浸泡在氧化石墨稀溶液中使所述金属电路图案与所述氧化石墨稀发生氧化还原反应，使得所述金属电路图案被完全反应，从而在所述金属电路图案所在部位形成石墨烯电路图案。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述金属电路图案为由含铜金属材料、含铝金属材料或含铁金属材料制备的电路图案。
3.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述氧化石墨稀溶液为氧化石墨烯在水中的分散液。
4.根据权利要求3所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述氧化石墨稀溶液的浓度为(0.1-1)g/L。
5.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述金属电路图案的厚度为40nm-700nm。
6.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，还包括：将所述石墨烯电路图案进行干燥处理。
7.根据权利要求6所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述干燥处理在温度为1℃-10℃的条件下进行。
8.根据权利要求7所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，所述干燥处理在温度为4℃-7℃的条件下进行。
9.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，还包括：在基板上制备金属电路图案，然后将带有所述金属电路图案的所述基板浸泡在所述氧化石墨稀溶液中。
10.根据权利要求1所述的石墨烯电路图案的制备方法，其中，调节所述氧化石墨烯溶液的浓度和/或所述氧化还原反应的时间来控制所述石墨烯电路图案的厚度。
11.一种由权利要求1-10任一所述的方法制备的石墨烯电路图案。
12.一种电子产品，包括权利要求11所述的石墨烯电路图案作为信号线。
13.根据权利要求12所述的电子产品，其中，所述电子产品为液晶显示面板、有机发光显示面板。
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