還原氧化石墨烯電路及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種還原氧化石墨帰電路，更具體地，涉及一種制備送種還原氧化石 墨帰電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨帰是一種緊密堆積成二維（2D)蜂窩結(jié)構(gòu)的SP2雜化的碳原子的扁平單層。由 于其具有匹敵石墨的顯著的面內(nèi)值（分別是~3000W/mK、8000S/m和lOOOGPa)的優(yōu)越的 導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，它吸引了越來越多的關(guān)注。
[0003]此外，石墨帰是零帶隙半導(dǎo)體，具有k點(diǎn)附近的線性帶結(jié)構(gòu)。在高光強(qiáng)度下，光生 載流子阻止進(jìn)一步的吸收。石墨帰中的狄拉克費(fèi)米子的高頻導(dǎo)電率應(yīng)該是等于e2/4h的 普適常數(shù)。送種獨(dú)特的性質(zhì)賦予了石墨帰通用的2. 3 %的線性光吸收，盡管它具有高的導(dǎo)電 性，送樣的線性光吸收也使其透明。
[0004]自從其在2004年通過微機(jī)械剝離首次產(chǎn)生，人們就在其制備上付出了很多努力。 除了微機(jī)械剝離之外，研究的制備方法還包括熱化學(xué)氣相沉積技術(shù)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣 相沉積法、化學(xué)法、SiC熱分解、剖開CNT等。
[0005]CN103508447公開了一種制備石墨帰的方法。該方法包括W下步驟：獲得氧化石 墨帰和襯底；制備氧化石墨帰的糊狀物并且在襯底的表面上涂覆該糊狀物；W及通過激光 還原法制備石墨帰。然而，送種方法在激光還原過程中需要一個特殊的氣體環(huán)境，致使生產(chǎn) 成本增加。此外，形成的石墨帰很容易從襯底上剝離。
[0006]W02012128748公開了一種制備圖案化的石墨氧化膜的方法。該方法包括W下步 驟：選擇石墨氧化膜，其中石墨氧化膜是獨(dú)立的石墨氧化膜；在石墨氧化膜上形成圖案，W 形成圖案化的石墨氧化膜，其中該圖案是通過將一部分石墨氧化膜還原成導(dǎo)電的還原石墨 氧化物而形成的；和形成包括圖案化的石墨氧化膜的器件，并從帶狀物切割圖案。然而，為 了器件形成，通過使用帶狀物將獨(dú)立的石墨氧化膜附著在其它部件上是復(fù)雜且不安全的。
[0007]CN101723310公開了一種利用微納米結(jié)構(gòu)光處理制備導(dǎo)電氧化石墨帰的方法。該 方法包括W下步驟：通過旋涂、浸涂或滴涂在襯底上形成氧化石墨帰；建立納米制備激光 系統(tǒng)；和將襯底上的氧化石墨帰還原成石墨帰。激光系統(tǒng)工作在雙光束干涉模式下，并應(yīng)用 干涉條紋。然而，在送樣的系統(tǒng)下，圖案化的尺寸很小巧0x50μm)，為微米（μm)規(guī)模，且加 工效率低。此外，由于點(diǎn)對點(diǎn)和干擾激光掃描系統(tǒng)用于制備微納米結(jié)構(gòu)，從而制備表面在本 質(zhì)上是離散的，所W限制了表面質(zhì)量（也稱為產(chǎn)品的表面細(xì)節(jié)）。
[0008]因此，有一個未滿足的需要是W高效的方式制備用于不同應(yīng)用的導(dǎo)電氧化石墨帰 器件或電路的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的第一方面是提供一種還原氧化石墨帰電路。
[0010] 根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式，一種還原氧化石墨帰電路包括；襯底；形 成在該襯底上的親水層；形成在親水層上的氧化石墨帰（GO)層；和形成在氧化石墨帰層上 的還原氧化石墨帰（rGO)圖案。
[0011] 當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的第二方面是提供一種制備還原氧化石墨帰電路的方法。
[0012] 根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式，一種制備還原氧化石墨帰電路的方法包括 W下步驟：提供襯底；在該襯底上形成親水層；在親水層上形成氧化石墨帰層；和通過激光 將一部分氧化石墨帰層還原成還原氧化石墨帰，W在該氧化石墨帰層上形成還原氧化石墨 帰圖案。
[0013] 形成氧化石墨帰層的步驟進(jìn)一步包括：提供氧化石墨帰溶液；在親水層上旋涂氧 化石墨帰溶液；和干燥親水層上的氧化石墨帰溶液。
[0014] 優(yōu)選地，納砂激光（248nm)用于選擇性還原氧化石墨帰，W制備預(yù)定的還原氧化 石墨帰圖案。
[0015] 根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式，與光刻蝕刻工藝相比，激光圖案化工藝 適于制備具有良好透明度（光透射率=83% (在波長=555皿時））、高導(dǎo)電率（0 = 7. 142X103S/m(在12. 2nm的層厚度時））和高疏水性（最大的接觸角=115° )的還原氧 化石墨帰電路。
[0016]另外，本發(fā)明的方法提供了許多優(yōu)點(diǎn)，包括；快速原型制作、減少了技術(shù)步驟、高吞 吐量、沒有化學(xué)藥品、環(huán)保、高產(chǎn)量、高分辨率和精密度。
【附圖說明】
[0017] 在下文中參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中：
[0018]圖1是根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的還原氧化石墨帰電路的截面圖；
[0019] 圖2是示出根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的還原氧化石墨帰電路的制備 方法的步驟的流程圖；
[0020] 圖3是示出根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的還原氧化石墨帰微電路的制 備方法的步驟的示意圖；
[0021] 圖4示出了根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的不同實(shí)施方式的通過用食人魚溶液處理 襯底形成的多個親水表面；
[002引圖5A和圖5B分別示出了根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的具有不同旋轉(zhuǎn)速度的GO和rGO層的靜態(tài)水接觸角；
[0023] 圖6示出了根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的作為旋轉(zhuǎn)速度函數(shù)的rGO層的 導(dǎo)電率；
[0024] 圖7示出了根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的作為旋轉(zhuǎn)速度函數(shù)的rGO層的 厚度；
[002引圖8是根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的Η點(diǎn)上的rGO層的紫外-可見0JV/vis)透射光譜；和
[002引圖9是根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的用不同能量密度（60-100mJ/cm2) 激光圖案化之前和之后的GO層的拉曼光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下面的描述中，作為優(yōu)選實(shí)例提出了還原的氧化石墨帰電路和制備方法的相應(yīng) 實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下 進(jìn)行包括增加和/或替換的修改。可省略具體細(xì)節(jié)W免使本發(fā)明難W理解；然而，寫入該公 開W使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本文的教導(dǎo)而沒有進(jìn)行過度試驗(yàn)。
[0028] 圖1是根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的還原石墨帰電路的截面圖。還原石 墨帰電路包括襯底11、親水層12、氧化石墨帰層13和還原氧化石墨帰的圖案14。親水層 12形成在襯底11的表面上。氧化石墨帰層13形成在親水層12的表面上。還原氧化石墨 帰的圖案14形成在氧化石墨帰層13上。
[0029]圖2是根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造還原氧化石墨帰電路的 方法步驟的流程圖。在步驟201中，提供襯底。在步驟202中，在襯底的表面上形成親水層。 在步驟203中，在親水層的表面上形成氧化石墨帰層。在步驟204中，通過激光將一部分氧 化石墨帰層還原成還原氧化石墨帰，W圖案化該還原氧化石墨帰電路。
[0030]圖3是示出根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的用于制備還原氧化石墨帰微 電路的方法步驟的示意圖。通過納砂激光，通過氧化石墨帰的還原圖案化該還原氧化石墨 帰微電路，W用于電傳導(dǎo)。
[0031] 在步驟301中，通過食人魚溶液清洗玻璃襯底W形成布置在玻璃襯底表面上的親 水層。在步驟302中，在清洗的玻璃襯底上涂覆電極。在步驟303中，通過旋涂在親水層上 涂覆GO層。在步驟304中，通過納砂激光使一部分GO層還原成rGOW形成微電路的圖案。 如圖3所示，GO層上的黑色線代表rGO。
[0032] 在步驟301中，為了提高玻璃襯底的親水性，用食人魚溶液處理該玻璃襯底，食人 魚溶液可W通過使?jié)饬蛩崤c過氧化氨溶液W2:1的體積比反應(yīng)生成。在處理過的玻璃襯底 上圖案化GO層可W減少rGO厚度并且增加其電導(dǎo)率。食人魚溶液中的氨離子可W與玻璃表 面上的娃發(fā)生反應(yīng)W形成如圖4所示的娃焼醇基團(tuán)、Si-OH。由于處理后的玻璃襯底表面上 的娃石是非晶娃，它有隨機(jī)排列的鍵結(jié)構(gòu)，在整個材料上造成打開的、活性的或懸掛鍵。在 娃石的表面，在空氣中送些鍵處形成娃焼醇基團(tuán)。居基基團(tuán)（-0H)使得娃焼醇基團(tuán)很活潑。 娃焼醇基團(tuán)是親水性的，導(dǎo)致形成水層。有機(jī)和無機(jī)分子和原子可W在環(huán)境條件下物理地、 化學(xué)地或者靜電地接合到水分子或娃焼醇基團(tuán)本身。因?yàn)橥逕喆蓟鶊F(tuán)是極性基團(tuán)，通過在 娃焼醇基團(tuán)和水分子之間形成氨鍵可W使水更好地粘附到表面。
[0033] 因此，親水層可W包括李基團(tuán)、連位無水基團(tuán)、連位含水基團(tuán)或其組合。優(yōu)選地，親 水層的厚度為約0.Inm。
[0034] 因此，該襯底不限于玻璃。其他的透明襯底是可應(yīng)用的。還可W使用娃襯底。
[0035] 在步驟303中，分散在水中的GO使用按重量計79%的碳和20%的氧并且濃度為 500mg^的組合物。薄片尺寸在0. 5-5. 0μm的范圍內(nèi)。通過勻膠機(jī)W范圍從400到70化pm 的旋轉(zhuǎn)速度在親水層上旋涂GO溶液60砂。在95°C烘干涂覆在親水層上的GO溶液30分 鐘。通過納砂激光進(jìn)一步處理作為預(yù)制備的GO層。
[0036]在步驟 304 中，通過使用波長為 248nm的GSILumonicsPulseMasterPM-848KrF 受激準(zhǔn)分子激光（20ns的脈沖寬度和200μm/s的掃描速度）來進(jìn)行GO的激光還原。利用 投影光束線W接近30:1的還原使300x300μm2的孔徑成像到樣品上，并且在GO層上產(chǎn)生~ 10x10μm2尺寸的矩形光點(diǎn)。受激準(zhǔn)分子激光能夠選擇性地還原GO層上的GOW制備預(yù)定 的還原氧化石墨帰圖案。為了觀察作為激光能量函數(shù)的GO層電阻的變化，wmz的重復(fù)速 率操作激光，并且將其輸出能量密度控制在60到100mJ/cm2的范圍內(nèi)。