一种常温制备石墨烯柔性电极的方法技术

本发明专利技术涉及一种常温制备石墨烯柔性电极的方法，在平整基底上粘贴所需图案，并在基底上磁控溅射一定厚度的还原材料，实现原位还原氧化石墨烯得到特定石墨烯柔性电极薄膜的方法。在本发明专利技术中，通过粘贴所需电极图案的掩膜，得到溅射了一定形状的还原石墨烯用的还原材料，进而得到特定形状的石墨烯电极薄膜，无需进一步切割成电极形状，可有效保证石墨烯薄膜的完整性也可减少原料的浪费。此外本发明专利技术中，可供选择的靶材范围广，溅射得到的薄膜平整度高，溅射薄膜的厚度可控，便于得到厚度可控且均匀的石墨烯薄膜，便于直接用胶带进行转移。

A Method of Preparing Graphene Flexible Electrode at Room Temperature

The present invention relates to a method for preparing graphene flexible electrode at room temperature, pasting the required pattern on a flat substrate, and magnetron sputtering reduction material with a certain thickness on the substrate to achieve in-situ reduction of graphene oxide to obtain a specific graphene flexible electrode film. In the present invention, by pasting the mask of the required electrode pattern, a reduction material for reducing graphene with a certain shape is sputtered, and then a graphene electrode film with a specific shape is obtained. Without further cutting into the electrode shape, the integrity of the graphene film can be effectively guaranteed and the waste of raw materials can be reduced. In addition, the target material available in the invention is wide, the film obtained by sputtering has high smoothness, the thickness of the sputtered film is controllable, and the graphene film with controllable and uniform thickness can be easily obtained, so that the film can be transferred directly with adhesive tape.

【技术实现步骤摘要】
一种常温制备石墨烯柔性电极的方法
本专利技术涉及一种常温制备石墨烯柔性电极的方法，具体是在平整基底上粘贴所需电极的图案，并通过溅射、蒸发、沉积等方法在基底上得到一定厚度的还原材料，并进一步将该基底室温放入氧化石墨烯溶液中，进而实现原位还原氧化石墨烯得到图案化石墨烯电极薄膜的的一种方法。
技术介绍
随着生活水平的提高，人们越来越重视监护身体健康，柔性电子和可穿戴电子器件由于其具有轻薄便携、舒适性好和及时反馈等优点受到人们的广泛关注。各种柔性材料，如金属纳米材料、导电聚合物、各种各样的碳材料（碳纳米管、石墨烯、天然生物材料等）已被广泛应用于可穿戴电子设备。其中碳材料由于导电性能好、化学热稳定性高、固有结构灵活、重量轻以及对人类友好等特点，是柔性可穿戴电子器件的理想材料。纳米级或微米级的石墨烯薄膜具有良好的柔性和导电性，能与人体皮肤之间通过范德华力形成良好的接触，且石墨烯材料具有高导电率，可以实现无创、实时、舒适的监控人体的重要生命特征。现有的研究中，可以通过化学气相沉积法制备出石墨烯电极薄膜，但成本高，不易大规模生产，其生长的石墨烯需要转移、切割成相应图案等多个步骤，增加了制备的成本、降低了产品的良率。本专利技术提出一种直接制备图案化石墨烯电极薄膜的方法，无需进行图案切割，并且具有还原效果好、电学信号高，制备简单、成本低、可批量化生产等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原位还原氧化石墨烯制备特定图案的常温制备石墨烯柔性电极的方法。本专利技术提供的石墨烯制备方法，与其他制备还原氧化石墨烯薄膜的方法相比优势是：还原材料和制备方法范围广，并且可以通过控制还原材料膜的厚度，从而有效实现了还原氧化石墨烯薄膜厚度的控制，该方法具有操作简便、成本低廉、安全无污染、效率高效等优点。本专利技术提出的一种常温制备石墨烯柔性电极的方法，具体步骤如下：（1）清洗基底和玻璃容器，即先用丙酮充分清洗基底以及玻璃容器，再将基底以及玻璃容器分别放入去离子水中，通过超声充分清洗，除去他们表面的杂质和无机污染物，然后基底和玻璃容器分别用氮气吹干；（2）取分散均匀的浓度为0.1～5mg/mL的氧化石墨烯溶液加入到步骤（１）得到的玻璃容器中；（3）将所需电极形状的镂空掩膜贴到步骤（１）所得基底上；（4）由于一些金属和基底之间的连接性较差，因此为了保证还原得到的石墨烯薄膜的完整性，采用溅射方法先在基底上形成一层粘结层，然后再在其上溅射还原氧化石墨烯所用的材料；（5）步骤（４）溅射完成之后，迅速将其放入步骤（２）配制好的氧化石墨烯溶液中，在50～100℃热台上反应1～3h，得到在基底表面生长的石墨烯电极；（6）将步骤（５）反应完成的在基底表面生长的石墨烯电极从氧化石墨烯溶液中取出，用去离子水对生长的石墨烯电极清洗若干遍，再把在基底表面生长的石墨烯电极浸没在极稀的盐酸中10～30min；（7）将步骤（６）得到的产物用去离子水清洗若干遍，除去在基底表面生长的石墨烯电极表面粘附的极稀的盐酸，放到50～80℃热台上干燥10～30min，即可得到图案化的石墨烯电极。本专利技术中，步骤（２）中所述氧化石墨烯的粒径为1～15μm。本专利技术中，步骤（１）中所用的玻璃容器为100～250mL。本专利技术中，步骤（１）中所用的基底为硅片或玻璃板等各种拥有平整平面的材料。本专利技术中，步骤（４）中所用的粘结层包括：铬或钛中任一种。本专利技术中，步骤（４）中制备还原氧化石墨烯所用的材料包括：铜、铁或镍等高纯度的金属和其他具有还原性的材料中任一种。本专利技术中，步骤（６）中所述极稀的盐酸，其浓度为1.0×10-9～1.0×10-4mol/L。本专利技术与现有的制备石墨烯电极薄膜方法相比，具有如下优点：（1）本方法中，可供选择的靶材范围广，几乎所有金属、合金以及带有还原性的其他固体材料，例如硅等，并且溅射得到的薄膜平整度高，便于得到厚度均匀的石墨烯薄膜；（2）本方法可以通过控制溅射功率、溅射时间或者惰性气体流量等参数精确控制溅射薄膜的厚度，有利于控制还原得到石墨烯薄膜的厚度；（3）本方法可以通过还原的时间和温度，有效控制还原得到石墨烯薄膜的厚度；（4）本方法通过粘贴所需电极图案的掩膜，得到溅射了一定形状的还原石墨烯用的薄膜材料，进而得到特定形状的石墨烯电极薄膜，无需进一步切割成电极形状；（5）本方法无需大型设备，操作简单、成本低，反应过程中无需加热，在室温下即可进行还原反应，比较安全、效率高；（6）本方法制得的石墨烯薄膜厚度适中，便于直接用胶带进行转移，且可有效保证石墨烯薄膜的完整性。附图说明图1a是本专利技术中所用掩膜的图像，图1b是本专利技术提供的特定形状的镂空图案的网版的结构示意图。图2a和图2b分是在硅基底上磁控溅射铜还原氧化石墨烯前后对比图。图3是磁控溅射铜在0.5mg/mL氧化石墨烯溶液还原2h得到的石墨烯样品的表面及截面的SEM图，在图3a为表面图，图3b为截面图。图4是实施例1中用到的氧化石墨烯和磁控溅射铜还原氧化石墨烯得到的石墨烯的XPS谱图，图4a是氧化石墨烯的XPS，图4b是的石墨烯薄膜的XPS。图5是实施例3中反应1h得到石墨烯电极薄膜测出的不同频率下的人体皮肤阻抗的值。图6是实施例3中反应1h得到石墨烯电极薄膜测出的人体心电图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下面结合实施例详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1（1）清洗基底和玻璃容器，即先用丙酮充分清洗硅片基底以及玻璃容器，再将硅片基底和玻璃容器分别放入去离子水中，通过超声充分清洗，除去他们表面的杂质和无机污染物后，分别用氮气吹干；（2）取分散均匀的浓度0.5mg/mL的氧化石墨烯溶液加入到步骤（1）得到的玻璃容器中；（3）将特定电极形状的镂空掩膜贴到步骤（1）得到的硅片基底上；（4）在氩气气流为50sccm，溅射功率为150W条件下，溅射3min的铬，然后相同溅射条件下，溅射20min的铜；（5）溅射完成之后，迅速将其放入步骤（2）配制好的氧化石墨烯溶液中，在65℃热台上静置反应2h，得到在基底表面生长的石墨烯电极；（6）将步骤（5）反应完成得到的在基底表面生长的石墨烯电极小心的从氧化石墨烯中取出，用去离子水对生长的石墨烯电极薄膜小心清洗3遍，再把样品浸没在1.0×10-7mol/L的盐酸中25min；（7）将步骤（6）得到的石墨烯电极再用去离子水小心的清洗3遍，除去样品表面粘附的稀盐酸，放到60℃热台上干燥20min，即可得到图案化的石墨烯电极。实施例2：与实施例1相同，但是氧化石墨烯溶液浓度分别换成0.1mg/mL、0.2mg/mL和1mg/mL。实施例3：与实施例1相同，但是反应时间分别为0.5h、1h和3h。实施例4：与实施例1相同，但是反应温度分别为50℃、80℃和100℃。实施例5：与实施例1相同，但是金属铜的溅射时间分别为10min和30min。实施例6：与实施例1相同，但是在还原过程中用支架支撑起基底，并在基底下面增加磁子搅拌。图1a是本专利技术中所用掩膜的图像，图1b是本专利技术提供的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常温制备石墨烯柔性电极的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）清洗基底和玻璃容器，即先用丙酮充分清洗基底以及玻璃容器，再将基底以及玻璃容器分别放入去离子水中，通过超声充分清洗，除去他们表面的杂质和无机污染物，然后基底和玻璃容器分别用氮气吹干；（2）取分散均匀的浓度为0.1～5 mg/mL的氧化石墨烯溶液加入到步骤（1）得到的玻璃容器中；（3）将所需电极形状的镂空掩膜贴到步骤（1）所得基底上；（4）由于一些金属和基底之间的连接性较差，因此为了保证还原得到的石墨烯薄膜的完整性，采用溅射方法先在基底上形成一层粘结层，然后再在其上溅射还原氧化石墨烯所用的材料；（5）步骤（４）溅射完成之后，迅速将其放入步骤（２）配制好的氧化石墨烯溶液中，在50～100℃热台上反应1～3 h，得到在基底表面生长的石墨烯电极；（6）将步骤（５）反应完成的在基底表面生长的石墨烯电极从氧化石墨烯中取出，用去离子水对生长的石墨烯电极清洗若干遍，再把在基底表面生长的石墨烯电极浸没在极稀的盐酸中10～30 min；（7）将步骤（６）得到的产物用去离子水清洗若干遍，除去在基底表面生长的石墨烯电极表面粘附的极稀的盐酸，放到50～80℃热台上干燥10～30 min，即可得到图案化的石墨烯电极。...

【技术特征摘要】
1.一种常温制备石墨烯柔性电极的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）清洗基底和玻璃容器，即先用丙酮充分清洗基底以及玻璃容器，再将基底以及玻璃容器分别放入去离子水中，通过超声充分清洗，除去他们表面的杂质和无机污染物，然后基底和玻璃容器分别用氮气吹干；（2）取分散均匀的浓度为0.1～5mg/mL的氧化石墨烯溶液加入到步骤（1）得到的玻璃容器中；（3）将所需电极形状的镂空掩膜贴到步骤（1）所得基底上；（4）由于一些金属和基底之间的连接性较差，因此为了保证还原得到的石墨烯薄膜的完整性，采用溅射方法先在基底上形成一层粘结层，然后再在其上溅射还原氧化石墨烯所用的材料；（5）步骤（４）溅射完成之后，迅速将其放入步骤（２）配制好的氧化石墨烯溶液中，在50～100℃热台上反应1～3h，得到在基底表面生长的石墨烯电极；（6）将步骤（５）反应完成的在基底表面生长的石墨烯电极从氧化石墨烯中取出，用去离子水对生长的石墨烯电极清洗若干遍，再把在基底表面生长的石墨烯电极浸没在极稀的盐酸中10～30min；（7）将步骤（６）得到的产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，黄宇嫣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31