一种在基材上图案化石墨烯的方法及用于所述方法的模板技术

本发明专利技术涉及一种在基材上图案化石墨烯的方法，所述方法为在具有图案化的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移图案化的石墨烯薄膜至基材上获得具有图案化石墨烯薄膜的基材。本申请提供的在基材上图案化石墨烯的方法无需用掩模板对石墨烯薄膜进行刻蚀，只需要在具有预设图案的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移至基材衬底，就可以实现在基材上图案化石墨烯的目的。所述方法成本低；生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图案化石墨烯薄膜的制备领域，具体涉及一种在基材上图案化石墨烯的方法及用于所述方法的模板。
技术介绍
透明导电薄膜材料以其导电和透明的特点，作为透明电极材料被广泛应用于电子消费品行业中。随着触摸屏，液晶显示器以及OLED显示器市场的不断扩大，市场对透明电极材料的需求将持续增长。目前，ITO(氧化铟锡)薄膜以其较高的导电率、光学透过率以及优良的化学稳定性成为透明导电薄膜的主要材料。但是由于ITO主要成分为稀缺资源铟的氧化物，而且需要通过低温真空磁控溅射的工艺生产，使其成本较高。另外，ITO薄膜的质地较脆，耐弯折性不佳，无法用作柔性电极材料。许多研发机构在尝试ITO替代材料的开发，其中石墨烯具有优良的导电性能、光学透过率和耐弯折性使其成为非常有前景的ITO替代材料。现在大尺寸石墨烯薄膜的的生产工艺已经较为成熟，制备出的石墨烯薄膜具有较高的光学透过率和较低的方块电阻。现有技术中，石墨烯薄膜电极的图案化主要采用激光刻蚀和等离子体刻蚀两种方法。这两种方法的蚀刻效率都不高，且蚀刻成本比较高。因此，本领域需要开发一种在基材上图案化石墨烯的方法，所述方法效率高，成本低。
技术实现思路
针对现有技术在基材上图案化石墨烯的方法存在的效率低，成本高的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种在基材上图案化石墨烯的方法，所述方法效率高，成本低。具体地，本专利技术通过如下技术方案实现：一种在基材上图案化石墨烯的方法为在具有图案化的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移图案化的石墨烯薄膜至基材上获得具有图案化石墨烯薄膜的基材。本专利技术巧妙地设置一种具有预定图案的金属模板，通过在所述金属模板上沉积石墨烯薄膜，获得具有预定图案的石墨烯薄膜，之后将所述石墨烯薄膜转印到基材上，完成在基材上图案化石墨烯的方法。所述预定图案为需要形成的石墨烯薄膜的图案。优选地，本专利技术所述在基材上图案化石墨烯的方法包括如下步骤：(1)提供一模板衬底，和设置于模板衬底上的金属模板；(2)图案化金属模板；(3)在图案化后的金属模板上沉积石墨烯，得到与金属模板图案一致的石墨烯薄膜；(4)提供一基材衬底；(5)转移石墨烯薄膜至基材衬底上，得到基于基材衬底的石墨烯薄膜。优选地，所述金属模板的材质为能够用于石墨烯气相沉积衬底的金属材质，优选镍、钴、铜、铁、钼、钨、锌、钒中的任意1种或至少2种的合金，例如镍钨合金，铜铁合金等；进一步优选铜。优选地，所述金属模板的厚度为1mm～100cm，例如2mm、5mm、25mm、
130mm、268mm、400mm、870mm、960mm等，优选1mm～1cm，进一步优选1mm。优选地，所述模板衬底的材料为耐高温材料，优选为耐高温无机材料，进一步优选为耐高温金属及耐高温金属合金，特别优选金属铁。所述耐高温材料的选择原则应当是能够进行石墨烯化学气相沉积的材料。优选地，所述耐高温材料的耐高温度为500～2000℃，例如550℃、682℃、780℃、980℃、1520℃、1800℃、1958℃等，优选800～1200℃。优选地，所述图案化金属模板的方法选自压印、3d打印、激光切割、化学蚀刻中的任意1种，优选化学蚀刻。优选地，所述图案化金属模板的图案选自三角形、四边形、多边形以及包含弧线的不规则图形。所述图案为需要制备的石墨烯薄膜的图案，本领域技术人员可以根据需要进行设计。优选地，所述金属模板在图案化之前进行清洗，所述清洗步骤优选使用丙酮、乙醇和稀盐酸处理金属模板表面，除去金属氧化物、油污等杂质。优选地，所述沉积石墨烯的方法选自气相化学沉积法。优选地，所述化学气相沉积法为在还原性气氛下，加热分解碳源性气体，之后碳源性气体沉积在金属模板上形成石墨烯薄膜。其中，所述碳源性气体为气态碳氢化合物，优选甲烷、乙烯或乙炔。其中，所述还原性气氛为氢气和/或惰性气体的混合气体；所述惰性气体优选氦气和/或氩气。其中，所述加热分解的温度为600～1200℃，例如650℃、850℃、920℃、
985℃、1000℃、1015℃、1080℃、1150℃、1179℃等。化学气相沉积法中的氢气起还原作用，惰性气体起保护作用；反应中始终通入氢气和惰性气体，氢气还原模板表面氧化物，惰性气体起保护作用。待温度升至合适温度(在600～1200℃范围内)后，金属模板保温退火一段时间，然后通入碳源气；碳源气体在高温下会发生裂解，其中碳原子会在金属模板表面形成石墨烯薄膜。优选地，所述基材衬底的材质为聚合物薄膜或玻璃，优选PMMA、PT、PET或玻璃。优选地，所述转移石墨烯薄膜的方法为：在步骤(3)得到的石墨烯薄膜上涂覆PMMA溶胶，固化成膜，之后覆盖基材衬底，外力去除模板衬底后，刻蚀去除金属模板，完成石墨烯薄膜的转移；优选地，所述固化温度为260～290℃，例如265℃、268℃、275℃、288℃等。对金属模板的刻蚀是本领域的现有技术，本专利技术不再赘述。优选地，所述转移石墨烯薄膜的方法为：在步骤(3)得到的石墨烯薄膜上贴覆热释放胶带，外力作用下将石墨烯薄膜从金属模板上分离，之后贴附在基材衬底上，最后加热，释放热释放胶带，完成石墨烯薄膜的转移。优选地，所述转移石墨烯薄膜的方法为：通过光学透明胶将基材衬底和步骤(3)得到的石墨烯薄膜相互贴覆，外力作用下将石墨烯薄膜与金属模板分离，完成石墨烯薄膜的转移。本专利技术的目的之二是提供一种用于目的之一所述在基材上图案化石墨烯方法的模板，所述模板由下至上依次包括：金属模板衬底；图案化的金属模板。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本申请提供的在基材上图案化石墨烯的方法无需用掩模板对石墨烯薄膜进行刻蚀，只需要在具有预设图案的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移至基材衬底，就可以实现在基材上图案化石墨烯的目的。所述方法没有用到激光刻蚀或者化学刻蚀等工艺，省略了掩模板，成本低；且无需对完整石墨烯薄膜进行图案化，直接通过在预设有图案的金属模板上沉积石墨烯，就能完成图案化石墨烯薄膜的获得，生产效率高。附图说明图1是在基材上图案化石墨烯方法的模板的结构示意图。具体实施方式为便于理解本专利技术，本专利技术列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。实施例1一种在基材上图案化石墨烯的方法，所述方法包括如下步骤：(1)提供一模板，所述模板包括模板衬底，和设置于模板衬底上的金属模板；所述金属模板的材质为能够用于石墨烯气相沉积衬底的金属材质，优选镍、钴、铜、铁、钼、钨、锌、钒中的任意1种或至少2种的合金；进一步优选铜；优选地，所述金属模板的厚度为1mm～100cm，优选1mm～1cm，进一步优选1mm；所述模板衬底的材料为耐高温材料，优选为耐高温无机材料，进一步优选为耐高温金属及耐高温金属合金，特别优选金属铁；优选地，所述耐高温材料的耐高温度为500～2000℃，优选800～1200℃；所述金属模板在图案化之前进行清洗，所述清洗步骤优选使用丙酮、乙醇和稀盐酸处理金属模板表面，除去金属氧化物、油污等杂质；(2)图案化金属模板；此时，形成用于在基材上图案化石墨烯方法的模板，其结构示意图如图1(图1为实施例1所述用于在基材上图案化石墨烯方法的模板)，所述模板由下至上依次包括：金属模板衬底；图案化的金属模板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上图案化石墨烯的方法，其特征在于，所述方法为在具有图案化的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移图案化的石墨烯薄膜至基材上获得具有图案化石墨烯薄膜的基材。

【技术特征摘要】
1.一种在基材上图案化石墨烯的方法，其特征在于，所述方法为在具有图案化的金属模板上沉积石墨烯薄膜，之后转移图案化的石墨烯薄膜至基材上获得具有图案化石墨烯薄膜的基材。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)提供一模板，所述模板包括模板衬底，和设置于模板衬底上的金属模板；(2)图案化金属模板；(3)在图案化后的金属模板上沉积石墨烯，得到与金属模板图案一致的石墨烯薄膜；(4)提供一基材衬底；(5)转移石墨烯薄膜至基材衬底上，得到基于基材衬底的石墨烯薄膜。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属模板的材质为能够用于石墨烯气相沉积衬底的金属材质，优选镍、钴、铜、铁、钼、钨、锌、钒中的任意1种或至少2种的合金；进一步优选铜；优选地，所述金属模板的厚度为1mm～100cm，优选1mm～1cm，进一步优选1mm；优选地，所述模板衬底的材料为耐高温材料，优选为耐高温无机材料，进一步优选为耐高温金属及耐高温金属合金，特别优选金属铁；优选地，所述耐高温材料的耐高温度为500～2000℃，优选800～1200℃。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述图案化金属模板的方法选自压印、3d打印、激光切割、化学蚀刻中的任意1种，优选化学蚀刻；优选地，所述图案化金属模板的图案选自三角形、四边形、多边形以及包
\t含弧线的不规则图形；优选地，所述金属模板在图案化之前进行清洗，所述清洗步骤优选使用丙酮、乙醇和稀盐酸处理金属模板表面，除去金属氧化物、油污等杂质。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：关有为，唐彬，
申请(专利权)人：南昌欧菲光学技术有限公司，深圳欧菲光科技股份有限公司，苏州欧菲光科技有限公司，南昌欧菲光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36