石墨烯天线及其制作方法技术

本发明专利技术公开了石墨烯天线及其制作方法。具体地，本发明专利技术提出了一种制作石墨烯天线的方法，包括：提供衬底；将氧化石墨和水混合，以便形成氧化石墨分散液；将所述氧化石墨分散液涂布在所述衬底上，在所述衬底的一侧形成氧化石墨薄膜；将形成有所述氧化石墨薄膜的所述衬底固定在工作台上；利用激光光源照射所述氧化石墨薄膜，被所述激光光源照射处的所述氧化石墨薄膜被还原形成石墨烯，控制所述激光光源移动或控制所述工作台移动，以便形成图案化的所述石墨烯天线。由此，该方法操作简便，石墨烯天线的图案容易控制，可复制性好，生产成本低，便于大规模生产，且制作的石墨烯天线电阻率低、精细度高，使用性能良好。

Graphene antenna and its fabrication

The invention discloses a graphene antenna and a manufacturing method thereof. Specifically, the invention provides a method for making graphene antenna, which includes: providing a substrate; mixing graphite oxide and water to form a graphite oxide dispersion; coating the graphite oxide dispersion on the substrate to form a graphite oxide film on one side of the substrate; fixing the substrate to form the graphite oxide film on a workbench; using A laser light source irradiates the graphite oxide film, and the graphite oxide film at the irradiation position of the laser light source is reduced to graphene, controlling the movement of the laser light source or controlling the movement of the workbench, so as to form a patterned graphene antenna. Therefore, the method is easy to operate, the pattern of graphene antenna is easy to control, the reproducibility is good, the production cost is low, the large-scale production is convenient, and the graphene antenna has low resistivity, high precision and good performance.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯天线及其制作方法
本专利技术涉及材料加工领域，具体地，涉及一种石墨烯天线及其制作方法。
技术介绍
石墨烯(graphene)是一种新型二维无机纳米材料，自其发现以来，石墨烯材料备受关注。石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，并且具有极高的载流子浓度、可控的能带间隙以及完美的电荷相互作用，因此，石墨烯材料被认为是下一代微电子器件的关键材料。例如，石墨烯由于具有极高的载流子浓度，可能在高频领域超过甚至代替铜等金属材料，成为高频器件制备的首选材料。利用石墨烯制作的天线，由于石墨烯的蜂窝结构，石墨烯天线表面产生电子表面波的范围较广，可以提高通信距离，并且，石墨烯天线还具有成本低、环境友好等优点。然而，目前的石墨烯天线及其制备方法，仍有待改进。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：专利技术人发现，目前制备石墨烯天线的方法，存在生产成本较高、图案精度较难控制、可复制性差、使用性能较差等问题。目前制备石墨烯的方法中，例如采用气相沉积法制备石墨烯，可以实现石墨烯的大面积生长，且制备的石墨烯比较容易转移到各种基体上使用，但是，该方法制备的石墨烯厚度不均，且电阻较大，无法满足石墨烯天线的需求，且不能根据需要制作各种具有精细图案的石墨烯天线。一些方法采用激光直写的方式制备石墨烯，该方法操作较为简单，但仍然无法满足石墨烯天线的高精细度、高分辨率等要求，无法根据需求定制具有精细图案的石墨烯天线，并且制备石墨烯天线的可复制性(即重复性)较差，不利于大规模批量化的生产制造。因此，如果能提出一种新的制作石墨烯天线的方法，该方法操作简便，石墨烯天线的图案容易设计和控制，可复制性较好，生产成本较低，且制作的石墨烯天线精细度高，使用性能良好，将能在很大程度上解决上述问题。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制作石墨烯天线的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：提供衬底；将氧化石墨和水混合，以便形成氧化石墨分散液；将所述氧化石墨分散液涂布在所述衬底上，在所述衬底的一侧形成氧化石墨薄膜；将形成有所述氧化石墨薄膜的所述衬底固定在工作台上；利用激光光源照射所述氧化石墨薄膜，被所述激光光源照射处的所述氧化石墨薄膜被还原形成石墨烯，控制所述激光光源移动或控制所述工作台，以便形成图案化的所述石墨烯天线。由此，该方法操作简便，石墨烯天线的图案容易控制，可复制性好，生产成本低，便于大规模生产，且制作的石墨烯天线电阻率低、精细度高，使用性能良好。根据本专利技术的实施例，所述衬底包括硬质衬底或柔性衬底。由此，该方法中的衬底的种类不受特别限制，该方法应用范围广泛，且制备的石墨烯天线使用性能良好。根据本专利技术的实施例，形成所述衬底的材料包括硅、二氧化硅、钆镓石榴石、蓝宝石、氧化镁、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一。由此，进一步提高了所制备的石墨烯天线的使用性能。根据本专利技术的实施例，所述氧化石墨分散液的浓度为1wt％～2wt％。由此，氧化石墨分散液的浓度在上述范围时，将其涂布在衬底上时，涂布的较为均匀，且形成的氧化石墨薄膜的厚度适中，进一步提高了所制备的石墨烯天线的使用性能。根据本专利技术的实施例，所述氧化石墨薄膜的厚度为20nm～2μm。由此，氧化石墨薄膜的厚度在上述范围时，便于利用激光光源对其刻蚀形成石墨烯天线，进一步提高了所制备的石墨烯天线的使用性能。根据本专利技术的实施例，形成的所述石墨烯天线的线宽为30～60μm。由此，该方法制备的石墨烯天线精细度高，使用范围广，且使用性能良好。根据本专利技术的实施例，所述将形成有所述氧化石墨薄膜的所述衬底固定在工作台上之前，所述方法进一步包括：利用氧等离子对所述衬底进行亲水处理。由此，可以进一步提高氧化石墨分散液和衬底之间的结合力，便于后续步骤中对氧化石墨薄膜进行精确地激光蚀刻，进一步提高了所制备的石墨烯天线的使用性能。根据本专利技术的实施例，所述方法进一步包括：利用控制系统控制所述激光光源的功率以及光斑的大小，并控制所述激光光源或所述工作台的移动方向和移动距离，以便形成所述石墨烯天线。由此，该控制系统可以较好地控制最终形成的石墨烯天线的图案，并且操作简便，便于制作具有各种精细图案的石墨烯天线，便于大规模生产。根据本专利技术的实施例，所述方法进一步包括：所述控制系统根据预先设定好的标准天线图案对所述激光光源以及所述工作台进行调节，令形成的所述石墨烯天线和标准天线图案相同。由此，可以根据预先设定的标准天线图案对氧化石墨薄膜进行精确地激光蚀刻，从而可以制备精确度较高的石墨烯天线，并且制备的石墨烯天线的图案丰富，可复制性好，生产成本低，便于大规模生产制造。根据本专利技术的实施例，形成的所述石墨烯天线在预先设定的所述标准天线图案的频段内的反射系数不大于-10dB，所述石墨烯天线的电导率为2×104～6×104S/m。。由此，该方法制备的石墨烯天线和预先设定的标准天线图案的参数较为一致，制备的石墨烯天线精确度高，可复制性好，且该石墨烯天线的电导率较低，使用性能良好。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种石墨烯天线。根据本专利技术的实施例，所述石墨烯天线是由权利要求1～9任一项所述的方法制备的。由此，该石墨烯天线具有前面所述的方法所制备的石墨烯天线所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该石墨烯天线的图案精细且丰富，电阻率低，使用性能良好。附图说明图1显示了根据本专利技术一个实施例中制备石墨烯天线的方法流程图；以及图2显示了根据本专利技术一个实施例的制备的石墨烯天线的性能测试图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制作石墨烯天线的方法。该方法首先在衬底上涂布氧化石墨分散液，然后在衬底上形成氧化石墨薄膜，后续通过激光照射将氧化石墨薄膜上的部分氧化石墨还原为石墨烯，被还原为石墨烯的部分可以导电，构成了石墨烯天线，而未被还原的氧化石墨仍为绝缘态。从而可以简便地得到石墨烯天线，生产成本低，便于大规模生产；且该方法操作简便，通过控制激光光源或工作台的移动，可以简便地控制被激光蚀刻的氧化石墨薄膜的位置，进而可以简便地控制在氧化石墨薄膜上形成石墨烯天线的位置，石墨烯天线的图案容易控制，且制作的石墨烯天线精细度较高、电阻率较低，使用性能良好。根据本专利技术的实施例，参考图1，该方法包括：S100：提供衬底在该步骤中，提供衬底。根据本专利技术的实施例，衬底的具体类型不受特别限制，衬底可以为硬质衬底，也可以为柔性衬底。具体的，形成衬底的材料可以包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、钆镓石榴石(GGG)、蓝宝石(Al2O3)、氧化镁(MgO)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的至少之一。具体的，衬底也可以为多种材料的复合衬底，例如，衬底可以为Si/SiO2衬底，可以为GGG/YIG衬底等。由此，该方法中的衬底的种类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作石墨烯天线的方法，其特征在于，包括：/n提供衬底；/n将氧化石墨和水混合，以便形成氧化石墨分散液；/n将所述氧化石墨分散液涂布在所述衬底上，在所述衬底的一侧形成氧化石墨薄膜；/n将形成有所述氧化石墨薄膜的所述衬底固定在工作台上；/n利用激光光源照射所述氧化石墨薄膜，被所述激光光源照射处的所述氧化石墨薄膜被还原形成石墨烯，控制所述激光光源移动或控制所述工作台移动，以便形成图案化的所述石墨烯天线。/n

【技术特征摘要】
1.一种制作石墨烯天线的方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
将氧化石墨和水混合，以便形成氧化石墨分散液；
将所述氧化石墨分散液涂布在所述衬底上，在所述衬底的一侧形成氧化石墨薄膜；
将形成有所述氧化石墨薄膜的所述衬底固定在工作台上；
利用激光光源照射所述氧化石墨薄膜，被所述激光光源照射处的所述氧化石墨薄膜被还原形成石墨烯，控制所述激光光源移动或控制所述工作台移动，以便形成图案化的所述石墨烯天线。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底包括硬质衬底或柔性衬底；
任选地，形成所述衬底的材料包括硅、二氧化硅、钆镓石榴石、蓝宝石、氧化镁、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨分散液的浓度为1wt％～2wt％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨薄膜的厚度为20nm～2μm。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成的所述石墨烯天线的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：任天令，刘厚方，邱皓川，贾秀峰，李宇星，刘潇，鞠镇毅，杨轶，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11