一步法实现石墨烯的成型和转移

石墨烯是一种碳的二维同素异形体，自2004年被发现以来受到了科学界和工业界的极大关注。石墨烯具有极高的比表面...



石墨烯

是一种碳的二维同素异形体，自2004年被发现以来受到了科学界和工业界的极大关注。石墨烯具有极高的比表面积、优异的机械性能、优良的载流子流动性、很好的传热性、疏水性等诸多优势，为下一代的生物电阻抗、电力机械、光电子和热控应用提供了一种优异的基底材料。

现存的对石墨烯材料进行图案成型的方法有：常规光刻、软光刻或转印、离子束直接成型、激光切割等。这些方法都有自身的局限性，限制了低成本、柔性石墨烯器件的发展。举例来说：尽管石墨烯在柔性电路和可穿戴电子器件方面有潜在应用，但使用的塑料基底与光刻法中使用的有机溶剂并不具备相容性。

为了解决现有的问题，来自美国伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的研究者们研发出了一种快速、简便的在石墨烯薄膜上绘图成型并将之转移的方法。该方法通过使用模板和氧等离子体反应离子刻蚀对石墨烯进行绘图成型，随后将石墨烯直接转移到弹性基底上。转移过程中不需要使用聚合物载体，因此能得到更干净无掺杂的石墨烯。这些成果发表在期刊Scientific Reports上。



图1：用激光切割机对CAD软件设计的模板进行加工，之后将模板放在通过化学气相沉积法淀积在铜箔上的石墨烯上，并通过氧等离子体反应离子刻蚀除去暴露区的石墨烯。然后将图案化后的石墨烯转移到柔性基底上，最后使用刻蚀法去除铜箔

这种对石墨烯进行绘图成型的方法是基于已经用于接触金属沉积的模具掩模技术，这些模具可以快速成型，制造过程简便快速，并且可以重复使用，大大降低了经济成本。选用不同的模板可以在石墨烯上制备不同的几何形状和尺寸，且可将图案化后的石墨烯直接转移到不同的基底上。由于该方法既不涉及聚合物转移层，也不涉及有机溶剂，因此能够在各种柔性基底上获得无污染的石墨烯图案，克服了由后合成法制备石墨烯图案带来的限制性。

与其他制造技术相比，无聚合物对石墨烯进行绘图成型的技术可以获得高质量石墨烯，使其在柔性电路、元器件和耐磨电子器件等方面可得到更广泛的应用。

参考文献：Rapid Stencil Mask Fabrication Enabled One-Step Polymer-Free Graphene Patterning and Direct Transfer for Flexible Graphene Devices.

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