石墨烯纳米条带的制作方法及石墨烯纳米条带技术

一种石墨烯纳米条带的制作方法及石墨烯纳米条带，该方法包括如下步骤：提供一基板；在所述基板上涂布石墨烯前驱体涂层，并将所述石墨烯前驱体涂层固化；利用激光干涉在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹，在亮条纹处将所述石墨烯前驱体涂层转化为石墨烯。该方法能够实现石墨烯纳米条带的大面积原位制备。

Preparation of graphene nanoribbons and graphene nanoribbons

【技术实现步骤摘要】
石墨烯纳米条带的制作方法及石墨烯纳米条带
本专利技术涉及石墨烯材料制备领域，尤其是一种石墨烯纳米条带的制作方法及使用该制作方法制作的石墨烯纳米条带。
技术介绍
随着微电子技术的飞速发展，半导体器件不断向高集成度、高性能、多功能化的方向推进，同时也涌现出众多的新材料、新工艺、新器件亟待深入研究探索。石墨烯作为一种特殊的二维纳米材料，自发现以来就备受关注，其拥有优异的电学性能，热学性能及化学稳定性，是后摩尔时代替代硅的理想材料之一。然而，本征石墨烯具有零带隙的特点，其导带和价带相交于布里渊区，能带难以打开，不能直接应用于半导体领域，因此，如何打开和调控石墨烯的带隙具有重要意义且逐渐成为领域研究热点。目前，打开石墨烯带隙的方法主要有：1)通过吸附或掺杂其他元素；2)通过破坏双层石墨烯的对称性；3)通过制作特殊的石墨烯纳米结构(如纳米条带)，利用量子限制效应和边缘效应来形成带隙。其中，通过将石墨烯制成纳米条带的方法能够稳定地存在能带隙，而且通过调节纳米条带的尺寸可以调控石墨烯带隙的大小，是一种稳定有效的方法而广受关注。目前，制备石墨烯纳米条带的方法有电子束光刻，各向异性化学刻蚀，碳纳米管裁剪法，碳化硅基外延，金属模板生长等。但是上述方法均难以实现大面积的制备，且操作繁琐，容易产生缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种石墨烯纳米条带的制作方法及石墨烯纳米条带，该方法能够实现石墨烯纳米条带的大面积原位制备。本专利技术提供了一种石墨烯纳米条带的制作方法，该方法包括如下步骤：提供一基板；在所述基板上涂布石墨烯前驱体涂层，并将所述石墨烯前驱体涂层固化；利用激光干涉在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹，在亮条纹处将所述石墨烯前驱体涂层转化为石墨烯。进一步地，基板的材料包括玻璃、石英、陶瓷、聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。进一步地，该方法还包括对所述基板进行清洗以及亲水化处理。进一步地，石墨烯前驱体溶液包括氧化石墨烯溶液或掺金氧化石墨烯复合溶液。进一步地，所述氧化石墨烯溶液浓度为0.1mg/mL～100mg/mL。进一步地，所述掺金氧化石墨烯复合溶液的掺金量为0.1％-1％。进一步地，在进行激光干涉时，其包括如下步骤：对激光进行扩束准直；将扩束准直后的激光经过分光镜分为两束；将经过分光镜后的两束激光各自经过一个反射镜后入射至所述石墨烯前驱体涂层上，并发生干涉，在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹。进一步地，在进行激光干涉时，其包括如下步骤：对激光进行扩束准直；将扩束准直后的激光经过针孔滤波器；将经过所述针孔滤波器后的一部分激光入射至劳埃镜干涉装置上，另一部分激光直接入射至所述石墨烯前驱体涂层上，直接入射至所述石墨烯前驱体涂层上的激光与经过所述劳埃镜干涉装置反射后的激光发生干涉，在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹。进一步地，所述激光光波小于400nm；所述激光平均功率为10mW～10W；所述激光扫描速度为100mm/s～3000mm/s。本专利技术还提供了一种通过上述方法制成的石墨烯纳米条带。综上所述，在本专利技术中，通过利用激光干涉的方法，将激光照射至石墨烯前驱体涂层上发生干涉，由于激光发生干涉后，会出现明暗相间的条纹，在亮条纹处，由于光的强度较强，光能够将石墨烯前驱体中的C-O键打断，使石墨烯前驱体变为石墨烯；而在暗条纹处，由于光的强度较弱，因此光不足以使石墨烯前驱体发生变化，从而就能够制得石墨烯纳米条带。通过上述的方法，石墨烯纳米条带能够直接在基板上形成，操作简单灵活，成本低，且不需要图形转移过程，直接实现大面积原位制备，与此同时，使用激光直接对石墨烯前驱体进行转化，避免了腐蚀性、毒性化学试剂和高温环境的介入，不会对石墨烯进行破坏。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1所示为本专利技术实施例提供的石墨烯纳米条带制作方法的流程示意图。图2所示为本专利技术第一实施例提供的激光干涉的结构示意图。图3所示为本专利技术第一实施例提供的干涉后的激光照射到基板上的结构示意图。图4所示为本专利技术第二实施例提供的激光干涉的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。本专利技术提供了一种石墨烯纳米条带的制作方法及石墨烯纳米条带，该方法能够实现石墨烯纳米条带的大面积原位制备。图1所示为本专利技术实施例提供的石墨烯纳米条带制作方法的流程示意图，图2所示为本专利技术第一实施例提供的激光干涉的结构示意图。图3所示为本专利技术第一实施例提供的干涉后的激光照射到基板上的结构示意图，如图1至图3所示。本专利技术提供的石墨烯纳米条带制作方法包括以下步骤：提供一基板10；在基板10上涂布石墨烯前驱体涂层20，并将该石墨烯前驱体涂层20固化；利用激光干涉在石墨烯前驱体涂层20上形成明暗相间的条纹，在亮条纹处将石墨烯前驱体涂层20转化为石墨烯，从而形成石墨烯纳米条带。在本实施例中，通过利用激光干涉的方法，将激光照射至石墨烯前驱体涂层20上发生干涉，由于激光发生干涉后，会出现明暗相间的条纹，在亮条纹处，由于光的强度较强，光能够将石墨烯前驱体中的C-O键打断，使石墨烯前驱体变为石墨烯；而在暗条纹处，由于光的强度较弱，因此光不足以使石墨烯前驱体发生变化，从而就能够制得石墨烯纳米条带。通过上述的方法，石墨烯纳米条带能够直接在基板10上形成，操作简单灵活，成本低，且不需要图形转移过程，直接实现大面积原位制备，与此同时，使用激光直接对石墨烯前驱体进行转化，避免了腐蚀性、毒性化学试剂和高温环境的介入，不会对石墨烯进行破坏。在本实施例中，基板10的材料包括但不限于玻璃、石英、陶瓷、聚酰亚胺(PI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。该基板10在涂覆石墨烯前驱体涂层20之前，还需要先通过丙酮、无水乙醇、超纯净水等对基板10进行清洗，去除基板10的杂质及油污。对于表面能较低以及疏水性的基材，还需要通过氧等离子体刻蚀、双氧水和硫酸混合液浸泡等方法对其进行亲水化处理。石墨烯前驱体溶液可以包括氧化石墨烯溶液、掺金氧化石墨烯复合溶液等氧化石墨烯的衍生物。氧化石墨烯溶液浓度优选范围0.1mg/mL～100mg/mL，浓度低于0.1mg/mL导致涂布薄膜不易成形，浓度高于100mg/mL溶液分散不均匀，影响薄膜质量。掺金氧化石墨烯复合溶液的掺金量优选0.1％-1％，低于0.1％导电性能增加不显著，高于1％影响成膜质量。在涂布石墨烯前驱体涂层20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n提供一基板；/n在所述基板上涂布石墨烯前驱体涂层，并将所述石墨烯前驱体涂层固化；/n利用激光干涉在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹，在亮条纹处将所述石墨烯前驱体涂层转化为石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
提供一基板；
在所述基板上涂布石墨烯前驱体涂层，并将所述石墨烯前驱体涂层固化；
利用激光干涉在所述石墨烯前驱体涂层上形成明暗相间的条纹，在亮条纹处将所述石墨烯前驱体涂层转化为石墨烯。


2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：基板的材料包括玻璃、石英、陶瓷、聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。


3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：该方法还包括对所述基板进行清洗以及亲水化处理。


4.根据权利要求1所述的石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：石墨烯前驱体溶液包括氧化石墨烯溶液或掺金氧化石墨烯复合溶液。


5.根据权利要求4所述的石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液浓度为0.1mg/mL～100mg/mL。


6.根据权利要求4所述的石墨烯纳米条带的制作方法，其特征在于：所述掺金氧化石墨烯复合溶液的掺金量为0.1％-1％。


7.根据权利要求1所述的石...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，艾骏，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33