[发明专利]形成石墨烯氧化物图案和石墨烯图案的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成石墨烯氧化物图案的方法以及采用由本发明的形成石墨烯氧化物图案的方法形成的石墨烯氧化物图案进行还原形成石墨烯图案的方法。

背景技术

自2004年，Geim等人通过微机械剥离法获得了单层石墨烯以来，这种已知的最薄碳材料就成为了其家族中的“明星分子”。其稳定的二维晶格结构、超强的力学性能、优异的导电性和负载能力吸引了科学界的广泛关注和研究，被认为在微纳电子器件、能量储存、高强度材料等领域有着广泛的应用前景；尤其是其在微纳电子器件领域，有望成为新一代的核心材料。

为了将应用前景转化为现实成果，人们不断探索石墨烯的制备与加工方法。已发展的方法主要可分为物理法和化学法两大类，以微机械剥离法为代表的物理方法在制备完整晶格的石墨烯方面具有优势，却因效率低下无法实现工业化生产。化学方法制备石墨烯尤以氧化还原法为主，通过制备石墨烯氧化物可对其进行溶液加工，便于制备薄膜材料，再经还原得到石墨烯材料。而在器件的应用中，将材料进行图案化加工是重要的步骤，已有的激光直写法(Microstructuring of Graphene Oxide Nanosheets Using Direct Laser Writing.Yong Zhou，Qiaoliang Bao，Binni Varghese，Lena Ai Ling Tang，Chow Khim Tan，Chorng-Haur Sow，and Kian Ping Loh.Advanced Materials.2010，22(1)，67-71)、等离子体刻蚀法(Patterned Graphene Electrodes fromSolution-Processed Graphite Oxide Films for Organic Field-Effect Transistors.Shuping Pang，Hoi Nok Tsao，Xinliang Feng，and Klaus Mullen.AdvancedMaterials.2009，21(34)，3488-3491)等石墨烯的图案化方法成本高，条件苛刻。

因此，探索一种新的形成石墨烯氧化物图案的方法显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够形成具有特征光学性质的石墨烯氧化物图案的形成石墨烯氧化物图案的方法以及形成石墨烯图案的方法。

本发明提供了一种形成石墨烯氧化物图案的方法，该方法包括：

(1)准备基底；

(2)在基底的至少一个表面上形成疏水的自组装单分子膜；

(3)用掩模覆盖所述疏水的自组装单分子膜后采用紫外线灯曝光，并在曝光后去除掩模，得到该至少一个表面含有图案化的自组装单分子膜模板的基底；

(4)用石墨烯氧化物量子点的水溶液覆盖所述图案化的自组装单分子膜模板，干燥，从而在基底的该至少一个表面上形成石墨烯氧化物图案。

本发明的形成石墨烯图案的方法包括：将石墨烯氧化物图案在还原性气氛中，800-1000℃下加热15-60分钟，其中，所述石墨烯氧化物图案的形成方法为本发明的石墨烯氧化物图案的形成方法。

本发明的方法通过在掩模存在下，采用紫外线灯对疏水的自组装单分子膜进行曝光，得到图案化的自组装单分子膜模板，然后采用该图案化的自组装单分子膜模板诱导石墨烯水溶液进行成型即可形成石墨烯氧化物图案。推测这是由于紫外线曝光的作用导致曝光区域疏水的单分子膜发生降解转化为亲水区域，从而使该表面不同区域具有不同的亲疏水性质；然后以石墨烯氧化物的水溶液为亲水材料，将溶液滴到上述图案化的自组装单分子膜的模板上，通过溶液的引导作用使得石墨烯氧化物在图案化表面的亲水区域定向沉积然后形成与掩模图案相同的图案。本发明的方法，通过对自组装单分子膜的深紫外线曝光的简单方法构筑了制备石墨烯氧化物图案的模板，然后以该图案化模板制备石墨烯氧化物图案，成本低廉，同时为以石墨烯氧化物为基础的相关应用提供了新的思路。

同时，本发明的方法通过采用石墨烯氧化物的量子点水溶液代替常规的石墨烯氧化物水溶液，使得形成的石墨烯氧化物图案具有荧光性质，和其他碳纳米发光材料一样具有激发依赖的特点。通过在还原性气体和惰性气体的混合气体存在的条件下高温还原本发明形成的石墨烯氧化物图案，可以形成石墨烯图案。本发明的方法克服了现有技术中所形成的石墨烯氧化物图案不具有特征光学性质的缺陷，能够形成得到具有激发依赖荧光特性的石墨烯氧化物图案。

附图说明

图1为本发明的制备方法的示意图。