[发明专利]石墨烯纳米图案的印刷方法及用于其的装置和墨水

说明书

本发明涉及石墨烯纳米图案的印刷方法。本发明提供氧化石墨烯纳米图案的印刷方法，其特征在于，包括以下步骤：向喷嘴供给溶剂中分散有氧化石墨烯片的墨水；将所述喷嘴定位在基板上的规定位置；以及从所述喷嘴排出所述墨水，同时沿着所述基板上的规定路径移动所述喷嘴，从而印刷与所述喷嘴的移动路径对应的氧化石墨烯纳米图案，在所述氧化石墨烯纳米图案的印刷步骤中，所述纳米图案是以氧化石墨烯片进行印刷，并通过调节喷嘴的拖动速度来控制所印刷的氧化石墨烯纳米图案的尺寸，其中所述氧化石墨烯片是通过在所述喷嘴与所述基板之间从所述喷嘴排出的所述墨水形成的弯液面内的溶剂的蒸发来层积的，并且，还包括所印刷的氧化石墨烯图案的热还原、化学还原处理步骤。本发明中无需使用用于维持石墨烯形状的基质也可以印刷具有小于1微米的纳米尺寸的氧化石墨烯图案或石墨烯图案。

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米图案的印刷方法。

背景技术

石墨烯(graphene)是由碳原子组成的碳的同素异形体之一。通常石墨烯是指通过碳的sp²杂化形成的二维单片(two-dimensional single sheet)，其具有大的表面积，机械、热、光学及电学特性非常优异，并具有柔韧性和透明性。由此，作为用于实现新一代柔性电子元件的候选材料而备受瞩目。

为了实现新一代的基于石墨烯的柔性元件，需要能够大面积地将纳米尺寸的石墨烯三维结构体制作在所需位置的三维图型技术。

印刷电子(printed electronics)技术是将多种功能性墨水材料通过直接利用印刷工序，不仅可以制作智能手机、数码相机、DVD(Digital Versatile Disc(数字通用光))、LCD(Liquid Crystal Display(液晶显示器))等数码家电，还可以制作电子纸、柔性物理化学传感器等多种新一代柔性电子元件的技术。相比于现有工序，通过印刷工序制作电子元件具有多种优点。首先，可实现无需昂贵的制作过程的多种工序，从而能够显著性地降低工序费用，还可以通过连续工序增加工序速度。此外，可减少用于维持工序的电等多种能耗而环保，并且可以只在所需部分选择性地制作电子元件，从而能够使不必要的化学废弃物的排放最小化。此外，就印刷电子技术而言，很多墨水材料可以在低温下进行工序，因此，与在柔软的塑料基板上实现电子元件的柔性电子元件技术具有很高的工序适合性。

印刷电子技术中除了将平面的二维个体通过扫描、复印、打印的形式制作电子元件的方法以外，还有能够制作三维图案的三维印刷方法。三维印刷技术可以将橡胶、尼龙、塑料等绝缘体，以及不锈钢、肽等金属等材料作为三维设计数据的基础，并通过层积制造法(additive manufacturing)，将实物模型、原型、工具及配件等进行形象化。随着各种墨水及基板材料与精密印刷技术的发展与融合，这样的二维和三维的印刷技术起着使过去在印刷电路板的电路、半导体的光掩模、显示器的彩色滤光片等一些领域中的利用受到限制的印刷电子的领域成长为新的领域的导火索作用。尤其，三维印刷技术被认为可以在新型电子元件及配件的制造上提出划时代的方向。

但是，利用现有的三维印刷技术，虽然可以通过将碳纳米管或石墨烯等材料作为填料(filler)填充在塑料等基质(matrix)中来制作最小具有几十微米尺寸的结构体，但是无法制造只由纯的石墨烯组成的三维纳米结构体。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决如上所述的现有技术中的问题，本发明的目的在于提供具有小于1微米的纳米尺寸的氧化石墨烯图案及石墨烯图案的印刷方法。

此外，本发明的目的在于提供无需使用用于印刷图案的基质的石墨烯纳米图案的印刷方法。

此外，本发明的目的在于提供可通过石墨烯片之间的结合力来维持图案结构的石墨烯纳米图案的印刷方法。

此外，本发明的目的在于提供柔性石墨烯电子元件的印刷方法。