[发明专利]用于无线穿戴式通信的印刷石墨烯薄层制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线穿戴式通信的印刷石墨烯薄层制造方法，其可在低温下进行处理，使得所述印刷石墨烯薄层与热敏性材料(例如纸张，塑料膜，及织物)兼容。

背景技术

由于在医疗保健及健身监控，移动网络/互联网，智能皮肤及功能性衣服等提供大量的潜力，无线穿戴式通讯的研究在相关领域上，获得越来越多的关注。

射频(RF)收发器为任何通信系统的基本组成部分，其可接收射频信号，并将所述信号转换为较低的中频(IF)，使得信号可以容易地进行仿真-数字转换(ADC)及数字信号处理(DSP)。射频收发器包括被动组件，例如天线，传输线(TL)组，阻抗匹配网络，及主动式电路(例如，低噪音放大器(LNA)，混频器，及本机振荡器等)。传统上，射频收发器主要与印刷电路板(PCB)一同装配制造，但却在挠性基材，像是纸张及织物，构成了极大的挑战。为了解决这个问题，研究人员提出了在纺织纱在线的涂布/电镀金属技术，在织物上的碳纳米管染色技术，然后利用银/金颗粒溅镀，制造穿载式天线。然而，这些方法，即使所述金属被沉积在纺织基材上，其制造过程及材料却非常复杂昂贵，因此不适用于低成本无线穿戴式应用上的大量生产。

设置在一六方晶格的碳原子单层石墨烯，由于其独特的电子和物理特性，因此是用于无线可穿戴式通讯应用上非常有前景的材料。迄今为止，研究人员进行了深入的石墨烯探索，以便制造主动式装置，例如晶体管及二极管的应用。四元数字调变器可应用两石墨烯晶体管来实现。在射频频带中的放大器可用石墨烯场效晶体管进行实验验证。在一射频收发器中必需具备其它的被动装置，例如混频器及振荡器。最近更报导单片石墨烯射频接收器集成电路(IC)可进行信号放大，滤波及降频转换。

然而，即使已经取得在石墨烯主动式装置中的进展，石墨烯主动式射频组件的发展却明显落后。这是因为，尽管石墨烯具高导电性，但在剥离及化学气相沉积(CVD)的石墨烯片上却具有非常高的表面电阻，因此妨碍其在射频被动组件的应用。然而，石墨烯导电油墨的近来发展具高导电性，机械可挠性，重量轻，成本低的优势。石墨烯导电油墨的制成通常可分为两类。一类是无粘合剂技术，例如，在溶剂中，像是，N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基甲酰胺(DMF)不添加任何粘合剂，来直接分散石墨烯，而其它亦可使用像乙基纤维素(EC)。尽管后者的技术可以提供较高的导电性，但它要求的高温热退火，会使其与热敏基材，像是纸张及织物不相容。另一方面，不含粘合剂的技术由于其可低温退火，故可与热敏基材兼容，但对射频应用来说，油墨电导率必须做更进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无线穿戴式通信的印刷石墨烯薄层，其不仅与热敏基材，像是纸张，塑料膜片及织物兼容，且还可适用于无线穿戴式通信应用，提供高导电性及机械可挠性。

通过比较，此种技术可实现达到4.3×104西门子/每米(S/m)的电导率，这几乎是先前报导具粘合剂的石墨烯氧化物还原(RGO)2.5×104西门子/每米(S/m)的两倍，且高于不含粘合剂方法的10倍。这种高导电的印刷石墨薄层可被进一步应用在构建传输线及天线的可挠性基材上，例如纸张，塑料膜，及织物。这些构件的性能，特别是在不同的弯曲情况下，进行了实验研究。结果证明，印刷石墨烯薄层可使射频被动组件具有适用于无线穿戴式通信应用上所需的特性及质量。

为达成上述目的，本发明的一种适用于无线穿戴式通信的印刷石墨烯薄层制造方法，包括下列步骤：

(A)在一基材上涂布石墨烯导电油墨；

(B).对在所述基材上的石墨烯导电油墨进行干燥处理；

(C).利用一压缩滚轮对所述基材进行滚压。

较佳的是，在步骤(B)之后，可形成高度多孔的石墨烯纳米片涂层。

较佳的是，一纸张，塑料膜，或织物可做为所述基材，且所述石墨烯导电油墨被涂布于所述基材上。

有关本发明的具体实施方式及其技术特点和功效，下文将配合图式说明如下。

附图说明

图1(a)至图1(c)是说明本发明一较佳实施例制备石墨烯薄层，其中，石墨烯导电油墨被涂布于图1(a)所示的基材上，其中，在干燥后，可形成如图1(b)所示的高度多孔石墨烯纳米片涂层，其中，通过压缩，可获得如图1(c)所示的高密度石墨烯薄层；

图2(a)显示传输线的衰减，且插入线表示具有不同间隙的两传输线样品，分别为g＝0.3mm and g＝0.5mm；

图2(b)显示传输线的相位常数；