[实用新型]具有空腔的石墨烯基复合薄膜

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种空腔的石墨烯基复合薄膜。

背景技术

石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性最好的一种新型纳米材料，其抗拉强度约为普通钢的100倍，可以承受大约2吨的重量，并且具有良好的柔韧性。石墨烯的电子迁移率为硅中电子迁移率的140倍，温度稳定性高，面电阻比铜、银更低，是室温下导电最好的材料。石墨烯的比表面积大，热导率是硅的36倍，使得石墨烯在柔性导电薄膜方面具有重要应用。在光学方法，单层石墨烯对可见光及近红外波段光垂直的吸收率仅为2.3％，对所有波段的光无选择性吸收，对从可见光到太赫兹宽波段的光都有吸收等。

由于石墨烯的上述特性，石墨烯在移动设备、航空航天、新能源电池等诸多领域具有应用潜力。特别是柔性透明器件成为现代器件发展的趋势之一，因此，如何将石墨烯应用于各种柔性透明器件是具有重要意义的。

实用新型内容

为了克服以上问题，本实用新型旨在提供一种具有空腔的石墨烯基复合薄膜及其制备方法，从而使石墨烯在柔性透明器件领域具有更加广泛的应用。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种具有空腔的石墨烯基复合薄膜，其包括：

底层石墨烯薄膜；

形成于底层石墨烯薄膜上的多个重复排列的纳米晶图案单元；每个纳米晶图案单元具有第一纳米晶阵列以及位于第一纳米晶阵列周围的第二纳米晶支撑柱；第二纳米晶支撑柱的顶部高于第一纳米晶阵列的顶部；

顶层石墨烯薄膜，覆盖于所述纳米晶图案单元顶部，并且与第二纳米晶支撑柱的顶部接触而与第一纳米晶阵列的顶部不接触，多个纳米晶图案单元与顶层石墨烯之间形成多个封闭空腔；其中，每个封闭空腔由顶层石墨烯薄膜、第二纳米晶支撑柱、第一纳米晶阵列之间围成。

优选地，单个所述纳米晶图案单元呈圆形、矩形、或蝴蝶结形。

优选地，第一纳米晶阵列呈阿基米德阵列排布，或等间距矩阵排布，或胡蝶结形排布。

优选地，相邻的纳米晶图案单元共用一个或多个第二纳米晶支撑柱，或者相邻纳米晶图案单元的第二纳米晶支撑柱相接触连接。

优选地，相邻的纳米晶图案单元之间设置有机纳米屏蔽材料。

优选地，所述第一纳米晶阵列的材料为金属纳米材料；所述第二纳米晶支撑柱的材料为绝缘材料。

优选地，所述第二纳米晶支撑柱的材料为金属氧化物材料。

优选地，所述第二纳米晶支撑柱的材料与所述第一纳米晶阵列的材料相同。

优选地，所述第一纳米晶阵列采用的为纳米线阵列，所述第二纳米晶支撑柱采用的为纳米柱。

本实用新型利用底层石墨烯薄膜、纳米晶阵列、纳米晶支撑柱和顶层石墨烯薄膜共同在石墨烯薄膜间构建多个封闭空腔，由于底层石墨烯薄膜、顶层石墨烯薄膜和纳米晶图案单元均为纳米级，具有较好的柔性，使得封闭空腔可以随底层石墨烯薄膜、顶层石墨烯薄膜和纳米晶图案单元的形变而发生变化，并且，由于第一纳米晶阵列、顶层石墨烯薄膜和底层石墨烯薄膜均具有较高的比表面积，从而使得该石墨烯基复合薄膜对于外界的变化探测更加敏感，灵敏度更高。

当底层石墨烯薄膜、顶层石墨烯薄膜和纳米晶图案单元受到外界刺激时，封闭空腔的体积和形状会随之变化，从而使所产生的光、电信号或者共振频率产生差异，从而提高探测灵敏度，或者获得不同的共振频率，实现共振频率的可调谐性。

首先，由于底层石墨烯薄膜表面与第一纳米晶阵列相连，顶层石墨烯薄膜与第二纳米晶支撑柱相连，当第一纳米晶阵列为半导体材料时，第一纳米晶阵列对于封闭空腔内的温度、压强等变化会产生感知信号，通过底层石墨烯薄膜发送到外界，并且利用封闭空腔来使得入射波长产生谐振，增加信号强度，使得顶层石墨烯薄膜和底层石墨烯薄膜的所发送的电信号产生差异较为明显，从而实现高灵敏度探测的目的。

其次，当第一纳米晶阵列为金属，第二纳米晶支撑柱为绝缘材料时，第二纳米晶支撑柱实现了相邻封闭空腔的隔离，并且通过设置不同的纳米晶图案单元中具有不同高度的第一纳米晶阵列、不同图案的第一纳米晶阵列或不同材料的第一纳米晶阵列，从而获得不同的共振频率，并且利用封闭空腔来使得入射波长产生谐振，增加信号强度，实现有效的多频率收发或探测，提高器件的应用灵活性。