利用激光刻蚀三维石墨烯纳米墙进行图形化的方法与流程

本发明涉及一种利用激光刻蚀技术对三维石墨烯纳米墙进行图形化改造的方法。

背景技术：

石墨烯作为一种二维的单原子层原子晶体，具有高的电导率、大的比表面积、良好的机械性能及电化学性能。纳米墙结构的碳材料具有垂直于基底生长的石墨片，高度开放的边界结构以及丰富的边缘位点，这种三维结构的石墨烯纳米墙使石墨烯具有更高的比表面积、高的机械强度、更快的电子传输速率等，在电化学领域以及传感器领域具有广泛的应用前景。

基于石墨烯以及三维石墨烯的微电子器件等，都需要精确定位图形化，目前采用的主要技术有：1. 先图形化催化剂，生长得到图形化的石墨烯以及石墨烯纳米墙然后转移。2. 先转移石墨烯以及石墨烯纳米墙到器件衬底上，再通过光刻、刻蚀的方法，最终刻蚀出所需图形，这中方法需要氧等离子体会对石墨烯纳米墙造成损伤，并且转移过程中有机溶剂对石墨烯纳米墙的损伤也比较大，最后废液的回收处理困难，很难制备优良的产品。3. 利用模板压印方法，这种方法需要制作不同的模板，制作工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种利用激光刻蚀三维石墨烯纳米墙进行图形化的方法，其工艺简单，成品率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种利用激光刻蚀三维石墨烯纳米墙进行图形化的方法，包括以下步骤：

步骤1. 在衬底上制备三维石墨烯纳米墙；

步骤2. 将需要刻蚀的图形绘制成激光刻蚀机可读的图形文件；

步骤3. 将制备好的三维石墨烯纳米墙固定于激光刻蚀机载物台上；

步骤4. 将绘制好的图形文件录入激光刻蚀机，然后利用激光刻蚀机对三维石墨烯纳米墙进行刻蚀图形化；

步骤5. 将图形化后的三维石墨烯纳米墙从衬底上剥离；

步骤6. 将剥离下来的三维石墨烯纳米墙进行裁剪。

作为一种改进，所述步骤5中，首先在图形化后的三维石墨烯纳米墙上涂覆柔性材料，并利用干燥箱固化4-6小时，然后利用柔性材料将三维石墨烯纳米墙从衬底上剥离。

作为一种优选，所述柔性材料为PMMA、聚氨酯弹性体、天然乳胶中的一种。

作为一种优选，激光刻蚀机输出功率1-20W；激光扫描速度为100-900mm/min。

作为一种优选，所述步骤2中，利用Auto-CAD将需要刻蚀的图形绘制成图形文件，并转换为激光刻蚀机可读的dxf格式；图形文件中需刻蚀掉部分，线间距设为小于30µm。

作为一种优选，所述步骤1中利用化学气相沉积法在硅或者石英衬底上生长三维石墨烯纳米墙。

作为一种优选，三维石墨烯纳米墙的生长时间为45-90分钟。

作为一种优选，取4英寸硅或者石英衬底先后利用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声10分钟，用氮气吹干置于CVD石英管内，生长不同厚度的三维石墨烯纳米墙。

作为一种优选，：所述步骤4中，刻蚀后的三维石墨烯纳米墙线宽为10-50µm。

本发明的有益之处在于：利用上述方法对三维石墨烯纳米墙进行图形化，其工艺流程简单，陈本相对低廉，成品率也较高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为三维石墨烯纳米墙电子显微镜下的图片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，三维石墨烯纳米墙是一种垂直生长于衬底上的三维石墨烯结构。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1. 在衬底上制备三维石墨烯纳米墙；利用化学气相沉积法在硅或者石英衬底上生长三维石墨烯纳米墙。取4英寸硅或者石英衬底先后利用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声10分钟，用氮气吹干置于CVD石英管内，生长不同厚度的三维石墨烯纳米墙。三维石墨烯纳米墙的生长时间为45-90分钟。

步骤2. 将需要刻蚀的图形绘制成激光刻蚀机可读的图形文件；利用Auto-CAD将需要刻蚀的图形绘制成图形文件，并转换为激光刻蚀机可读的dxf格式；图形文件中需刻蚀掉部分，线间距设为小于30µm。步骤1和2可以同时进行。

步骤3. 将制备好的三维石墨烯纳米墙连同衬底固定于激光刻蚀机载物台上；具体方式是利用吸盘将衬底一面吸附在载物台上。

步骤4. 将绘制好的图形文件录入激光刻蚀机，然后利用激光刻蚀机对三维石墨烯纳米墙进行刻蚀图形化；激光刻蚀机输出功率1-20W；激光扫描速度为100-900mm/min。根据需求可重复刻蚀。

步骤5. 将图形化后的三维石墨烯纳米墙从衬底上剥离；首先在图形化后的三维石墨烯纳米墙上涂覆柔性材料，并利用干燥箱固化4-6小时，然后利用柔性材料将三维石墨烯纳米墙从衬底上剥离。所述柔性材料为PMMA、聚氨酯弹性体、天然乳胶中的一种。

步骤6. 将剥离下来的三维石墨烯纳米墙进行裁剪。 裁剪手段可利用激光切割机以及手术刀、剪刀等，最后将裁剪好的三维石墨烯纳米墙应用于各种器件。剪好的三维石墨烯纳米墙厚度约为1mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。