一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法.pdf

一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，先在金属模板表面加工有相应图案的微结构，利用热源对金属模板进行加热，然后利用机械压力使金属模板接触到涂覆在柔性衬底表面的氧化石墨烯薄膜，最后利用机械力将金属模板从氧化石墨烯薄膜表面移开，即在柔性衬底表面得到图形化的还原石墨烯，其中图形化的还原石墨烯的图案与高温金属模板的微结构相一致，本发明可高效率、低成本、大规模的制造出高分辨率的石墨烯图案，为柔性电子、柔性显示、可穿戴电子、柔性储能器件等规模化制造提供了技术支撑。

权利要求书1.  一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在金属模板(1)表面加工有相应图案的微结构，利用热源(2)对金属模板(1)进行加热，使金属模板(1)的温度在200℃～800℃；2)然后利用机械压力(3)使金属模板(1)接触到涂覆在柔性衬底(5)表面的氧化石墨烯薄膜(4)，其中所施加的机械压力(3)以保证金属模板(1)与氧化石墨烯薄膜(4)紧密接触为限，接触时间在1毫秒到1分钟之间；3)最后利用机械力(6)将金属模板(1)从氧化石墨烯薄膜(4)表面移开，即在柔性衬底(5)表面得到图形化的还原石墨烯(7)，其中图形化的还原石墨烯(7)的图案与高温金属模板(1)的微结构相一致。2.  根据权利要求1所述的一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，其特征在于：所述的金属模板(1)为具有高导热率系数的金属，包括铜、不锈钢、镍或铬。3.  根据权利要求1所述的一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯薄膜(4)的厚度为0.1微米到100微米。4.  根据权利要求1所述的一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，其特征在于：所述的柔性衬底(5)是纤维素纸、棉布、聚酰亚胺膜(PI膜)或耐高温聚酯薄膜(PET膜)。

说明书一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法
技术领域
本发明属于微制造技术领域，具体涉及一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法。
背景技术
石墨烯材料的出现使近年来的柔性电子得到了爆炸式的发展。石墨烯材料具有优秀的电学、力学、化学性能，图形化的柔性石墨烯电极在柔性微电子、光电子、电化学能量存储等领域具有及其广阔的潜在应用价值，例如目前的柔性场效应晶体管、柔性薄膜太阳能电池、柔性电化学存储器、柔性显示器等具体的器件领域竞相利用图形化的石墨烯电极代替传统的电极图形。为此，实现石墨烯图形的高效率、低成本、大规模制造，是发展石墨烯基柔性电子/光子器件的首要问题。
为了制造图形化的石墨烯电极，国内外学者已发展了多种不同的成形方法，例如使用喷墨打印技术将石墨烯墨水逐点喷打在衬底上即可连成一定的石墨烯图形、利用高温原子力探针在氧化石墨烯薄膜上接触扫描可以在扫描轨迹上实现还原石墨烯图形、利用激光可以在氧化石墨烯薄膜表面扫描直写得到还原石墨烯图案。然而上述的喷墨打印过程、热探针扫描过程、激光直写过程等均是串行的加工方法，难以实现图形化石墨烯电极的低成本、高效率、规模化制造，已经成为限制石墨烯基柔性电子器件、光子器件、电化学器件等发展的关键技术瓶颈，需要从原理上发展一种新的制造方法，实现图形化石墨烯电 极的低成本、高效率、规模化制造。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，具有高效率、低成本、规模化的制造能力。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，包括以下步骤：
1)在金属模板1表面加工有相应图案的微结构，利用热源2对金属模板1进行加热，使金属模板1的温度在200℃～800℃；
2)然后利用机械压力3使金属模板1接触到涂覆在柔性衬底5表面的氧化石墨烯薄膜4，其中所施加的机械压力3以保证金属模板1与氧化石墨烯薄膜4紧密接触为限，接触时间在1毫秒到1分钟之间；
3)最后利用机械力6将金属模板1从氧化石墨烯薄膜4表面移开，即在柔性衬底5表面得到图形化的还原石墨烯7，其中图形化的还原石墨烯7的图案与高温金属模板1的微结构相一致。
所述的金属模板1为具有高导热率系数的金属，包括铜、不锈钢、镍或铬。
所述的氧化石墨烯薄膜4的厚度为0.1微米到100微米。
所述的柔性衬底5是纤维素纸、棉布、聚酰亚胺膜(PI膜)或耐高温聚酯薄膜(PET膜)，
本发明可高效率、低成本、大规模的制造出高分辨率的石墨烯图案，为柔性电子、柔性显示、可穿戴电子、柔性储能器件等规模化制 造提供了技术支撑。
附图说明
图1是金属模板的升温过程图。
图2是模板热场诱导过程图。
图3是还原石墨烯电极的成形分离示意图。
图4a是实施例金属模板实物图；图4b是在相片纸表面的图形化还原石墨烯电极图；图4c是还原石墨烯电极图形的扫描电子显微镜表征图，图4d是图4c的局部放大图，图4e是还原石墨烯电极图形的光学显微镜放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种柔性还原石墨烯图形化电极的模板热场诱导成形方法，包括以下步骤：
1)参照图1，在金属模板1表面加工有浮雕结构，金属模板1的材料为铜、不锈钢、镍、铬等具有高导热率系数的金属，利用热源2对金属模板1进行加热，使金属模板1的温度在200℃～800℃；
2)参照图2，然后利用机械压力3使金属模板1接触到涂覆在柔性衬底5表面的氧化石墨烯薄膜4，柔性衬底5是纤维素纸、棉布、聚酰亚胺膜(PI膜)或耐高温聚酯薄膜(PET膜)，氧化石墨烯薄膜4的厚度为0.1微米到100微米，机械压力3的大小以能够使金属模板1紧密接触氧化石墨烯薄膜4为宜，接触时间在1毫秒至1分钟之间，
3)参照图3，最后利用机械力6将金属模板1从氧化石墨烯薄膜4表面移开，即在柔性衬底5表面得到图形化的还原石墨烯7，其 中图形化的还原石墨烯7的图案与金属模板1的微结构相一致。
下面结合实施例对本发明做详细描述。
为了展示柔性还原石墨烯图形化电极模板热场诱导的可行性和高效性，本实施例使用了高温不锈钢模板对氧化石墨烯进行图形化热诱导还原，参照图4，图中的GO是氧化石墨烯(Graphene Oxide)的英文缩写，rGO是还原石墨烯(reduced Graphene Oxide)的英文缩写。在实施例中，首先利用铣削加工方法在不锈钢块材表面铣削出叉指图形的微结构，得到到金属模板，参照图4a，利用家用电炉对金属模板进行加热，加热温度为650℃；用喷雾涂覆的方法在相片纸表面喷涂出一层氧化石墨烯薄膜，参照图4b，氧化石墨烯薄膜的厚度为2微米；将金属模板接触氧化石墨烯薄膜并迅速离开，即可在相片纸表面得到叉指图形化的还原石墨烯图形化电极，图4c和图4d是还原石墨烯电极图形的扫描电子显微镜表征图，图4e是还原石墨烯电极图形的光学显微镜放大图。