液桥诱导方法用于精确制备图案化石墨烯

Small石墨烯作为一种二维材料,近年来在场效应晶体管、传感器以及透明导电薄膜等领域展现了广泛的应用。其具有的独特物理性质,如量子电子传输、高迁移率、高弹性、高电化学调制等,吸引了科研工作者的广泛关注和研究。要实现石墨烯在光电设备领域的应用,关键在于对纳米尺寸材料进行制备和精确定位。传统的“自上而下”的方法,如化学气相沉积(CVD)、激光直写、机械压印等存在耗时和难以实现大规模图案化制备的问题。“自上而下”的溶液自组装方法简单有效,但常用的介电电泳、喷墨打印等方法往往需要特殊设备或复杂的制备过程。同时组装过程中产生的缺陷也制约了这些方法的进一步使用。

中国科学院化学研究所苏彬副研究员及其合作者对石墨烯图案化方法进行了深入研究,提出了一种液桥诱导石墨烯图案化的方法,为石墨烯图案化的研究提供了一种新的思路。相关论文发表在最近的Small杂志上(Small. 2014, 10, 2570-2577),并被选为内封面进行了报道。这种方法使用具有微米级结构的硅柱阵列表面为模板,通过液桥诱导,实现对石墨烯一维组装的精确控制。通过这种方法得到了大面积(>500×500μm2)的石墨烯条纹阵列,其宽度为0.7±0.3μm,间距为20μm,倾斜角为0.1±0.4°。该方法在实现精确定位石墨烯的同时,通过对硅柱阵列进行调节,可以任意控制石墨烯一维组装结构的方向,从而构筑复杂结果形成石墨烯微型电路。进一步使用柔性基底,如聚二甲基硅氧烷(PDMS),他们得到了图案化石墨烯的柔性电路。当石墨烯-聚合物电极处于弯曲/平铺两种状态时,电子可以在电路中停滞/通过。通过弯曲/平铺的多次循环验证,表明该柔性电路表现出可逆的开关性质。

该工作中使用液桥诱导方法实现了石墨烯阵列的精确制备。不仅有望简化石墨烯的组装工艺,实现在电子工业上的广阔应用,同时,作为一种普适方法,可以应用于其他碳材料,在改善材料性能方面拥有更多的应用前景。