鑒于石墨烯具有高導(dǎo)電性、透明性、卓越的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，有望成為下一代電子材料，眾多研究聚焦于此。然而，基于現(xiàn)有諸如石墨烯轉(zhuǎn)移及金屬成型等制造方法，實(shí)現(xiàn)具有成本效益的石墨烯基電子產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)，依舊頗具挑戰(zhàn)。本研究提出了一種簡便且高效的石墨烯電接觸制造方法。該方法是在石墨烯生長后對銅箔進(jìn)行圖案化處理，從而能夠低成本、可擴(kuò)展地生產(chǎn)石墨烯基柔性電子產(chǎn)品。所制備的石墨烯器件呈現(xiàn)出線性電流 - 電壓特性，這表明生長后圖案化的銅電極與石墨烯之間實(shí)現(xiàn)了良好的電接觸。所提出的生長后圖案化方法，可在大面積及各類柔性基底（包括超薄且可拉伸的薄膜，厚度小于10微米）上制造銅接觸的石墨烯器件。通過制作氣體傳感器和柔性力傳感器，證明了該方法應(yīng)用于電子器件的可行性。本研究提出的方法推動了石墨烯基電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，在各類電子設(shè)備實(shí)際應(yīng)用中具有潛力，為可擴(kuò)展、低成本且靈活的技術(shù)解決方案開辟了道路。
Fig 1. 利用生長后圖案化銅箔實(shí)現(xiàn)與石墨烯的電接觸。(a) 傳統(tǒng)方法與本研究所提方法在制造石墨烯基柔性電子產(chǎn)品時電接觸方式的對比。在傳統(tǒng)方法中，銅箔（即化學(xué)氣相沉積生長石墨烯的生長基底）在石墨烯轉(zhuǎn)移過程中被完全蝕刻（或分層剝離），隨后在石墨烯上沉積金屬以實(shí)現(xiàn)電接觸。而在本研究提出的方法中，銅箔被用作電極，通過將銅箔圖案化為所需的電極形狀，在無需在石墨烯上額外沉積金屬的情況下，實(shí)現(xiàn)與石墨烯的電接觸。(b) 利用生長后圖案化銅箔實(shí)現(xiàn)與石墨烯電接觸的制造工藝示意圖。(c) 在12.9英寸硅酮/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上制造的帶有生長后圖案化銅電極的石墨烯基柔性器件。比例尺：1厘米。
Fig 2. 圖案化后銅接觸的電學(xué)特性。(a) 用于確定接觸電阻和薄層電阻、具有不同間距的測試圖案示意圖（上圖）與光學(xué)圖像（下圖）。在硅酮/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上通過化學(xué)氣相沉積生長的石墨烯，與生長后圖案化的銅電極在不同距離下進(jìn)行電接觸。比例尺：1厘米。 (b) 電流 - 電壓特性。(c) 電阻與距離的關(guān)系。
Fig 3. 不同柔性基底上銅箔的后圖案化。(a) 不同柔性基底上石墨烯器件在銅箔后圖案化之前（上圖）與之后（下圖）的光學(xué)圖像。比例尺：1厘米。 (b) 不同柔性基底上銅接觸的石墨烯器件的電阻值。
FiFig 4. 使用具有圖案化后銅接觸的石墨烯器件進(jìn)行氣體傳感。(a) 氣體測試裝置示意圖。(b) 氣體分子（氨氣（NH?）和二氧化氮（NO?））與石墨烯器件之間相互作用的示意圖。(c) 電阻與氨氣濃度的關(guān)系。(d) 電阻與二氧化氮濃度的關(guān)系。(e) 歸一化電阻與氣體濃度的關(guān)系。
Fig 5. 帶圖案化后銅觸點(diǎn)的石墨烯器件的彎曲測試。(a) 彎曲測試流程示意圖。(b) 彎曲測試裝置的光學(xué)圖像。照片由“Lee Kyung Bae”提供。 (c) 彎曲半徑（r）分別為2.5毫米、5毫米、10毫米和15毫米時，重復(fù)彎曲過程中的電流 - 時間曲線。(d) 不同彎曲半徑下彎曲曲線的放大波形。(e) 電流變化與彎曲半徑r的關(guān)系。誤差線表示在十個循環(huán)中，收縮階段和松弛階段之間電流的平均差異，各彎曲半徑的數(shù)據(jù)取自圖(d)。
相關(guān)研究工作由韓國忠南大學(xué)Jae-Hyuk Ahn團(tuán)隊于2024年在線發(fā)表在《ACS Omega》期刊上，原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c09156
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
