鑒于石墨烯具有高導電性、透明性、卓越的機械強度和柔韌性，有望成為下一代電子材料，眾多研究聚焦于此。然而，基于現有諸如石墨烯轉移及金屬成型等制造方法，實現具有成本效益的石墨烯基電子產品大規模生產，依舊頗具挑戰。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行圖案化處理，從而能夠低成本、可擴展地生產石墨烯基柔性電子產品。所制備的石墨烯器件呈現出線性電流 - 電壓特性，這表明生長后圖案化的銅電極與石墨烯之間實現了良好的電接觸。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領域的發展，在各類電子設備實際應用中具有潛力，為可擴展、低成本且靈活的技術解決方案開辟了道路。
Fig 1. 利用生長后圖案化銅箔實現與石墨烯的電接觸。(a) 傳統方法與本研究所提方法在制造石墨烯基柔性電子產品時電接觸方式的對比。在傳統方法中，銅箔（即化學氣相沉積生長石墨烯的生長基底）在石墨烯轉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現電接觸。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，實現與石墨烯的電接觸。(b) 利用生長后圖案化銅箔實現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）與光學圖像（下圖）。在硅酮/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上通過化學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系。(d) 電阻與二氧化氮濃度的關系。(e) 歸一化電阻與氣體濃度的關系。
Fig 5. 帶圖案化后銅觸點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的關系。誤差線表示在十個循環中，收縮階段和松弛階段之間電流的平均差異，各彎曲半徑的數據取自圖(d)。
相關研究工作由韓國忠南大學Jae-Hyuk Ahn團隊于2024年在線發表在《ACS Omega》期刊上，原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c09156
轉自《石墨烯研究》公眾號
