鉴于石墨烯具有高导电性、透明性、卓越的机械强度和柔韧性，有望成为下一代电子材料，众多研究聚焦于此。然而，基于现有诸如石墨烯转移及金属成型等制造方法，实现具有成本效益的石墨烯基电子产品大规模生产，依旧颇具挑战。本研究提出了一种简便且高效的石墨烯电接触制造方法。该方法是在石墨烯生长后对铜箔进行图案化处理，从而能够低成本、可扩展地生产石墨烯基柔性电子产品。所制备的石墨烯器件呈现出线性电流 - 电压特性，这表明生长后图案化的铜电极与石墨烯之间实现了良好的电接触。所提出的生长后图案化方法，可在大面积及各类柔性基底（包括超薄且可拉伸的薄膜，厚度小于10微米）上制造铜接触的石墨烯器件。通过制作气体传感器和柔性力传感器，证明了该方法应用于电子器件的可行性。本研究提出的方法推动了石墨烯基电子学领域的发展，在各类电子设备实际应用中具有潜力，为可扩展、低成本且灵活的技术解决方案开辟了道路。
 
 
Fig 1. 利用生长后图案化铜箔实现与石墨烯的电接触。(a) 传统方法与本研究所提方法在制造石墨烯基柔性电子产品时电接触方式的对比。在传统方法中，铜箔（即化学气相沉积生长石墨烯的生长基底）在石墨烯转移过程中被完全蚀刻（或分层剥离），随后在石墨烯上沉积金属以实现电接触。而在本研究提出的方法中，铜箔被用作电极，通过将铜箔图案化为所需的电极形状，在无需在石墨烯上额外沉积金属的情况下，实现与石墨烯的电接触。(b) 利用生长后图案化铜箔实现与石墨烯电接触的制造工艺示意图。(c) 在12.9英寸硅酮/聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上制造的带有生长后图案化铜电极的石墨烯基柔性器件。比例尺：1厘米。
 
 
Fig 2. 图案化后铜接触的电学特性。(a) 用于确定接触电阻和薄层电阻、具有不同间距的测试图案示意图（上图）与光学图像（下图）。在硅酮/聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上通过化学气相沉积生长的石墨烯，与生长后图案化的铜电极在不同距离下进行电接触。比例尺：1厘米。 (b) 电流 - 电压特性。(c) 电阻与距离的关系。
 
 
Fig 3. 不同柔性基底上铜箔的后图案化。(a) 不同柔性基底上石墨烯器件在铜箔后图案化之前（上图）与之后（下图）的光学图像。比例尺：1厘米。 (b) 不同柔性基底上铜接触的石墨烯器件的电阻值。
 
 
FiFig 4. 使用具有图案化后铜接触的石墨烯器件进行气体传感。(a) 气体测试装置示意图。(b) 气体分子（氨气（NH₃）和二氧化氮（NO₂））与石墨烯器件之间相互作用的示意图。(c) 电阻与氨气浓度的关系。(d) 电阻与二氧化氮浓度的关系。(e) 归一化电阻与气体浓度的关系。
 
 
Fig 5. 带图案化后铜触点的石墨烯器件的弯曲测试。(a) 弯曲测试流程示意图。(b) 弯曲测试装置的光学图像。照片由“Lee Kyung Bae”提供。 (c) 弯曲半径（r）分别为2.5毫米、5毫米、10毫米和15毫米时，重复弯曲过程中的电流 - 时间曲线。(d) 不同弯曲半径下弯曲曲线的放大波形。(e) 电流变化与弯曲半径r的关系。误差线表示在十个循环中，收缩阶段和松弛阶段之间电流的平均差异，各弯曲半径的数据取自图(d)。
 
        相关研究工作由韩国忠南大学Jae-Hyuk Ahn团队于2024年在线发表在《ACS Omega》期刊上，原文链接：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c09156

转自《石墨烯研究》公众号