[发明专利]图案化二维材料及其制备方法和产品

说明书

本发明涉及二维材料的加工领域，公开了一种制备图案化二维材料的方法，该方法包括以下步骤：1)在第一衬底上制备二维材料薄膜层；2)通过第一喷墨打印的方法在步骤1)得到的产物上形成掩膜层；3)对步骤2)得到的材料依次进行刻蚀和除掩膜，即得图案化二维材料。该方法加工柔性好、速度快、操作简单和成本低，制备得到的图案化二维材料图案化质量高。

技术领域

本发明涉及二维材料的加工领域，具体涉及一种图案化二维材料的制备方法、该方法制备得到的图案化二维材料和该方法在制备图案化二维材料器件中的应用。

背景技术

二维材料具有诸多令人瞩目的物理、化学性质，使其成为目前国际材料科学研究的前沿焦点。它们性质多样且互补，涵盖了从导体、半导体、超导体到绝缘体各种类型。从最初的输运性质，到光电器件和自旋电子器件，再到后来的光/电催化剂、锂电池、太阳能电池、超级电容器等，二维材料已渗透入众多现有的研究领域甚至开拓出一些新兴领域。对于二维材料器件制备而言，无论是在电路、场效应晶体管、太阳能电池以及各种传感器的应用中，二维材料的尺寸和形状是影响器件性能的重要因素。因此，将大面积连续制备的二维材料进行图案化处理，成了二维材料加工领域的重要研究方向。然而现有的二维材料图案化方法存在加工柔性差、速度慢以及图案化质量不高等问题，因此如何快速精确的制备图案化的二维材料是制约二维材料应用研究的瓶颈之一。

CN107275218A公开了一种避免光刻胶沾污的二维材料器件制造方法，包括：步骤一、提供衬底，在衬底上制备二维材料层；步骤二、在二维材料层上沉积栅介质层；步骤三、对栅介质层和二维材料层进行有源区图形化刻蚀；步骤四、对源漏接触区的栅介质层进行腐蚀，并沉积源漏电极金属；步骤五、在沟道区的栅介质层上沉积栅电极金属在二维材料上沉积栅介质层的方法，从而避免传统光刻方法光刻胶对二维材料的玷污。

CN106115681A公开了一种二维材料图形化的方法，该方法包括1)将转移过单层石墨烯材料的二氧化硅/硅衬底放置在操作台上；2)将位相光栅放置在样品上方，根据需求可选择一维或二维位相光栅实现石墨烯纳米带或纳米孔洞结构；3)使用激光照射位相光栅和样品；激光通过位相光栅发生相干现象形成激光能量的空间分布，照射到石墨烯上实现大规模的图案化结构。

以上方法增加了装置成本，操作复杂，不易推广。因此需要提供一种更方便的制备图案化二维材料的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的二维材料图案化方法存在加工柔性差、速度慢、图案化质量不高、操作复杂及成本高的缺陷，提供一种制备图案化二维材料的方法、使用该方法制备得到的图案化二维材料以及该图案化二维材料在器件中的应用。该方法加工柔性好、速度快、操作简单和成本低，制备得到的图案化二维材料图案化质量高。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备图案化二维材料的方法，该方法包括以下步骤：

1)在第一衬底上制备二维材料薄膜层；

2)通过第一喷墨打印的方法在步骤1)得到的产物上形成掩膜层；

3)对步骤2)得到的材料依次进行刻蚀和除掩膜，即得图案化二维材料。

优选地，所述第一喷墨打印所用的墨水含有水溶性高分子、水和/或乙醇，所述水溶性高分子的重均分子量为500-10000。

优选地，所述墨水的表面张力为15-75mN/m，优选为20-45mN/m。

优选地，以所述墨水的总重量为基准，所述水溶性高分子的含量为0.01重量％-80重量％。

优选地，所述方法的步骤1)还包括：在所述二维材料薄膜层上进行金属沉积，得到金属电极。

优选地，所述方法的步骤1)还包括将所述二维材料薄膜层经第一转印的方法转印至第二衬底上。