[发明专利]低维碳纳米材料在粗糙衬底上的图案化方法、以及柔性导电材料

说明书

本发明公开了一种低维碳纳米材料在粗糙衬底上的图案化方法、以及柔性导电材料，属于柔性电极技术领域。该方法包括：将分散有低维碳纳米材料的墨水涂覆于粗糙衬底表面，干燥后形成导电膜；在导电膜上涂覆光固化树脂，用透明衬底覆盖后，利用激光束对光固化树脂进行固化，位于激光束照射区域的光固化树脂与导电膜上的部分低维碳纳米材料形成紧密连接体；揭开透明衬底，使位于激光束照射区域的紧密连接体从粗糙衬底上脱落，导电膜上剩余部分的低维碳纳米材料在粗糙衬底上形成图案。该方法能够实现在粗糙衬底上形成底维碳纳米材料图案，方法简便，无需大型设备和复杂步骤，具有低能耗和快速简便的特点。

技术领域

本发明属于柔性电极技术领域，具体涉及一种低维碳纳米材料在粗糙衬底 上的图案化方法、以及柔性导电材料。

背景技术

物联网时代是一个万物互连的世界。柔性、轻薄、轻质、可折叠和贴合人 体的可穿戴电子设备将成为连接人与物交互的桥梁。具有表面微结构的粗糙导 电膜在可拉伸导体、压力传感器、显示器、超级电容器、摩擦电纳米发电机、 传感器和应变传感器等柔性式穿戴器件的应用中具有优异的性能。考虑到容易 获得和低成本，这些器件的电极采用植物叶片表面、砂纸、盐颗粒和其他材料 作为模板。这些电极已经在实验室中实现了原型验证，但进一步的工业应用需 要特定的图案来形成每个功能层的电气布局。

碳纳米管、石墨烯等低维碳纳米材料因其优异的电学和物理性能引起了人 们的广泛关注。将低维碳材料在粗糙的衬底上图案化可以将低维碳纳米材料的 优势应用于具有表面微结构的柔性器件。工业界和学术界已经开发了多种方法 来实现低维碳纳米材料的图案，包括光刻、印刷、真空过滤、转印、界面粘附 性调制、润湿-去润湿组装等技术。最近的图案化技术研究集中在开发一种简便、 无刻蚀、低成本、环境友好、甚至一步图案化的方法，以获得精细的图案。这 些方法继承了工业光刻的选择性曝光步骤，这有助于使用光罩形成精细图案， 同时避免了多步骤制造和蚀刻工艺。

较之于光滑的平面，在粗糙的表面上进行图案化会限制很多技术的应用， 例如印刷技术，粗糙表面的微结构会使墨水在铺展时的预设路径变形。依靠弹 性印章揭离速率控制的界面断裂也只能在平面之间实现材料的转移。掩模辅助 的真空薄膜沉积或喷涂可能会由于粗糙表面与掩模之间无法实现完全贴合而图 案失真。UV胶带上压敏胶有限的流动性无法确保凹陷处的低维碳纳米材料被完 全带走。液态光刻胶可以填平粗糙的表面，通过光掩模也可以定义精细的图案， 但光刻工艺会涉及到有毒性的物质和相对复杂的工艺。

目前，低维碳纳米材料图案化方法通常在平坦光滑的表面上进行，目前还 没有在粗糙的衬底上用已知的图案化方法来实现低维碳纳米材料的图案化的研 究被报道。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种低维碳纳米材料在粗糙衬底上的图案化方 法。该方法能够实现粗糙衬底上形成低维碳纳米材料图案，方法简便，无需大 型设备和复杂步骤，具有低能耗和快速简便的特点，并避免传统光刻工艺中化 学蚀刻步骤带来的易燃易爆和有毒物质的危害，实现经济、环保、低碳的目标。

本发明的第二目的在于提供一种具有低维纳米材料图案的柔性导电材料， 这种柔性导电材料是利用转印工艺处理上述方法得到的具有低维纳米材料图案 的粗糙衬底制得的，有助于实现电子皮肤的穿戴式应用、以及各类传感器的制 备，有广阔的应用前景。

本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种低维碳纳米材料在粗糙衬底上的图案化方法， 其特征在于，包括：

将分散有低维碳纳米材料的墨水涂覆于粗糙衬底表面，干燥后形成导电膜；

在导电膜上涂覆光固化树脂，用透明衬底覆盖后，利用激光束对光固化树 脂进行固化，位于激光束照射区域的光固化树脂与导电膜上的部分低维碳纳米 材料形成紧密连接体，其中激光束的波长为390～420nm、功率为39～45mW/cm²；