美国莱斯大学利用激光诱导石墨烯工艺在光刻胶中创建微米级图案

【据美国莱斯大学网站2021年5月6日报道】美国莱斯大学实验室已经对其激光诱导的石墨烯技术进行了改进,可产生用于消费电子产品和其他应用领域导电材料的高分辨率微米级图案。

莱斯大学化学家詹姆斯•图尔(James Tour)团队于2014年推出了激光诱导石墨烯(LIG)技术,主要工艺步骤是在聚合物或其他材料中燃烧刻蚀掉所有非碳物质,使碳原子自身重组成具有六角形特征的石墨烯薄膜。

该工艺采用普通的商用激光,将石墨烯图案“写入”到包括木材、纸张甚至食物等物体的表面。

经过全新迭代后的技术主要工艺步骤如下:首先将石墨烯的精细图案写入光刻胶聚合物,光刻和照相制版中使用光敏材料;然后对薄膜板进行加热增加其碳含量;随后再利用激光固化使坚实的石墨烯图案固化,最后将未激光固化的光刻胶刻蚀掉。有关PR-LIG工艺的更详细信息发表在了美国化学学会杂志ACS Nano中。

图尔表示,这种工艺技术允许在更传统的类硅工艺技术中使用石墨烯导线和器件。未来有望逐渐过渡到主流的电子产品平台。莱斯大学实验室LIG生产线中制造的石墨烯图样宽约10微米,厚度约几百纳米,与目前利用激光连接扫描电镜等更繁琐工艺所获得的试样基本相当。论文的主要作者雅各布•贝克汉姆表示,创造足以应用于传统电路的石墨烯导电图案是促使实验室优化LIG工艺的主要原因。

此次工艺的改进与突破是对工艺参数的精确控制。根据光刻胶的几何形状和厚度,少量光刻胶会吸收激光,因此优化激光功率和其他参数可以在很高的分辨率下获得良好材料转化。

由于正性光致抗蚀剂在旋涂到激光基板之前为液体,因此可以比较容易的在原材料中掺入金属或其他添加剂以对其进行定制。

这项技术的潜在应用包括芯片上的微型超级电容器,功能性纳米复合材料和微流体阵列等。

美国空军科学研究院,国家科学基金会和能源部为这项研究提供了支持。

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