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TW201609533A - 還原氧化石墨烯的製造方法 - Google Patents

還原氧化石墨烯的製造方法 Download PDF

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TW201609533A
TW201609533A TW103130056A TW103130056A TW201609533A TW 201609533 A TW201609533 A TW 201609533A TW 103130056 A TW103130056 A TW 103130056A TW 103130056 A TW103130056 A TW 103130056A TW 201609533 A TW201609533 A TW 201609533A
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胡泉凌
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友睦科技股份有限公司
胡泉凌
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Abstract

一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含：選定一基材；並於基材上方濺鍍或蒸鍍形成一碳層；隨後將基材和碳層共同進行氧化處理形成一氧化石墨烯層；再對氧化石墨烯層進行還原處理形成一還原氧化石墨烯層；本發明可使金屬基材或非金屬基材等各種不同類型的基材上，直接生成低成本、高品質且大面積連續的片狀的還原氧化石墨烯層。

Description

還原氧化石墨烯的製造方法
本發明是有關一種還原氧化石墨烯的製造方法，尤指一種藉由氧化還原方法而可於基材上直接形成大面積、片狀的還原氧化石墨烯的製造方法。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，為只有一個碳原子厚度的二維材料，石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的奈米材料，由於其獨特的材料特性，如高機械強度、熱傳導，以及高載子遷移率等等優異性質，故石墨烯材料被廣泛應用於製造透明觸控螢幕、光板，太陽能電池，以及半導體產業界。
習知製備石墨烯的方法包含機械剝離法（mechanical exfoliation）、磊晶成長法（Epitaxial growth）、化學氣相沈積法（chemical vapor deposition, CVD）及氧化石墨烯化學還原法（reduction from grapheme oxides）。
藉由機械剝離法（mechanical exfoliation）可直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來，但其尺寸不易控制，無法可靠地製造出大面積的石墨烯薄片。
磊晶成長法（Epitaxial growth）為於觸媒金屬基材或碳化矽基材上製造出石墨烯，然，使用觸媒金屬基材會使得金屬不易移除，必需轉移至絕緣基材上；而使用碳化矽基材則因基材表面原子結構而造成石墨烯層數不一，目前此法尚無法製造出大面積且高品質的石墨烯。
近年來化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD），成功地在過渡金屬表面製備出大面積石墨烯，因而促使化學氣相沉積製備石墨烯成為業界研究焦點，惟藉由此方法製備石墨烯雖具有大面積生產以及可轉移至其他基材之優點。然而，目前以化學氣相沈積法製備的石墨烯在銅或是鎳金屬表面生成後需經過一道轉移製程至所需的基材上，轉移製程通常會造成石墨烯因轉移而造成機械應力損耗、污染物殘留以及成本過高等問題。
另一石墨烯製備方法為氧化石墨烯化學還原法（reduction from grapheme oxides），主要係先將石墨氧化，最後再經過高溫還原的步驟使石墨烯恢復其原本的晶格形狀使其具有導電性。然而，現有的氧化石墨烯製造方法，如Brodie方法(BrodieB.C..0n the atomic weight of graphite[J].Phil.Trans.Roy.Soc, 1859,149:249-59)，Hummers法(ff Hummers, R Offeman.Preparation of graphite oxide [J].JAm Chem Soc,1958,80:1339)或Staudenmaier法(Y Matsuo, K ffatanabe, T Fukutsuka, etal.Charaterization of n-hexadecy-lakyIamine-1ntercalated graphite oxide assorbents [J].Carbon, 2003, 41 (8): 1545-1550)製備的氧化石墨烯經超音波解離而製得。以上三種氧化石墨烯的製造成品都為粉狀的結構。
有鑑於習知石墨烯的製造方法皆具有其缺失，實有必要提供一種藉由簡易、低成本製程卻可快速出生產高密度、片狀、大面積、品質優良的還原氧化石墨烯的製造方法。
本發明的主要目的在於提供一種可於金屬基材或非金屬基材上直接形成大面積還原氧化石墨烯的製造方法，使各種不同類型基材上皆可直接成長出低成本、高品質的大面積片狀還原氧化石墨烯，且此製造方法亦具有製程簡單的特點，可達到降低成本的目的，進而大幅提升產業應用性。
為實現前述目的，本發明第一實施例一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材； (B) 於上述基材上方濺鍍或蒸鍍一碳層； (C) 將上述基材和碳層共同進行氧化處理； (D) 氧化處理後，上述碳層於上述基材的表面形成氧化石墨烯層； (E)  將上述基材和氧化石墨烯層共同進行還原處理；以及 (F)  還原處理後，上述氧化石墨烯層形成一還原氧化石墨烯層。
上述基材選自金屬基材或非金屬基材的其中一種。
上述氧化處理溫度為200~1500°C。
上述氧化處理為大氣中熱處理或氣氛含氧反應式熱處理或真空含氧反應式熱處理的其中一種。
上述氣氛含氧反應式熱處理採用惰性氣體中通入氧氣。
上述真空含氧反應式熱處理採用真空中通入氧氣的方式。
於第一實施例中，上述金屬基材為單一金屬材料或為合金材料構成。
於一較佳第一實施例中，上述非金屬基材由陶瓷基材、玻璃基材、半導體基材、工程塑膠基材、石英基材、藍寶石基材的其中一種非金屬材料構成。
於第二實施例中，上述金屬基材由一金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳或鎳合金的其中一種所構成。
於另一第二可行實施例中，上述非金屬基材由一非金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成。
於第三實施例中，一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材； (B) 於上述基材上方濺鍍或蒸鍍一碳層； (C) 將上述基材和碳層共同進行氧化處理； (D) 氧化處理後，上述碳層形成一氧化石墨烯層； (E)  將上述基材和氧化石墨烯層共同進行還原處理； (F)  還原處理後，上述氧化石墨烯層形成一還原氧化石墨烯層；以及 (G) 利用壓膜(抗蝕刻膜)、曝光顯影及蝕刻製程形成圖案化還原氧化石墨烯層。
上述基材選自金屬基材或非金屬基材的其中一種。
上述氧化處理溫度為200~1500°C。
上述氧化處理為大氣中熱處理或氣氛含氧反應式熱處理或真空含氧反應式熱處理的其中一種。
上述氣氛含氧反應式熱處理採用惰性氣體中通入氧氣。
上述真空含氧反應式熱處理採用真空中通入氧氣的方式。
於第三實施例中，上述金屬基材為單一金屬材料或為合金材料構成。
於一較佳第三實施例中，上述非金屬基材由陶瓷基材、玻璃基材、半導體基材、工程塑膠基材、石英基材、藍寶石基材的其中一種非金屬材料構成。
於第四實施例中，上述金屬基材由一金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳或鎳合金的其中一種所構成。
於另一第四可行實施例中，上述非金屬基材由一非金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成。
於第五實施例中，一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材； (B) 於上述基材上方濺鍍或蒸鍍一碳層； (C) 利用壓膜(抗蝕刻膜)、曝光顯影及蝕刻製程形成圖案化碳層； (D) 將上述抗蝕刻膜剝除； (E)  將上述基材和上述圖案化碳層共同進行氧化處理； (F)  氧化處理後，上述圖案化碳層形成一圖案化氧化石墨烯層； (G) 將上述基材和圖案化氧化石墨烯層共同進行還原處理；以及 (H) 還原處理後，上述圖案化氧化石墨烯層形成一圖案化還原氧化石墨烯層。
上述基材選自金屬基材或非金屬基材的其中一種。
上述氧化處理溫度為200~1500°C。
上述氧化處理為大氣中熱處理或氣氛含氧反應式熱處理或真空含氧反應式熱處理的其中一種。
上述氣氛含氧反應式熱處理採用惰性氣體中通入氧氣。
上述真空含氧反應式熱處理採用真空中通入氧氣的方式。
於一第五實施例中，上述金屬基材為單一金屬材料或為合金材料構成。
於另一可行第五實施例中，上述非金屬基材由陶瓷基材、玻璃基材、半導體基材、工程塑膠基材、石英基材、藍寶石基材的其中一種非金屬材料構成。於第六實施例中，上述金屬基材由一金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳或鎳合金的其中一種所構成。
於另一較佳第六實施例中，上述非金屬基材由一非金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成。
本發明的特點在於濺鍍或蒸鍍一碳層於金屬基材或非金屬基材上方後，並進行氧化處理的技術手段，用以生成氧化石墨烯，最後再進行還原處理，進而可在基材上方形成大面積且連續的片狀還原氧化石墨烯層，且此製造方法透過上揭簡易製程可降低成本、快速生產出大面積且品質優良的還原氧化石墨烯；此外，透過上揭製造方法可應用於各種基材而生長出高品質還原氧化石墨烯材料，進而具有產業應用性。
茲為便於更進一步對本發明之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：
首先，請參閱圖1、2所示，本發明第一實施例一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材1； (B) 於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍一碳層2； (C) 將上述基材1和碳層2共同進行氧化處理3；以及 (D) 氧化處理3後，上述碳層2於上述基材1的表面形成氧化石墨烯層4； (E)  將上述基材1和氧化石墨烯層4共同進行還原處理5；以及 (F)  還原處理5後，上述氧化石墨烯層4形成一還原氧化石墨烯層6。
上述步驟(A)為選定一基材1；所述基材1選自金屬基材10或非金屬基材11的其中一種；若選定基材1為金屬基材10，於第一實施例中的基材1樣態中，所述基材1可由可為單一金屬材料10a或是合金材料構成如3A圖所示，於一實施例中，上述單一金屬材料10a或是合金材料可為金屬薄片或金屬箔，上述金屬薄片或金屬箔可藉由滾輪進行壓延製程或進行電鍍、電鑄形成金屬薄片或金屬箔後再進入捲式製程，使得整體製程具有快速生產的特性。
於另一可行實施例中，上述金屬基材10可為利用3D成型技術成型的金屬零件。
本發明於一可行實施例中，步驟(A)基材1結構可為非金屬基材11由陶瓷基材1、玻璃基材1、半導體基材1、工程塑膠基材1、石英基材1、藍寶石基材1的其中一種非金屬材料11a構成單一層結構基材如第3B圖所示，上述半導體基材1可為氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、硒化鋅(ZnSe)、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、矽基材、二氧化矽(SiO2)等基材1。
步驟(B)於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍一碳材料，上述碳材料於基材1表面上形成碳層2。
步驟(C)將上述基材1和碳層2共同進行氧化處理3；上述氧化處理3可為真空含氧反應式熱處理或氣氛含氧反應式熱處理的其中一種，並將氧化處理3溫度設定為200~1500°C。
上述氣氛含氧反應式熱處理為利用惰性氣體與微量的氧氣進行的反應式熱處理方法：將待氧化物置於裝置內，於爐體中，充入惰性氣體與微量的氧氣，使物體在惰性氣氛中進行氣氛含氧反應式的熱處理。
而上述真空含氧反應式熱處理為利用真空中通入微量的氧氣進行的反應式熱處理方法：將待氧化物置於裝置內，於真空狀態下，充入稀薄的氧氣，使物體在裝置內進行真空含氧反應式的熱處理。
於另一可行實施例中，上述氧化處理3可為於大氣中進行加熱之氧化處理3，並將氧化處理3溫度設定為200~1500°C。
步驟(D)於氧化處理3後，上述碳層2會氧化成二氧化碳並且在基材1的表面形成一氧化石墨烯層4。
步驟(E)將上述基材1和氧化石墨烯層4共同進行還原處理5；上述還原處理5設為真空高溫處理，並將真空高溫處理溫度設定為200~1500°C。
上述真空高溫處理為在真空環境(＜10-3torr)所進行的熱處理方式。
於另一可行實施例中，步驟(E)將上述基材1和氧化石墨烯層4共同進行還原處理5；上述還原處理5設為化學還原法，上述化學還原法採用的化學材料為檸檬酸、檸檬酸鈉、維他命C、聯胺、硼氫化鈉、對苯二酚、亞硫酸鈉、氫碘酸、鹼性溶液、苯甲醇、正丁基氯化鎂的其中一種或混合兩種以上所述材料所構成。
上述還原處理5亦可設為雷射還原法，上述雷射還原法為利用雷射的高能量還原氧化石墨烯以使上述氧化石墨烯層4成為還原氧化石墨烯層6。
第二實施例中請參考圖4、圖5，第二實施例中僅於步驟(A)與第一實施例不相同，其餘步驟皆與上述第一實施例相同，故不再贅述。
本發明第二實施例中步驟(A)基材1結構可為金屬材料10a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳或鎳合金形成雙層結構的基材1如圖5A所示。
於另一較佳實施例中，步驟(A)基材1結構可為由一非金屬材料11a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成雙層結構的基材1如第5B圖所示。
第三實施例請參考圖6、圖7以及圖8所示，一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A)  選定一基材1； (B)  於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍一碳層2； (C)  將上述基材1和碳層2共同進行氧化處理3； (D)  氧化處理3後，上述碳層2形成一氧化石墨烯層4； (E)   將上述基材1和氧化石墨烯層4共同進行還原處理5； (F)   還原處理5後，上述氧化石墨烯層4形成一還原氧化石墨烯層6； (G)  利用壓膜7(抗蝕刻膜7)、曝光顯影8及蝕刻製程形成一圖案化還原氧化石墨烯層61；以及 (H)  將上述抗蝕刻膜7剝除。
上述步驟(A)的基材1可為圖3A~圖3B所示的任一結構基材1。
上述步驟(B)於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍至少一由碳材料構成的碳層2。
於步驟(B)濺鍍或蒸鍍完碳層2後，將上述基材1和碳層2共同進行氧化處理3。
上述氧化處理3後，上述碳層2形成一氧化石墨烯層4。
再將上述基材1和氧化石墨烯層4共同進行還原處理5。
還原處理5後，上述氧化石墨烯層4將還原成一還原氧化石墨烯層6。
再利用壓膜7(抗蝕刻膜7)、曝光顯影8及蝕刻製程使上述還原氧化石墨烯層6形成圖案化還原氧化石墨烯層61後再將抗蝕刻膜7剝除。
其中，壓膜7製程是在基材1上欲形成圖案的區域表面黏貼一對紫外線反應的聚合性樹脂的乾膜7(Dry Film)或濕膜7(Wet Film)，其主要用在聚合後保護圖案不會被蝕刻掉。
曝光顯影8製程中的曝光部分，是將線路圖案製成正版的光罩後，先行定位及平貼於貼好膜7的區域上，再經曝光機進行抽真空、壓板及紫外線照射而完成。受到紫外線的照射的膜7將產生聚合作用，而膜7上受到光罩阻擋無法由紫外線透射的線路圖案，將無法產生聚合作用。
曝光顯影8製程中的顯影部分，則是利用顯影液將未產生聚合的膜7部分去除，而以物理及化學剝除方式將需要保留的線路顯現出來，以此一製程步驟所構成之圖樣，具有細直平整之特性。
而蝕刻製程可分為溼式和乾式蝕刻兩類，溼式蝕刻又稱化學蝕刻，主要是以化學溶液來進行反應以達到蝕刻的效果﹔乾式蝕刻則以鈍態或反應性氣體來進行蝕刻，其間夾雜化學反應與物理方式的離子撞擊效果，以物理方式將上述未具有膜7阻擋的部分溶蝕去除，利用上述兩種方式將圖案化還原氧化石墨烯層61表面未具有膜7阻擋的部分溶蝕去除後，再將抗蝕刻膜7剝除。
第四實施例請參考圖9、圖10所示，於第四實施例中，本發明步驟(A)基材1結構可為金屬材料10a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳或鎳合金而形成雙層結構基材1如圖5A所示。
於另一較佳實施例中，本發明步驟(A)基材1結構可為由一非金屬材料11a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成雙層結構的基材1如第5B圖所示。
第四實施例僅於步驟(A)中於金屬材料10a或非金屬材料11a上方增加濺鍍或蒸鍍一金屬12，其餘步驟皆與第三實施例相同，故不再贅述。
第五實施例請參考圖11、圖12以及圖13所示，一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A)  選定一基材1； (B)  於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍一碳層2； (C)  利用壓膜7(抗蝕刻膜7)、曝光顯影8及蝕刻製程形成一圖案化碳層21； (D)  將上述抗蝕刻膜7剝除； (E)   將上述基材1和上述圖案化碳層21共同進行氧化處理3； (F)   氧化處理3後，上述圖案化碳層21形成一圖案化氧化石墨烯層41。 (G)  將上述基材1和圖案化氧化石墨烯層41共同進行還原處理5；以及 (H)  還原處理5後，上述圖案化氧化石墨烯層41形成一圖案化還原氧化石墨烯層61。
上述步驟(A)的基材1可為圖3A~圖3B所示的任一結構基材1。
上述步驟(B)於上述基材1上方濺鍍或蒸鍍至少一由碳材料構成的碳層2。
於步驟(B)濺鍍或蒸鍍完碳層2後，利用壓膜7(抗蝕刻膜7)、曝光顯影8及蝕刻製程使上述碳層2形成圖案化碳層21。
剝除抗蝕刻膜7後，將上述基材1和圖案化碳層21共同進行氧化處理3。
上述氧化處理3後，上述圖案化碳層21形成一圖案化氧化石墨烯層41。
再將上述基材1和圖案化氧化石墨烯層41共同進行還原處理5。
最後，還原處理5後，上述圖案化氧化石墨烯層41將還原成一圖案化還原氧化石墨烯層61。
本發明第六實施例中步驟(A)基材1結構可為金屬材料10a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳或鎳合金形成雙層結構如圖5A所示。
於另一較佳實施例中，步驟(A)基材1結構可為由一非金屬材料11a上方濺鍍或蒸鍍一金屬12鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成雙層結構的基材1如第5B圖所示。
第六實施例請參考圖14、圖15，第六實施例中僅於步驟(A)與第五實施例不相同，其餘步驟皆與上述第五實施例相同，故不再贅述。
請參閱圖16、圖17，繪述了本發明還原氧化石墨烯的製作方法應用在氧化鋁基材與銅基材上並於完成製程後成長出石墨烯的拉曼位移圖，石墨烯的拉曼圖具有三個特徵峰，是分別為D Band顯示石墨烯中碳Sp3的結構；G Band顯示石墨烯中碳Sp2的結構；以及2D Band其為隨石墨烯的層數而有些許偏移及變化，故由拉曼位移圖的G峰值之二維分佈可知石墨烯結晶的覆蓋均勻度和品質度，另外，2D峰值的半高寬愈窄而其數值愈大表示石墨烯的層數愈少且結晶性愈好，藉此，由圖中可知藉由本發明還原氧化石墨烯的製造方法可形成品質良好的石墨烯。
綜上所述，本發明的特點為直接於金屬基材或非金屬基材上方直接成長還原氧化石墨烯，不需要額外的轉移製程可避免造成應力損害，並且相較於習知所生產的還原氧化石墨烯為粉狀結構，本發明還原氧化石墨烯的製造方法可生產出高密度的密實結構還原氧化石墨烯層，爰是，本發明藉由上揭簡易且低成本的製程能大面積且快速生產出高品質的片狀還原氧化石墨烯，使得還原氧化石墨烯生產成本大幅降低並符合商業應用性需求。
以上所舉實施例，僅用為方便說明本發明並非加以限制，在不離本發明精神範疇，熟悉此一行業技藝人士依本發明申請專利範圍及發明說明所作之各種簡易變形與修飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。
1‧‧‧基材
10‧‧‧金屬基材
10a‧‧‧金屬材料
11‧‧‧非金屬基材
11a‧‧‧非金屬材料
12‧‧‧金屬
2‧‧‧碳層
21‧‧‧圖案化碳層
3‧‧‧氧化處理
4‧‧‧氧化石墨烯層
41‧‧‧圖案化氧化石墨烯層
5‧‧‧還原處理
6‧‧‧還原氧化石墨烯層
61‧‧‧圖案化還原氧化石墨烯層
7‧‧‧膜
8‧‧‧曝光顯影
圖1為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第一實施例、第二實施例的流程圖； 圖2為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第一實施例結構示意圖； 圖3A~圖3B為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的單一層體結構的基材的結構示意圖； 圖4為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第二實施例結構示意圖； 圖5A-5B為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的複合層體結構的基材的結構示意圖； 圖6為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第三實施例、第四實施例的製造方法流程圖； 圖7-圖8為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第三實施例的結構示意圖； 圖9-圖10為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第四實施例的結構示意圖； 圖11為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第五實施例、第六實施例的製造方法流程圖； 圖12-圖13為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第五實施例的結構示意圖； 圖14-圖15為本發明還原氧化石墨烯的製造方法的第六實施例的結構示意圖； 圖16為本發明於氧化鋁基材上形成還原氧化石墨烯的拉曼光譜圖； 圖17為本發明於銅基材上形成還原氧化石墨烯的拉曼光譜圖。

Claims (21)

  1. 一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材； (B)  於上述基材上方濺鍍或蒸鍍一碳層； (C)  將上述基材和碳層共同進行氧化處理； (D) 氧化處理後，上述碳層於上述基材的表面形成一氧化石墨烯層； (E)  將上述基材和氧化石墨烯層共同進行還原處理；以及 (F)  還原處理後，上述氧化石墨烯層形成一還原氧化石墨烯層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述基材選自金屬基材或非金屬基材的其中一種。
  3. 如申請專利範圍第2項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述金屬基材為單一金屬材料或為合金材料構成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述金屬基材由一金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳或鎳合金的其中一種所構成。
  5. 如申請專利範圍第2項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述非金屬基材由陶瓷基材、玻璃基材、半導體基材、工程塑膠基材、石英基材、藍寶石基材的其中一種非金屬材料構成。
  6. 如申請專利範圍第2項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述非金屬基材由一非金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氧化處理溫度為200~1500°C。
  8. 如申請專利範圍第1項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氧化處理為大氣中熱處理或氣氛含氧反應式熱處理或真空含氧反應式熱處理的其中一種。
  9. 如申請專利範圍第8項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氣氛含氧反應式熱處理採用惰性氣體中通入氧氣的方式。
  10. 如申請專利範圍第8項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述真空含氧反應式熱處理採用真空中通入氧氣的方式。
  11. 如申請專利範圍第1項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，另包含步驟(G)利用壓膜(抗蝕刻膜)、曝光顯影及蝕刻製程使上述還原氧化石墨烯層形成一圖案化還原氧化石墨烯層。
  12. 一種還原氧化石墨烯的製造方法，包含： (A) 選定一基材； (B)  於上述基材上方濺鍍或蒸鍍一碳層； (C)  利用壓膜(抗蝕刻膜)、曝光顯影及蝕刻製程形成一圖案化碳層； (D) 將上述抗蝕刻膜剝除； (E)  將上述基材和上述圖案化碳層共同進行氧化處理； (F)  氧化處理後，上述圖案化碳層形成一圖案化氧化石墨烯層； (G) 將上述基材和圖案化氧化石墨烯層共同進行還原處理；以及 (H) 還原處理後，上述圖案化氧化石墨烯層形成一圖案化還原氧化石墨烯層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述基材選自金屬基材或非金屬基材的其中一種。
  14. 如申請專利範圍第13項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述金屬基材為單一金屬材料或為合金材料構成。
  15. 如申請專利範圍第13項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述金屬基材由一金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳或鎳合金的其中一種所構成。
  16. 如申請專利範圍第13項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述非金屬基材由陶瓷基材、玻璃基材、半導體基材、工程塑膠基材、石英基材、藍寶石基材的其中一種非金屬材料構成。
  17. 如申請專利範圍第13項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述非金屬基材由一非金屬材料上方濺鍍或蒸鍍一金屬鎳、鎳合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金的其中一種所構成。
  18. 如申請專利範圍第12項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氧化處理溫度為200~1500°C。
  19. 如申請專利範圍第12項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氧化處理為大氣中熱處理或氣氛含氧反應式熱處理或真空含氧反應式熱處理的其中一種。
  20. 如申請專利範圍第19項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述氣氛含氧反應式熱處理採用惰性氣體中通入氧氣的方式。
  21. 如申請專利範圍第19項所述還原氧化石墨烯的製造方法，其中，上述真空含氧反應式熱處理採用真空中通入氧氣的方式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114432909A (zh) * 2022-01-30 2022-05-06 大连理工大学 一种高稳定陶瓷基亚纳米孔石墨烯复合膜及精密分离应用

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190161860A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-30 Gold Carbon Co., Ltd. Method of changing oxidation level of graphene oxide, wafer and optical coating
WO2019239194A1 (en) 2018-06-15 2019-12-19 Arcelormittal A coated non-conductive substrate
WO2019239195A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 Arcelormittal A coated metallic substrate
CN113061862A (zh) * 2020-01-02 2021-07-02 中国科学院物理研究所 一种二维金属纳米材料的制备方法
WO2024180364A1 (en) * 2023-02-27 2024-09-06 Vidyasirimedhi Institute Of Science And Technology Method and system for producing reduced graphene oxide aerogel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8426309B2 (en) * 2009-09-10 2013-04-23 Lockheed Martin Corporation Graphene nanoelectric device fabrication

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114432909A (zh) * 2022-01-30 2022-05-06 大连理工大学 一种高稳定陶瓷基亚纳米孔石墨烯复合膜及精密分离应用

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