用於在疏水性材料的表面上提供金屬電極的方法
2023-10-27 21:15:17 5
專利名稱：用於在疏水性材料的表面上提供金屬電極的方法
用於在疏水性材料的表面上提供金屬電極的方法本發明涉及一種在疏水性材料的表面上製造金屬電極的方法。
背景技術：
已知疏水性材料展現出的物理特性在電子領域具有優勢。例如，石墨烯具有光子的特性為光電子領域做出了巨大的貢獻。然而，難以從疏水性材料生產高質量的電子裝置。特別難以將電極沉積到純疏水性材料上。為製備金屬電極，已經做出了如下方法的嘗試，該方法包括使得疏水性材料與在溶液中具有金屬顆粒的流體的毛細管的一端靠近的步驟。然後通過電噴射離子化(ESI)技術使得流體液滴沉積到材料表面上通過將一個電極與毛細管端接觸，一個電極與疏水性材料的表面接觸，從而在電極之間建立電流的方法，使得毛細管端與材料的表面經受非常強的電場。然後在電場的作用下，毛細管的流體中所含的金屬顆粒遷移到與材料表面接觸的電極。由於電場的量級，金屬顆粒以流體液滴劇烈地衝擊到材料的表面。在該衝擊中，溶劑自然地蒸發到環境空氣中，該蒸發會因為氣體例如氮氣的存在而被激勵。然而，該方法需要磁場，該磁場強大到通過加熱引起了毛細管端中的流體的局部蒸發。從而僅留下了金屬顆粒，該顆粒阻塞了毛細管端，因此阻礙了液滴的形成。發明目的本發明的目的是提供一種在疏水性材料的表面上製造金屬電極的方法，該方法可以消除上述缺陷。
發明內容
為了實現該目的，本發明提供了一種在疏水性材料的表面上製造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得含流體的毛細管的一端靠近材料表面的區域，所述流體包含溶解在溶劑中的金屬顆粒；以及通過雷射輻射的方法照射所述區域從而具有以下作用引起來自毛細管的流體液滴流動，使得液滴沉積到所述區域上，使得液滴中所含的溶劑發生蒸發，並使得材料表面上的金屬顆粒發生退火從而形成電極。從而雷射輻射通過使疏水性材料的局部離子化產生了靜電荷。從而在材料所含的帶電顆粒與流體的金屬顆粒所含的帶電顆粒之間發揮靜電作用力。這些靜電作用力在毛細管端與材料表面之間產生了電場。在電場的作用下，毛細管端處的流體中所含的自由電荷發生移動，從而引起了流體的宏觀移動。該現象被稱作電滲現象。流體的移動從而引起了毛細管端處液滴的形成和流動。一旦液滴沉積到材料的表面上，雷射輻射使得形成了金屬電極。因此毛細管端沒有以任何方式經受高電壓，從而本發明避免了毛細管端處流體的局部蒸發。附圖
簡要說明通過閱讀本發明特定的非限制性實施方式的如下描述，可以理解本發明的其他特
3性和優點。參考附圖，其中圖I所示是實現了本發明方法的運行裝置的示意圖；以及圖2所示是本發明方法的各個步驟(步驟a、b、C、d)的示意圖。發明詳述參考圖I，設計在運行裝置中實現本發明的方法，所述運行裝置包含對倒置顯微鏡2進行控制的計算機1，所述顯微鏡與雷射器3連接，所述倒置顯微鏡2和雷射器3形成了固定組件。計算機I還控制了第一機械手4，可以操作該第一機械手4使得毛細管5相對於顯微鏡2和雷射器3在平面中沿著兩個平移軸X軸和Y軸以及垂直於平面的平移軸Z軸移動。計算機I還控制了機械手(未示出)，可以操作該機械手使得樣品6相對於顯微鏡2和雷射器3在平面中沿著兩個平移軸X軸和Y軸以及垂直於平面的平移軸Z軸移動。毛細管5包含流體，該流體含有溶解於溶劑中的金屬顆粒，在該實施例中為金顆粒。樣品6具有沉積到合適基材8上的疏水性材料7的第一精細層。在優選的實施方式中，第一層7由石墨烯製得，基材8由硼矽酸鹽玻璃製得。在運行裝置中，基材8朝向雷射器3而第一層7朝向毛細管5。例如，參考圖2的步驟(a)，可以通過如下步驟製備樣品6。將疏水性材料的厚層10罪著基材8的表面放置。然後將基材8升至聞溫，從而引起了基材8中的氧化物發生解離。然後通過一個電極與基材8接觸，一個電極與厚層10接觸的方法使得所述基材8和厚層10經受電場。基材8中的氧化物分離使得基材8變得弱導電性，具體來說，在施加了電場後，該導電性足以在電極之間建立起電流。在電場的作用下，移動離子朝向與基材8接觸的電極遷移，留下了帶相反電荷的固定離子，從而在基材8和厚層10之間的界面處產生了電荷。當電場施加了一段時間之後，與基材8接觸的厚層10的表面與基材8牢固地粘合。參考圖2的步驟(b)，其足以消除厚層10的主要部分，從而僅留下與基材8粘合的第一精細層7，從而形成了樣品6。然後如下所述進行沉積金屬電極的方法。參考圖2的步驟(C)，一旦將樣品放置在圖I的裝置中，使得毛細管5的一端靠近第一層7的區域。然後用雷射器3照射第一層7的該區域，從而通過第一層7的局部離子化產生了靜電荷。從而在第一層7中的帶電顆粒與流體的金屬顆粒中所含的帶電顆粒之間產生了靜電作用力。這些靜電作用力在毛細管5的該端部與第一層7的該區域之間產生了電場。通過電滲，電場使得毛細管5中所含的流體發生移動，進而引起了毛細管5的該端部的液滴9的形成和流動。通過滴到第一層7的該區域上，液滴9形成了流體的沉積。從而通過在第一層7中所含的帶電顆粒與流體中的金屬顆粒中所含的帶電顆粒之間產生靜電作用力的方法，以及通過在毛細管5中產生電滲場的方法，使得毛細管5中所含的流體以簡單的方式沉積到第一層上。通過使得樣品6相對於毛細管5移動界定了發生液滴9的沉積的區域。類似地，通過使得樣品6更靠近毛細管5或者更遠離毛細管5移動來控制所述沉積區域的尺寸。參考圖2的步驟(d)，雷射器通過基材8作用以照射液滴9發生沉積的區域，從而對所述區域進行了局部加熱。從而也加熱了液滴9，因而引起了液滴9中所含溶劑的逐步蒸發，且雷射器3濃縮了液滴9中心處的金顆粒。同時，對液滴9進行加熱引起了第一層7的
4表面上的金屬顆粒發生退火，從而在所述第一層7的表面上形成了金屬電極。從而雷射照射起了以下幾種作用起了通過使疏水性材料局部離子化產生靜電荷的作用；引起了液滴中所含的溶劑的逐步蒸發，從而濃縮了金顆粒；以及使得顆粒退火併與疏水性材料粘合。自然地，本發明不限於所述實施方式，其可以通過各種變化的實施方式進行而不背離權利要求書限定的本發明範圍。具體地，儘管在該實施例中來自雷射器3的輻射經過基材8以照射第一層7的所述區域，自然可以通過直接照射疏水性材料的自由面，無需經過基材來直接照射第一層7的所述區域。
權利要求
1.一種在疏水性材料(7)的表面上製造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得含流體的毛細管(5)的一端靠近材料(7)的表面區域，所述流體包含溶解在溶劑中的金屬顆粒；以及通過雷射輻射(3)的方法照射所述區域從而具有以下作用引起來自毛細管的流體液滴流動，使得液滴沉積到所述區域上，使得液滴中所含的溶劑發生蒸發，並使得材料表面上的金屬顆粒發生退火從而形成電極。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述材料(7)是石墨烯。
3.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述金屬顆粒是金顆粒。
4.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述材料(7)預先與基材(8)粘合。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述基材(8)由硼矽酸鹽玻璃製得。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述雷射輻射經過基材(8)以照射材料(7)的區域。
全文摘要
本發明提供一種在疏水性材料(7)的表面上製造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得毛細管(5)的一端靠近材料(7)的表面的一個區域，所述毛細管(5)含有包含了溶解在溶劑中的金屬顆粒的流體；用雷射輻射(3)來輻射所述區域從而引起以下作用使得來自毛細管的流體液滴流動，使得所述液滴沉積到所述區域上，使得液滴中所含溶劑蒸發，並使得材料表面上的金屬顆粒發生退火從而產生了電極。
文檔編號C01B31/02GK102918632SQ201180014978
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者黃吉卿, D·S·阿里尤, S·雷尼爾 申請人:皮埃爾和瑪利居裡大學(巴黎第六大學), 中央科學研究中心