專利名稱：用于在疏水性材料的表面上提供金屬電極的方法
用于在疏水性材料的表面上提供金屬電極的方法本發(fā)明涉及一種在疏水性材料的表面上制造金屬電極的方法。
背景技術(shù)：
已知疏水性材料展現(xiàn)出的物理特性在電子領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。例如，石墨烯具有光子的特性為光電子領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。然而，難以從疏水性材料生產(chǎn)高質(zhì)量的電子裝置。特別難以將電極沉積到純疏水性材料上。為制備金屬電極，已經(jīng)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(xì)管的一端靠近的步驟。然后通過電噴射離子化(ESI)技術(shù)使得流體液滴沉積到材料表面上通過將一個(gè)電極與毛細(xì)管端接觸，一個(gè)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(xì)管端與材料的表面經(jīng)受非常強(qiáng)的電場(chǎng)。然后在電場(chǎng)的作用下，毛細(xì)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。由于電場(chǎng)的量級(jí)，金屬顆粒以流體液滴劇烈地沖擊到材料的表面。在該沖擊中，溶劑自然地蒸發(fā)到環(huán)境空氣中，該蒸發(fā)會(huì)因?yàn)闅怏w例如氮?dú)獾拇嬖诙患?lì)。然而，該方法需要磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)大到通過加熱引起了毛細(xì)管端中的流體的局部蒸發(fā)。從而僅留下了金屬顆粒，該顆粒阻塞了毛細(xì)管端，因此阻礙了液滴的形成。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種在疏水性材料的表面上制造金屬電極的方法，該方法可以消除上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種在疏水性材料的表面上制造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得含流體的毛細(xì)管的一端靠近材料表面的區(qū)域，所述流體包含溶解在溶劑中的金屬顆粒；以及通過激光輻射的方法照射所述區(qū)域從而具有以下作用引起來自毛細(xì)管的流體液滴流動(dòng)，使得液滴沉積到所述區(qū)域上，使得液滴中所含的溶劑發(fā)生蒸發(fā)，并使得材料表面上的金屬顆粒發(fā)生退火從而形成電極。從而激光輻射通過使疏水性材料的局部離子化產(chǎn)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(fā)揮靜電作用力。這些靜電作用力在毛細(xì)管端與材料表面之間產(chǎn)生了電場(chǎng)。在電場(chǎng)的作用下，毛細(xì)管端處的流體中所含的自由電荷發(fā)生移動(dòng)，從而引起了流體的宏觀移動(dòng)。該現(xiàn)象被稱作電滲現(xiàn)象。流體的移動(dòng)從而引起了毛細(xì)管端處液滴的形成和流動(dòng)。一旦液滴沉積到材料的表面上，激光輻射使得形成了金屬電極。因此毛細(xì)管端沒有以任何方式經(jīng)受高電壓，從而本發(fā)明避免了毛細(xì)管端處流體的局部蒸發(fā)。附圖
簡(jiǎn)要說明通過閱讀本發(fā)明特定的非限制性實(shí)施方式的如下描述，可以理解本發(fā)明的其他特
3性和優(yōu)點(diǎn)。參考附圖，其中圖I所示是實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明方法的運(yùn)行裝置的示意圖；以及圖2所示是本發(fā)明方法的各個(gè)步驟(步驟a、b、C、d)的示意圖。發(fā)明詳述參考圖I，設(shè)計(jì)在運(yùn)行裝置中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，所述運(yùn)行裝置包含對(duì)倒置顯微鏡2進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)1，所述顯微鏡與激光器3連接，所述倒置顯微鏡2和激光器3形成了固定組件。計(jì)算機(jī)I還控制了第一機(jī)械手4，可以操作該第一機(jī)械手4使得毛細(xì)管5相對(duì)于顯微鏡2和激光器3在平面中沿著兩個(gè)平移軸X軸和Y軸以及垂直于平面的平移軸Z軸移動(dòng)。計(jì)算機(jī)I還控制了機(jī)械手(未示出)，可以操作該機(jī)械手使得樣品6相對(duì)于顯微鏡2和激光器3在平面中沿著兩個(gè)平移軸X軸和Y軸以及垂直于平面的平移軸Z軸移動(dòng)。毛細(xì)管5包含流體，該流體含有溶解于溶劑中的金屬顆粒，在該實(shí)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(xì)層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一層7由石墨烯制得，基材8由硼硅酸鹽玻璃制得。在運(yùn)行裝置中，基材8朝向激光器3而第一層7朝向毛細(xì)管5。例如，參考圖2的步驟(a)，可以通過如下步驟制備樣品6。將疏水性材料的厚層10罪著基材8的表面放置。然后將基材8升至聞溫，從而引起了基材8中的氧化物發(fā)生解離。然后通過一個(gè)電極與基材8接觸，一個(gè)電極與厚層10接觸的方法使得所述基材8和厚層10經(jīng)受電場(chǎng)?；?中的氧化物分離使得基材8變得弱導(dǎo)電性，具體來說，在施加了電場(chǎng)后，該導(dǎo)電性足以在電極之間建立起電流。在電場(chǎng)的作用下，移動(dòng)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(chǎn)生了電荷。當(dāng)電場(chǎng)施加了一段時(shí)間之后，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(xì)層7，從而形成了樣品6。然后如下所述進(jìn)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(xì)管5的一端靠近第一層7的區(qū)域。然后用激光器3照射第一層7的該區(qū)域，從而通過第一層7的局部離子化產(chǎn)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(chǎn)生了靜電作用力。這些靜電作用力在毛細(xì)管5的該端部與第一層7的該區(qū)域之間產(chǎn)生了電場(chǎng)。通過電滲，電場(chǎng)使得毛細(xì)管5中所含的流體發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而引起了毛細(xì)管5的該端部的液滴9的形成和流動(dòng)。通過滴到第一層7的該區(qū)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(chǎn)生靜電作用力的方法，以及通過在毛細(xì)管5中產(chǎn)生電滲場(chǎng)的方法，使得毛細(xì)管5中所含的流體以簡(jiǎn)單的方式沉積到第一層上。通過使得樣品6相對(duì)于毛細(xì)管5移動(dòng)界定了發(fā)生液滴9的沉積的區(qū)域。類似地，通過使得樣品6更靠近毛細(xì)管5或者更遠(yuǎn)離毛細(xì)管5移動(dòng)來控制所述沉積區(qū)域的尺寸。參考圖2的步驟(d)，激光器通過基材8作用以照射液滴9發(fā)生沉積的區(qū)域，從而對(duì)所述區(qū)域進(jìn)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(fā)，且激光器3濃縮了液滴9中心處的金顆粒。同時(shí)，對(duì)液滴9進(jìn)行加熱引起了第一層7的
4表面上的金屬顆粒發(fā)生退火，從而在所述第一層7的表面上形成了金屬電極。從而激光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(chǎn)生靜電荷的作用；引起了液滴中所含的溶劑的逐步蒸發(fā)，從而濃縮了金顆粒；以及使得顆粒退火并與疏水性材料粘合。自然地，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方式，其可以通過各種變化的實(shí)施方式進(jìn)行而不背離權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍。具體地，盡管在該實(shí)施例中來自激光器3的輻射經(jīng)過基材8以照射第一層7的所述區(qū)域，自然可以通過直接照射疏水性材料的自由面，無需經(jīng)過基材來直接照射第一層7的所述區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種在疏水性材料(7)的表面上制造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得含流體的毛細(xì)管(5)的一端靠近材料(7)的表面區(qū)域，所述流體包含溶解在溶劑中的金屬顆粒；以及通過激光輻射(3)的方法照射所述區(qū)域從而具有以下作用引起來自毛細(xì)管的流體液滴流動(dòng)，使得液滴沉積到所述區(qū)域上，使得液滴中所含的溶劑發(fā)生蒸發(fā)，并使得材料表面上的金屬顆粒發(fā)生退火從而形成電極。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述材料(7)是石墨烯。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬顆粒是金顆粒。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述材料(7)預(yù)先與基材(8)粘合。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述基材(8)由硼硅酸鹽玻璃制得。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述激光輻射經(jīng)過基材(8)以照射材料(7)的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在疏水性材料(7)的表面上制造金屬電極的方法，該方法包括以下步驟使得毛細(xì)管(5)的一端靠近材料(7)的表面的一個(gè)區(qū)域，所述毛細(xì)管(5)含有包含了溶解在溶劑中的金屬顆粒的流體；用激光輻射(3)來輻射所述區(qū)域從而引起以下作用使得來自毛細(xì)管的流體液滴流動(dòng)，使得所述液滴沉積到所述區(qū)域上，使得液滴中所含溶劑蒸發(fā)，并使得材料表面上的金屬顆粒發(fā)生退火從而產(chǎn)生了電極。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102918632SQ201180014978
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者黃吉卿, D·S·阿里尤, S·雷尼爾 申請(qǐng)人:皮埃爾和瑪利居里大學(xué)(巴黎第六大學(xué)), 中央科學(xué)研究中心