石墨烯是一种二维碳纳米材料，因其非凡的机械、化学、电气、光学和热性能，可用于许多应用。石墨烯生产最近的进展使批量生产石墨烯和石墨烯氧化物成为可能。其他方法，包括化学气相沉积、碳化硅外延生长、和石墨烯氧化物的光热还原，可以合成截然不同功能装置的石墨烯图案。石墨烯的性质本质上取决于它是如何合成的。所选择的制造方法影响所得石墨烯的层到层堆叠和微观结构，对其电子、光学和其他特性产生重要影响。由于现有技术允许对石墨烯图案的形态和特征分辨率不同程度的控制，生产石墨烯图案的新方法仍然令人感兴趣。

 

　　在过去的七年中，激光已被用于将石墨烯直接从商业上可获得的聚合物前体（例如聚酰亚胺 (polyimide, Pi)）。通过这种方法形成的石墨烯通常被称为激光诱导的石墨烯(laser-induced graphene, Lig)。激光照射将碳原子的重排成为六边形晶格，随后气体从前驱体中逸出，留下互连LIG的多孔网络。LIG通常通过10.6μm二氧化碳激光器划线图案化，尽管也采用了UV和可见光激光器。许多基材，包括商用聚合物、木材、纸甚至如土豆，椰子和吐司这样的食物，已被转化为LIG。LIG图案的一步制造使得复杂器件的直写生产成为可能，包括微型超级电容器、摩擦电纳米发电机、抗微生物和水过滤器、柔性传感器、致动器和声音感应假肢。Lig的特征尺寸通常受激光光斑尺寸的限制，通常~100μm在二氧化碳激光器反向散射后。用安装在扫描电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM)上的可见光或紫外激光系统，这可以提高到13微米。

 

　　在这里，来自莱斯大学的研究人员提出了一种用于图案化微米级LIG特征的替代方法。新的迭代将石墨烯的精细图案写入光刻胶聚合物，光致抗蚀剂聚合物是光刻中使用的光敏材料。据研究人员所知，以前尚未探索使用可光致图案化的抗蚀剂作为LIG前体。而且，PR-LIG可以由使用传统光刻法图案化的光致抗蚀剂(photoresist, PR)制成。这种策略可以生产低至10μm的LIG特征，而无需高能量或昂贵的SEM安装激光系统。

 

　　研究人员首先研究了未图案化抗蚀剂形成LIG的过程。形成过程的示意图如图1所示。PR以500到3000 转/分的速度将光刻胶旋旋涂到Si晶片上。然后将晶圆在120°C下进行后旋式硬烤45分钟。硬烘烤消除了PR溶剂的残留，同时还增加了PR膜的sp-碳含量，从而可以随后转化为LIG。

 

　　实验室生产的LIG线宽约10微米，厚数百纳米，这与现在通过将激光附加到扫描电子显微镜的更繁琐的工艺所获得的LIG线相当。

 

　　该论文的主要作者Jacob Beckham表示，达到足以用于电路的LIG线可以促使实验室优化其工艺。

 

　　Beckham表示，突破是对工艺参数的仔细控制。少量的光刻胶根据其几何形状和厚度吸收激光，因此优化激光功率和其他参数使我们能够以很高的分辨率获得良好的转换。

 

　　由于正性光致抗蚀剂在旋涂到激光基板上之前是液体，因此很容易在原材料中掺入金属或其他添加剂以对其进行定制。

 

　　PR-LIG对形貌的精确控制、微米级的特征分辨率和良好的电性能使该材料适用于片上微型超级电容器、功能性纳米复合材料和微流体阵列。