韩国忠南国立大学研究团队近日在透明电极制造领域取得进展，开发出一种名为“一步自由石墨烯图案化”的新技术。该技术能够在无需使用光刻胶或化学蚀刻的情况下，对大面积单层石墨烯进行高分辨率图案化，最小特征尺寸可小于5微米。

这项发表于《微系统与纳米工程》期刊的方法，旨在解决传统微电极制造工艺中，光刻技术可能损伤石墨烯并降低其电学性能的问题。研究负责人郑元硕教授表示：“传统的光刻技术不可避免地会在微观尺度上造成石墨烯损伤和分层。我们的方法即使对于5 μm尺度的精细图案，也能实现极低的电阻和极高的图案保真度，而且不会产生蚀刻引起的缺陷或化学污染。”

该技术的核心原理是通过选择性地改变石墨烯的化学键来实现图案化，而非去除材料。具体过程是将转移到二氧化硅基底上的单层石墨烯与预先蚀刻图案的玻璃基底接触，在真空和380摄氏度的条件下，向玻璃施加电压。此时玻璃变为导电固体电解质，内部可移动的碱金属离子迁移，在石墨烯界面特定区域形成富氧环境，从而局部将碳-碳键转化为碳-氧键，形成精确图案，同时保证周围石墨烯结构完整。

利用此方法，团队成功制备出宽度仅5微米的石墨烯通道。得益于工艺中不使用光刻胶和转移聚合物，石墨烯表面能保持清洁，较高的加工温度也有助于去除残留物质，从而获得高质量图案。表征分析证实，图案化区域结构完整，界面应变减小，且无蚀刻缺陷。

电学测量显示，宽度为5微米和20微米的石墨烯图案电阻分别为11.5欧姆和9.4欧姆，显著优于因损伤和污染导致导电通路几乎中断的传统光刻制备样品。由于该技术避免使用光刻胶，特别适用于对表面洁净度要求高的生物传感器、神经接口等应用。长远来看，这项石墨烯图案化技术有望推动石墨烯在柔性透明电子器件中的集成，促进医疗健康、能源及智能技术等领域的发展。

郑元硕教授总结道：“我们的方法为高分辨率石墨烯的图案化提供了一种可扩展、可重复且无污染的途径，并为将石墨烯集成到柔性透明电子产品中开辟了新的可能性。”

出版详情：作者：Hao Cheng等人，标题：《直接无残留物图案化亚5微米CVD单层石墨烯，实现高导电性和高图案保真度》，发表于：《微系统与纳米工程》(2025)。期刊信息：微系统与纳米工程