石墨的微加工工艺

21 世纪以来，随着微纳米加工技术的不断成熟，以硅为主要基础材料的微机电系统( MEMS) 得到了快速的发展，并且在航空、航天、生物、医疗等领 域都有了一定的应用。同时，为了满足不同应用的特殊需求，研究人员也在尝试各种新的材料作 为 MEMS 基础材料。例如，为了制备柔性可穿戴设备，有研究人员以聚二甲基硅氧烷( PDMS) 等柔性材料作为基础材料制备可穿戴 MEMS［4 － 6］。再如， 为了满足在 MEMS 在恶劣环境下工作的需求，约翰• 霍普金斯大学的 Kevin J． Hemker 团队研发了一种抗拉强度、耐高温性能都比硅强的镍钼钨合金薄膜，基于该合金材料的 MEMS 有望在高温、高压等恶劣条件下工作［7］。因此，随着 MEMS 应用范围和领域的不断扩展，研究和寻找适用于各种不同应用领域的 MEMS 基础材料正日益受到重视［8 － 9］。
石墨是一种结晶形碳，它的结晶格架为六边形层状结构，每一层都是单原子厚度的石墨烯，其不仅 有类似于硅的导电，导热，耐高温，抗辐射等特性，而 且具有润滑性和化学稳定性［10 － 13］。早前，Dien-wiebel 等［14］在真空环境下研究了纳米级石墨接触面的摩擦问题，发现石墨层间摩擦力极低，具有明显 超润滑特性。后来，郑泉水等［15 － 17］发现大气环境下微米级石墨层间也具有超低摩擦即超滑特性。此外，石墨具有良好的化学稳定性，常温下能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀［18 － 19］，因此，石墨也有望成为 MEMS 基础材料的一种选择。目前，微加工技术是制备 MEMS 的重要方法，如能利用常用的微加工技术对石墨进行微加工工艺研究，并分析在石墨基 上大批量、稳定、可控地制备各种掩模图案和石墨微 结构的可行性，一定程度上可以推动石墨成为MEMS 基础材料。故本文利用常用的微纳米加工技术对石墨进行微加工工艺研究，并在石墨和石墨表 面大批量、稳定、可控地加工出各种光刻胶掩模图案 和石墨微结构。