[發明專利]一種納米材料轉移沉積方法

有效

• 申請號: 201310247608.X
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103290411A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 佘峻聰;黃媛;鄧少芝;許寧生
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C23C26/00
• 分類號: C23C26/00;B05D1/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 華輝;張玲春

技術領域

本發明涉及微納米結構的組裝和制造技術領域，尤其涉及一種納米材料轉移沉積方法。

背景技術

現有的納米材料轉移組裝技術主要包括滴定法、噴射法、旋涂法、電泳沉積法、真空過濾法、L-B組裝法，其中旋涂法、電泳沉積法、真空過濾法應用較為廣泛。旋涂法是往納米材料和液體的混合懸浮液中添加具有一定粘度的表面活性劑，然后滴在襯底上，并把襯底固定在勻膠機的轉盤上，高速旋轉，液體揮發納米材料成膜。旋涂法的優勢在于能夠通過控制旋轉時間、轉速、滴液量以及所用懸浮液的濃度來控制薄膜的厚度，易于實現大面積薄膜的制備。但這種方法材料消耗量大，大部分納米材料在旋轉中被拋離襯底表面，無法在襯底表面形成附著。另外，旋涂法需要在納米材料溶液中添加表面活性劑來避免納米材料的團聚，增加納米材料薄片與襯底的附著性；旋涂中，無法對納米材料的形態進行控制和有效去除納米材料中可能存在的雜質。而雜質的存在會影響納米材料的電學、力學特性，降低器件性能。

真空過濾法利用過濾的方式將納米材料沉積在混合纖維素酯膜上，然后將納米材料緊貼在襯底上，放入丙酮溶液中溶解混合纖維素酯膜，實現薄膜的轉移。真空過濾法多用于柔性器件、透明導電極的制作上。這種方法由于工藝步驟繁雜，原材料的形狀和尺寸的選擇受到限制，所以其應用范圍相對較窄。

電泳沉積法是在納米材料和液體的混合懸浮液中加入易于水解成陰陽離子的材料，然后在混合懸浮液中施加電壓，陽離子(或陰離子)帶動納米材料往陰極(或陽極)襯底運動，在陰極(或陽極)襯底表面形成沉積層。電泳法的優勢在于能夠通過控制沉積時間和懸浮液的濃度來控制薄膜的厚度和表面形貌，但這種方法和旋涂法一樣會引入雜質，對優化納米材料的電學、力學特性不利，難以在器件結構上廣泛應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種納米材料轉移沉積方法，其無需添加表面活性劑，且實現可控沉積納米材料。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種納米材料轉移沉積方法，其包括以下步驟：

1）加熱納米材料和液體的混合懸浮液；

2）將襯底固定在懸浮液上方；

3）納米材料被蒸發的溶液分子帶離液體，附著到放置于混合懸浮液液面上方的襯底表面，形成由納米材料層層堆疊的薄膜。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述納米材料可以是納米薄片、納米管、納米線，或其它納米結構。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述納米薄片為石墨烯、氧化石墨烯、二硫化鉬或氮化硼中任一者。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述液體可以是水、乙醇、異丙醇或其它有機、無機溶劑。

本發明的納米材料轉移沉積方法，加熱所需溫度等于或略低于所述液體的沸點，所述液體為有機溶劑時，加熱所需溫度為50-90°C；所述液體為水時，加熱所需溫度為80°C-100°C。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述襯底可以是半導體（硅）、金屬或絕緣體。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述襯底的表面形貌可以是平整的，也可以是粗糙的，也可以是凹凸型槽狀，也可以是上下表面相通的孔洞(通孔)結構。

本發明的納米材料轉移沉積方法，所述襯底表面與液面的夾角范圍可以在0-90°間調節。

本發明的納米材料轉移沉積方法，步驟3）中，所述由納米材料層層堆疊形成的薄膜的厚度和表面粗糙度可以通過調整沉積時間來控制；沉積時間范圍在5min-5h之間；

所述納米材料層層堆疊形成的薄膜的厚度和表面粗糙度可以通過調節懸浮液中納米材料濃度來控制；懸浮液中納米材料濃度范圍在0.1mg/mL-1mg/mL之間；

所述控制溶液液面與襯底的間距可以調節納米材料層層堆疊形成的薄膜的厚度和表面粗糙度；溶液液面與襯底的間距范圍在0.5mm-3mm之間；

所述調節懸浮液的加熱溫度可以控制懸浮液的蒸發率，從而實現對納米材料層層堆疊形成的薄膜的厚度和表面粗糙度溫度的控制；所述液體為有機溶劑時，所述加熱溫度范圍在50°C-90°C之間；所述液體為水時，所述加熱溫度范圍在80°C-100°C之間。本發明的納米材料轉移沉積方法，所述納米材料可以連續地覆蓋在襯底表面、也可形成不連續的微納米結構點陣。

借由上述技術方案，本發明具有的優點和有益效果是：