[發明專利]一種大面積無損轉移石墨烯薄膜的方法

有效

• 申請號: 201410155921.5
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103922327A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 賈寶平;葉恩洲;王秋澤;丁建寧
• 申請（專利權）人: 江南石墨烯研究院;常州大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C25F5/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 馬維麗;任曉嵐

技術領域

本發明涉及石墨烯薄膜轉移方法，尤其是一種大面積無損轉移石墨烯薄膜的方法。

背景技術

目前石墨烯薄膜的轉移方法，根據在轉移石墨烯薄膜的過程中，對生長基底處理方式的不同，可分為“基底腐蝕法”和“非基底腐蝕法”。“基底腐蝕法”通常首先在石墨烯表面覆蓋轉移介質（PMMA，PDMS，熱釋放膠等）；再利用適當的腐蝕液（FeCl3等）將金屬基底腐蝕去除，然后將轉移介質/石墨烯薄膜轉移至目標基底上；最后去除轉移介質，實現石墨烯的轉移。“非基底腐蝕法”包括：電化學轉移法，干法轉移和機械剝離法，Gao等人采用電化學轉移法，利用金屬基底與石墨烯之間的電化學性能差異，形成界面反應，金屬基底表面產生微氣泡驅動石墨烯剝離（具體參見Gao?L,Ren?W,Xu?H,et?al.Repeated?growth?and?bubbling?transfer?of?graphene?with?millimetre-size?single-crystal?grains?using?platinum[J].Nature?communications,2012,3:699.）；Lock等人采用干法轉移，通過選用合適的交聯劑與石墨烯之間形成共價鍵，由此共價鍵產生的石墨烯與聚合物之間的吸附力比石墨烯與金屬之間的吸附力要大的多，為石墨烯與金屬基體的有效分離提供一種有效的途徑（具體參見Lock?E?H,Baraket?M,Laskoski?M,et?al.High-quality?uniform?dry?transfer?of?graphene?to?polymers[J].Nano?letters,2011,12(1):102-107.）；Yoon等人采用機械剝離法，利用環氧樹脂與石墨烯之間強的作用力，將目標基底和石墨烯通過環氧粘接技術連接起來，利用一定的機械力可將石墨烯完整的從生長底上剝離下來，且不會對生長基底進行破壞，從而實現無破壞性的轉移（具體參見Yoon?T,Shin?W?C,Kim?T?Y,et?al.Direct?measurement?of?adhesion?energy?of?monolayer?graphene?as-grown?on?copper?and?its?application?to?renewable?transfer?process[J].Nano?letters,2012,12(3):1448-1452.）。

其中，“基底腐蝕法”是最廣泛采用的一種轉移方法，此法中由于使用了轉移介質，雖然確保了轉移的穩定性，但同時也增加了過程的復雜程度。更主要的是，該方法是以犧牲生長基底為前提，代價高，不利于量化生產和應用，，并且在保證大面積石墨烯的結構完整性、無污染等方面仍有不足。另外,對于精密微電子領域，需要使用貴金屬單晶基底（如Pt、Ru等）來生長大尺寸的單晶石墨烯薄膜。考慮到單晶基底昂貴的價格以及強抗腐蝕性，因此“基底腐蝕法”并不適用。在“非基底腐蝕法”中：電化學轉移法將界面電化學反應過程引入到石墨烯轉移中，這種方法具有高效性、低耗、可回收金屬基底等優點，但是由于其支撐層是由聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）旋涂得到，PMMA支撐層非常薄，在轉移的過程中容易破損和褶皺，不能進行大面積的轉移，并且在使用電化學剝離石墨烯薄膜的過程，不可避免的會有一些殘余金屬附著在石墨烯薄膜的表面，此外PMMA在去除的過程中容易殘膠，影響石墨烯薄膜的光學和導電性能；而干法轉移和機械剝離法則是利用一種合適的粘結劑，將生長有石墨烯的金屬基底與目標基底貼合在一起，然后利用石墨烯與粘結劑之間的粘附力大與石墨烯與銅箔之間的附著力將石墨烯轉移到目標基底，但是這種方式轉移的石墨烯薄膜容易破損且由于粘結劑的引力，會導致石墨烯薄膜的導電性能和透光性能下降。如何高效、低耗、在不犧牲金屬基底，保持石墨烯薄膜自身優異性能的情況下，將大面積的石墨烯薄膜轉移到目標基底，是目前急需解決的問題。

發明內容

本申請克服現有技術中基底腐蝕法代價高、電化學轉移法會有殘余金屬附著在石墨烯薄膜的表面的不足，提供一種大面積無損轉移石墨烯薄膜的方法。

一種大面積無損轉移石墨烯薄膜的方法，步驟如下：

（1）將生長有石墨烯薄膜的金屬基底兩面都與轉移介質對準貼合，再使用輥壓機進行輥壓，得到轉移介質/石墨烯薄膜/金屬基底/石墨烯薄膜/轉移介質層狀材料；

（2）將步驟（1）得到的層狀材料作為負極，將鉑電極作為正極，插入裝有電解槽中，通以直流電壓，待轉移介質/石墨烯薄膜完全從金屬基底剝離后，將轉移介質/石墨烯薄膜放入腐蝕液中刻蝕石墨烯薄膜表面殘余金屬，然后用蒸餾水漂洗三次、并吹干；