[發明專利]石墨烯薄膜生長用銅箔的處理方法及該方法制備的銅箔

有效

• 申請號: 201410164674.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN105018897B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 金虎;鄧科文;劉志成;彭鵬;張志華;張文國;楊海濤;張旭磊;齊軒
• 申請（專利權）人: 常州二維碳素科技股份有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C25F3/22;B08B7/00
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技術領域

本發明涉及一種石墨烯薄膜生長用銅箔的處理方法及該方法制備的銅箔。

背景技術

石墨烯薄膜，具有石墨結構的單層碳原子，自 2004 年首次被發現以來，便以其獨特的結構和優異的性能而轟動整個科學界。石墨烯薄膜的快速發展急需實現大規模批量化地制備結構厚度和尺寸可控的高質量石墨烯薄膜。目前制備石墨烯薄膜的方法主要有以下幾種：（1）微機械剝離法，（2）晶體外延生長法，（3）化學氧化還原法，（4）化學氣相沉積（CVD）法。其中CVD法是目前制備大面積石墨烯薄膜膜最常用的方法。CVD法是指反應物質在氣態條件下發生化學反應生成固態物質沉積在襯底或催化劑表面進而制得固體材料的方法。其中銅箔作為襯底具有價格便宜，生長的石墨烯薄膜質量較好，層數較易控制，易于腐蝕轉移等特點，在目前的石墨烯薄膜批量化生產中大量的運用。由于石墨烯薄膜在銅箔表面生長屬于表面生長機制，因此，在生長過程中石墨烯薄膜會復制銅箔的表面狀態，且銅箔表面的潔凈程度和活性，對石墨烯薄膜的形核生長有著重要影響，繼而影響到石墨烯薄膜的質量。目前，在工業化生產中，石墨烯薄膜生長用銅箔尚沒有一套成熟完善的前期處理工藝，通常只是簡單的溶劑清洗，這樣生長出來的石墨烯薄膜具有以下缺點：（1）石墨烯薄膜缺陷多，方阻較高；（2）銅箔表面粗糙度過高，導致石墨烯薄膜的微觀結構被破壞，在石墨烯薄膜的轉移過程中造成結構的破損；（3）石墨烯薄膜生長不均勻，導致方阻和透光率分布不均勻；（4）銅箔表面清洗不夠徹底，微細孔眼和凹陷內的污漬往往清洗不到，污漬會影響石墨烯薄膜的形核、生長，且對石墨烯薄膜膜的外觀和功能造成破壞；（5）銅箔的表面活性低下，且分布不均勻，不利于石墨烯薄膜的均勻穩定生長。

在實驗室研究中，比較好的處理工藝有文獻[1] ：孫雷等在《人工晶體學報》 2012年02期出版的《拋光銅箔襯底上石墨烯薄膜可控生長的研究》中提到的機械拋光和電化學拋光雙重處理法和文獻；文獻[2]： 2012年上海師范大學的常全鴻在其碩士論文《化學氣相沉積(CVD)生長高質量的石墨烯薄膜及其性能的研究》中對鎳襯底使用的等離子拋光法。

但是上述公開的兩篇工藝文獻存在以下缺陷：（1）對于文獻[1]中提到的機械拋光和電化學拋光雙重處理法，其主要不足之處如下：a. 機械拋光成本高，且操作復雜繁冗，不適合工業化批量生產石墨烯薄膜，同時，操作過程中容易造成銅箔的褶皺，不利于生長大面積高質量的石墨烯薄膜；b. 銅箔表面清洗不夠徹底，微細孔眼和凹陷內的污漬往往清洗不到，污漬會影響石墨烯薄膜的形核、生長，且對石墨烯薄膜膜的外觀和功能造成破壞；c. 銅箔表面活性低下，且活性分布不均勻，不利于石墨烯薄膜的均勻穩定生長。（2）對于文獻[2]中對鎳襯底使用的等離子拋光法，其主要不足之處如下：a. 文獻中采用惰性氣體氬氣進行等離子處理，清除鎳襯底表面的污漬，該過程屬于物理反應，相較于化學反應來說，該過程耗時較長，效率較低，不適合工業化批量生產；b. 使用氬等離子體處理銅箔時，銅箔容易發黃，影響石墨烯薄膜的形核生長；c. 等離子拋光對銅箔表面的粗糙度降低不明顯，不能有效地整平銅箔表面的軋痕和坑洼，從而導致石墨烯薄膜的微觀結構被破壞，在石墨烯薄膜的轉移過程中造成結構的破損。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯薄膜生長用銅箔的處理方法，該處理方法解決了由于石墨烯薄膜生長用銅箔表面的潔凈程度和活性低，導致石墨烯薄膜生長不均勻的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種石墨烯薄膜生長用銅箔的處理方法，其步驟包括：

（1）對銅箔坯料進行等離子清洗除污后，再對該銅箔坯料進行等離子去氧化層處理，以改善銅箔表面活性，提高下一步電化學拋光的效果。

（2）將已除去氧化層的銅箔坯料進行電化學拋光后。

（3）重復步驟（1），以除去拋光后的銅箔坯料表面氧化層，得到所述石墨烯薄膜生長用銅箔。

進一步，所述步驟（1）和步驟（3）中的等離子去氧化層處理的方法為：通過還原性氣體離化成具有還原性的等離子體，以除去所述銅箔坯料的表面氧化層。

進一步，為了更加有效的去除銅箔坯料的表面氧化層，進行所述步驟（1）的去氧化層處理時，進入等離子體發生器的還原性氣體的流量不小于50sccm，等離子處理時間不少于100s 。

進一步，為了更加有效的去除銅箔坯料的表面氧化層，進行所述步驟（3）的等離子去氧化層處理時，進入等離子體發生器的還原性氣體的流量不小于100sccm，等離子處理時間不少于120s 。