[發明專利]一種石墨烯薄膜的轉移方法

在審

• 申請號: 201410410144.4
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104192833A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 方小紅;蔡偉;王聰;楊立友;陳小源
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及材料制備加工領域，特別是涉及一種石墨烯薄膜的轉移方法。

背景技術

石墨烯是一種單層碳原子以六邊形結構排布而成的具有蜂窩狀結構的二維材料，自2004年首次通過微機械剝離制取以來，因其獨特的光學、電學、熱學以及力學性質，得到了來自世界各地的研究人員的廣泛關注。在過去的十年中，多種方法和工藝被開發應用于石墨烯薄膜的制備，主要為微機械剝離法、氧化還原法、外延生長法以及金屬催化的化學氣相沉積(CVD)法。因為金屬催化CVD法在生長大面積連續石墨烯薄膜方面存在優勢，所以，該方法成為現在石墨烯薄膜的主要生長方式。其采用金屬基底如銅、鎳等作為基底和催化劑，催化甲烷、乙炔等碳源的分解與沉積，從而實現石墨烯薄膜的連續生長，獲得附著于金屬基底上的石墨烯薄膜。在實際應用中，通常要求石墨烯薄膜位于石英玻璃、硅、聚對苯二甲酸乙二醇酯等基底或者器件的功能層薄膜上，因此，如何將生長在金屬基底上的石墨烯薄膜轉移到目標襯底上至關重要。

生長于金屬基底上的石墨烯薄膜的轉移方法很多，其中使用聚合物作為保護層并溶解金屬基底的方法是非常重要的一種方法。該方法是在生長于金屬基底上的石墨烯表面旋涂一層聚合物支撐層，通過腐蝕溶液將金屬溶解，得到自由的聚合物/石墨烯薄膜，再將其轉移到目標襯底。該方法是目前被研究最多的方法，有著工藝穩定、轉移技術成熟、操作過程較簡單等優點，但同時該方法也具有金屬基底不可重復利用性以及時間消耗長等缺點。從而，電化學鼓泡這種能降低時間消耗并能同時保證金屬基底可重復利用的技術應運而生。電化學鼓泡技術是在生長在金屬基底上的石墨烯表面形成一層聚合物保護層，并將其置于電解液中與電源負極相連，采用石墨等導電電極置于電解液中并與電源正極相連，利用電解水過程中在金屬基底與石墨烯之間形成的氣泡實現石墨烯與金屬襯底的分離，再將其轉移到目標襯底上。在已有技術中，僅在石墨烯表面旋涂聚合物保護層后鼓泡轉移的方法有著工藝不穩定的缺點，在轉移過程中容易造成聚合物保護膜的卷曲以及石墨烯薄膜的破裂。而Ce′sar?J.Lockhart?de?la?Rosa提出的在聚合物保護層外再附加聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撐框架的方法雖能提高轉移過程的工藝穩定性，但僅能轉移框架內部的石墨烯，而未能實現石墨烯薄膜的完整轉移。同時，該方法中的PET與下層聚合物保護層之間采用膠粘的方式，需要通過滴加在液體中還具有粘性的聚合物液滴(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)的方式實現PET與下層聚合物保護層的貼合，工藝過程較繁瑣。

因此，本發明針對上述問題，擬引入新材料，利用其合適表面能或本身粘性，可以直接與下層聚合物材料貼合而不需要膠粘，并在轉移后可無損剝離的特性，以期能夠同時滿足簡化、穩定工藝并保證石墨烯薄膜的完整轉移以及金屬基底的重復利用。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨烯薄膜的轉移方法，用于解決現有技術中支撐框架和聚合物保護層之間需要滴加粘性液滴來增強貼合力度，并且石墨烯后續不能完整轉移等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種石墨烯薄膜的轉移方法，所述石墨烯薄膜的轉移方法至少包括步驟：

1)提供一金屬基底，在所述金屬基底表面依次形成有石墨烯薄膜、有機聚合物保護層和聚合物框架支撐層，所述有機聚合物保護層和聚合物框架支撐層均具有表面能或粘性；

2)將所述石墨烯薄膜與金屬基底剝離，然后將所述石墨烯薄膜與目標襯底貼合；

3)依次剝離所述聚合物框架支撐層和有機聚合物保護層。

作為本發明石墨烯薄膜的轉移方法的一種優選方案，所述金屬基底為的材料為Au、Co、Pt、Pd、Ir、Ru、Ni、Cu中的一種或多種的合金材料、或鍍有以上金屬材料的金屬箔。

作為本發明石墨烯薄膜的轉移方法的一種優選方案，所述有機聚合物保護層選自聚甲基丙烯酸甲酯、環氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯、透明氟樹脂、聚二甲基硅氧烷中的一種。

作為本發明石墨烯薄膜的轉移方法的一種優選方案，采用浸漬提拉、旋涂、刮刀、噴涂、濕涂、絲網印刷、滾輪涂布或板式涂布中的一種工藝來制備所述有機聚合物保護層。

作為本發明石墨烯薄膜的轉移方法的一種優選方案，所述工藝中，采用苯甲醚、氯苯、氯仿、二氯甲烷或三氯甲烷中的一種作為溶劑溶解所述有機聚合物保護層形成工藝漿料。

作為本發明石墨烯薄膜的轉移方法的一種優選方案，所述工藝中，需要進行熱處理以實現所述有機聚合物保護層的固化。