[發明專利]一種CVD石墨烯向塑料基底卷對卷轉移的方法及裝置

在審

• 申請號: 201510837047.8
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN105329885A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 劉忠范;鄧兵;彭海琳
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

1.一種石墨烯向塑料基底轉移的方法，包括如下步驟：

(1)通過化學氣相沉積法在金屬基底表面生長石墨烯；

(2)在氧氣存在的條件下，對步驟(1)得到的表面生長有石墨烯的金屬基底進行加熱；

(3)復合塑料基底和經步驟(2)處理的表面生長有石墨烯的金屬基底，制備得到依次層疊的塑料基底層、石墨烯層和金屬基底層的復合結構：制備所述塑料基底層的材料包括熱熔膠；

(4)將步驟(3)中得到的復合結構浸入水中加熱并保溫；

(5)在外力作用下，分離經步驟(4)處理的復合結構中的金屬基底層和石墨烯塑料復合層，即可完成石墨烯向所述塑料基底的轉移。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述金屬基底的材質為銅、鎳、金和鉑中的至少一種。

3.根據權利要1或2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中，所述加熱的溫度為80～120℃，時間為5～20min。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述復合為下述步驟3-1)或步驟3-2)：

3-1)將金屬基底中生長有石墨烯的一面與塑料基底貼合，經熱壓印后粘合為一體；所述塑料基底由熱熔膠和塑料基材混合后制備得到；

3-2)將金屬基底中生長有石墨烯的一面與塑料基底中的熱熔膠層貼合，經熱壓印后粘合為一體；所述塑料基底包括熱熔膠層和塑料基材層；

所述熱熔膠為乙烯-醋酸乙烯樹脂、聚酰胺、聚酯、聚酯酰胺和聚乙烯中的一種或幾種；所述塑料基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯和聚碳酸酯中的一種或幾種。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：所述熱壓印的溫度為100～150℃，速度為1～2cm/s；

步驟3-2)中，所述熱熔膠層的厚度為1～50μm；所述塑料基材層的厚度為5～100μm。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于：步驟(4)中，所述水為去離子水；所述加熱的溫度40～80℃，時間為2～10min。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述石墨烯的生長在石墨烯卷對卷制備設備中進行，得到成卷的表面生長有石墨烯的金屬基底；所述金屬基底的運轉速率可為0～5r/min，但不為0；

所述轉移為卷對卷轉移，所述分離在卷對卷分離裝置中進行；所述卷對卷分離裝置，它包括支架體和熱水池，所述支架體上平行設置若干個輥輪，所述輥輪包括用于對成卷的復合結構進行放卷的進樣輥輪、由兩個緊鄰設置的輥輪組成的用于控制所述復合結構中的石墨烯塑料復合層和金屬基底層向相反方向運動的分離輥輪、用于收卷所述石墨烯層的收卷輥輪Ⅰ和用于收卷所述金屬基底層的收卷輥輪Ⅱ；所述分離輥輪位于所述熱水池內；

所述方法在所述分離之后，還包括將分離后得到的金屬基底重復步驟(1)-步驟(5)的步驟。

8.權利要求1-7中任一項所述的方法中的使用的卷對卷分離裝置，其特征在于：它包括支架體和熱水池，所述支架體上平行設置若干個輥輪，所述輥輪包括用于對成卷的復合結構進行放卷的進樣輥輪、由兩個緊鄰設置的輥輪組成的用于控制所述復合結構中的石墨烯塑料復合層和金屬基底層向相反方向運動的分離輥輪、用于收卷所述石墨烯層的收卷輥輪Ⅰ和用于收卷所述金屬基底層的收卷輥輪Ⅱ；所述分離輥輪位于所述熱水池內。

9.根據權利要求8所述的卷對卷分離裝置，其特征在于：所述裝置還包括用于清洗所述石墨烯塑料復合層的清洗池Ⅰ和用于清洗所述金屬基底層的清洗池Ⅱ；沿著所述石墨烯塑料復合層的傳送方向，在所述分離輥輪和所述收卷輥輪Ⅰ之間還設有用于控制所述石墨烯層進出所述清洗池Ⅰ的清洗輥輪Ⅰ，所述清洗輥輪Ⅰ位于所述清洗池Ⅰ內；沿著所述金屬基底層的傳送方向，在所述分離輥輪和所述收卷輥輪Ⅱ之間還設有用于控制所述金屬基底層進出所述清洗池Ⅱ的清洗輥輪Ⅱ，所述清洗輥輪Ⅱ位于所述清洗池Ⅱ內。

10.利用權利要求1-7中任一項所述的方法制備得到的石墨烯器件。