[發(fā)明專利]一種CVD石墨烯向塑料基底卷對卷轉(zhuǎn)移的方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510837047.8
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN105329885A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉忠范;鄧兵;彭海琳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CVD石墨烯向塑料基底卷對卷轉(zhuǎn)移的方法及裝置。

背景技術(shù)

石墨烯由于其良好的物理化學(xué)性質(zhì)，如超高的載流子遷移率、高的透光性、良好的機械性能等，受到了廣泛的研究并且在透明導(dǎo)電薄膜、光電探測、催化、生物檢測等領(lǐng)域顯示了其潛在的實用價值。石墨烯諸多制備方法中，銅箔表面的化學(xué)氣相沉積方法具有生長的石墨烯質(zhì)量高、適用于宏量制備等諸多的優(yōu)勢，然而，銅箔表面生長的石墨烯往往需要轉(zhuǎn)移到特定的基底上才能夠?qū)崿F(xiàn)其功能化應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于高分子中介的刻蝕轉(zhuǎn)移方法中存在著高分子殘膠不能夠完全去除、銅箔不能重復(fù)利用、石墨烯被刻蝕劑摻雜導(dǎo)致的載流子遷移率下降等諸多的缺點，而且轉(zhuǎn)移速度慢，不能實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。

實現(xiàn)石墨烯向柔性透明塑料基底的轉(zhuǎn)移，是制備石墨烯導(dǎo)電薄膜的關(guān)鍵。因此，發(fā)展石墨烯向塑料基底快速批量化、無損、環(huán)境友好、銅箔能夠重復(fù)利用的轉(zhuǎn)移方法，對于制備石墨烯透明電極具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種CVD石墨烯向塑料基底卷對卷轉(zhuǎn)移的方法及裝置，該轉(zhuǎn)移方法避免了傳統(tǒng)刻蝕劑的使用、環(huán)境友好，轉(zhuǎn)移后的石墨烯的質(zhì)量高，金屬基底可重復(fù)利用，采用卷對卷工藝適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的一個目的是提供一種CVD石墨烯向塑料基底卷對卷轉(zhuǎn)移的方法。

本發(fā)明提供的一種石墨烯向塑料基底轉(zhuǎn)移的方法，它包括如下步驟：

(1)通過化學(xué)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(fù)合塑料基底和經(jīng)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(fù)合結(jié)構(gòu)：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(fù)合結(jié)構(gòu)浸入水中加熱并保溫；

(5)在外力作用下，分離經(jīng)步驟(4)處理的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的金屬基底層和石墨烯塑料復(fù)合層，即可完成石墨烯向所述塑料基底的轉(zhuǎn)移。

上述的方法中，步驟(1)中，通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)在金屬基底上生長石墨烯薄膜，本發(fā)明對制備條件沒有限制：載氣優(yōu)選為氫氣，通入流量優(yōu)選2～300sccm；碳源氣體優(yōu)選為甲烷、乙烷、乙烯或乙炔，更為優(yōu)選為甲烷或乙烯，通入流量優(yōu)選5～36sccm；生長溫度優(yōu)選為900℃～1050℃；所述金屬基底的材質(zhì)優(yōu)選銅、鎳、金和鉑中的一種或幾種，更優(yōu)選銅和鎳中的一種或兩種；所述金屬基底的厚度優(yōu)選18～46μm。

上述的方法中，步驟(2)中，為了增強金屬基底的氧化，可采用在氧氣存在的條件下加熱的步驟，所述氧氣存在的條件具體可為大氣環(huán)境系下；所述加熱的溫度可為80～120℃，具體可為80～100℃、100～120℃、80℃、100℃或120℃；時間可為5～20min，具體可為5～10min、10～20min、5min、10min或20min。

上述的方法中，步驟(3)中，所述復(fù)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(jīng)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(jīng)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(EVA)、聚酰胺(PA)、聚酯(PES)、聚酯酰胺(PEA)和聚乙烯(PE)等中的一種或幾種；所述塑料基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)等中的一種或幾種；

上述方法中復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備步驟中，所述熱壓印的溫度可為100～150℃，具體可為100℃；熱壓印的速度可1～2cm/s，具體可為1cm/s；

步驟3-2)中，所述塑料基底中：所述熱熔膠層的厚度可為1～50μm，具體可為50μm；所述塑料基材層的厚度可為5～100μm，具體可為75μm。

具體地，所述塑料基底可采購自商品化應(yīng)用的熱裱膜，可用于太陽能光伏組件背板膜與封裝膠膜；也可以由熱熔膠涂覆在塑料基材上得到；所述熱壓印具體可采用塑封機。