[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610091007.8
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN107098339A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董國材;張濤;唐琪雯
• 申請（專利權(quán)）人: 常州國成新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種石墨烯由生長基體向目標(biāo)基體轉(zhuǎn)移的方法，屬于薄膜材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

從2004年英國曼切斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯但丁·諾沃肖諾夫開創(chuàng)性地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，石墨烯作為一種新興的材料受到世界范圍的關(guān)注，有關(guān)石墨烯的研究和應(yīng)用也是層出不窮。

石墨烯是碳原子按六角結(jié)構(gòu)緊密堆積成的單原子層二維晶體，是世界上最薄的二維材料。由于石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械、電子和熱穩(wěn)定性能，使其在電子器件、電極、電容器、傳感器及復(fù)合材料方面應(yīng)用受到人們廣泛重視，成為當(dāng)前國際熱門研究領(lǐng)域。2008年至今，人們利用化學(xué)氣相沉積在各類金屬基片（Cu、Ni、Co、Ir、Ru、Pd、Pt等）上合成了厘米級尺寸的石墨烯薄膜，激發(fā)了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，金屬基片僅作為石墨烯生長的催化劑和載體，不利于有效的表征石墨烯物理、化學(xué)性能，阻礙了石墨烯透明導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等性質(zhì)的應(yīng)用，也無法利用微加工技術(shù)制備電子器件。又由于大面積石墨烯不能脫離支撐基片而獨立、穩(wěn)定地存在，因此石墨烯必須從初始金屬基片剝離，“轉(zhuǎn)移”至以絕緣基片為主的新“目標(biāo)”基片,實現(xiàn)后續(xù)功能開發(fā)和應(yīng)用。

目前轉(zhuǎn)移方法主要有以下幾種：化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)移法、TRT轉(zhuǎn)移法、PDMS轉(zhuǎn)移法、直接干法和濕法轉(zhuǎn)移法等等。其中化學(xué)腐蝕法是最廣泛使用的方法，但是轉(zhuǎn)移過程石墨烯易出現(xiàn)裂紋、撕裂；金屬被腐蝕過程中產(chǎn)生難除的氧化物顆粒等副產(chǎn)物；腐蝕銅箔對石墨烯的破壞等等。TRT轉(zhuǎn)移法能自發(fā)快速脫離、無需復(fù)雜的除膠流程，但是轉(zhuǎn)移后的薄膜連續(xù)性差，主要緣于石墨烯/金屬基片平整度較差。PDMS印章轉(zhuǎn)移法與TRT類似，是一種無需特殊清除中介物的干法轉(zhuǎn)移。該方法的缺點是石墨烯薄膜連續(xù)性差，表面有污染物。直接干法與濕法轉(zhuǎn)移法是利用膠黏劑、層壓貼合、靜電力吸附等方式，使目標(biāo)基片和石墨烯直接產(chǎn)生足夠的相互吸引力，促使石墨烯從石墨基片剝離。但是轉(zhuǎn)移后的膠黏劑保留在石墨烯和基片之間，對石墨烯有摻雜影響并增大了薄膜表面粗糙度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是考慮到腐蝕金屬基片對石墨烯的破壞，金屬顆粒殘存，環(huán)境污染，回收再利用等問題，提供一種簡便快速、無污染、成本低的石墨烯轉(zhuǎn)移方法，該方法對金屬基片無破壞和損耗，石墨烯表面無金屬雜質(zhì)殘留，提高轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜的完整性和清潔度，該方法有望應(yīng)用于工業(yè)上大規(guī)模轉(zhuǎn)移石墨烯。本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

1. 一種轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法包括四個步驟：（1）在初始基底上制備石墨烯薄膜；（2）在石墨烯薄膜表面涂一層導(dǎo)電膠；（3）利用電化學(xué)法將石墨烯薄膜從初始襯底剝離，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底；（4）對目標(biāo)襯底上的石墨烯薄膜進(jìn)行清洗處理。

2. 說明1中初始襯底為金屬襯底或帶有負(fù)載金屬催化劑的襯底，它們可以為：銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉑(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠（Rh）和鎢(W)中的一種或任意兩種以上的組合。所述金屬厚度為10納米~50微米。

3. 說明1中在初始襯底上通過化學(xué)氣相沉積CVD工藝制備石墨烯薄膜。

4. 說明1中導(dǎo)電膠主要由10~98 wt.%的膠粘劑和1~30 wt.%的導(dǎo)電填料組成。導(dǎo)電填料為納米金屬材料或?qū)щ娋酆衔铮{米金屬材料如納米銀、納米金、納米銅等，導(dǎo)電聚合物如聚甲基乙丙酸甲酯（PMMA）、聚3,4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT：PSS）、聚3,4-乙撐二氧噻吩（PEDOT）、聚苯乙烯磺酸（PSS）、聚苯胺（PAIN）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚乙炔（PAC）、聚對笨撐乙炔（PPV）等。上述導(dǎo)電填料可單獨或混合使用。

5. 說明1中導(dǎo)電膠還可添加分散劑等助劑。導(dǎo)電膠涂膜厚度為0.05~50微米，優(yōu)選1~20微米。導(dǎo)電膠可以采用任何已知的涂抹方式涂于石墨烯薄膜上，例如旋涂、噴涂、刮涂等。

6. 說明1中石墨烯薄膜通過電化學(xué)鼓泡的方法從初始襯底剝離。

7. 說明1中所述電化學(xué)方法使用濃度為0.1~10 M的氫氧化鈉溶液作為電解液，電流密度0.1~5 A cm^-2。優(yōu)選的，所述電流密度為1 A cm^-2。

8. 說明1中所述的目標(biāo)基底為柔性基體或硬質(zhì)基體。柔性基體為聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）或聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）。硬質(zhì)基體為覆蓋有二氧化硅的硅片、藍(lán)寶石片、石英片、云母片。