[發明專利]一種基于電化學自分離的大面積低損傷的石墨烯轉移方法

在審

• 申請號: 201710711851.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107512714A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張安平;楊明超;陳家玉;趙炎;魏葳;張曉東
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/186
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于材料制備和加工領域，具體涉及一種基于電化學自分離的大面積低損傷的石墨烯轉移方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，由于其十分良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性，在物理學、材料學、電子信息、計算機、航空航天等領域都得到了長足的發展。近年來，石墨烯薄膜的制備方法和工藝主要有機械剝離法、氧化還原法、外延生長法以及化學氣相沉積(CVD)法。CVD法制備的石墨烯薄膜面積大、質量高層數可控，因此該方法成為目前制備石墨烯薄膜的最有效的方法。其以金屬如銅、鎳等作為基底和催化劑，利用含碳有機氣體如甲烷、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。

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。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于電化學自分離的大面積低損傷的石墨烯轉移方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于電化學自分離的大面積低損傷的石墨烯轉移結構,在金屬基底上有石墨烯二維材料，石墨烯二維材料上涂覆有聚合物保護層，石墨烯二維材料通過共價鍵與柔性載體之間形成界面層。

所述石墨烯二維材料和金屬基底基于電化學自分離系統進行分離。所述電化學自分離系統中，以烘干后的聚合物保護層/石墨烯/金屬基底為陰極，惰性電極為陽極，NaOH為電解質，搭建電解池裝置；通上直流電壓，石墨烯/金屬基底的表面產生大量的H₂氣泡，從而提供一種溫和而持久的力，使得聚合物保護層/石墨烯沿著金屬基底的邊緣逐漸與金屬基底分離。

所述聚合物保護層的材料為PMMA，所述金屬基底的材料是銅箔或者銅鎳合金，所述的柔性載體是PET。

所述石墨烯二維材料通過化學氣相方法生成在金屬基底上。

本發明還提供了一種基于電化學自分離的大面積低損傷的石墨烯轉移方法，其特征在于，通過噴涂一層聚合物，在金屬基底上生長的大面積石墨烯薄膜表面形成一層保護層，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，利用電解過程中金屬基底與石墨烯之間形成的微小氣泡實現石墨烯與金屬襯底的分離，并將其轉移到目標襯底上。

所述金屬基底是銅、鎳或者銅鎳合金，所述惰性電極是石墨或不銹鋼。

與現有技術相比，本發明的優點是：

降低了時間消耗并能同時保證金屬基底可重復利用，并且可以進行大面積石墨烯的轉移。

附圖說明

圖1為噴槍噴涂PMMA示意圖。

圖2為電解裝置示意圖。

圖3為轉移到PET上的石墨烯示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例詳細說明本發明的實施方式。

本發明提供了一種基于電化學自分離的大面積低損傷的轉移石墨烯的結構，參照圖1，石墨烯二維材料1通過化學氣相方法等方法生長在金屬基底2上，石墨烯二維材料1上涂覆有聚合物保護層3，石墨烯二維材料1通過共價鍵與柔性載體9之間形成界面層8。

參照圖2，石墨烯二維材料1和金屬基底2基于電化學自分離系統進行分離。所述電化學自分離系統中，以烘干后的聚合物保護層3/石墨烯二維材料1/金屬基底2的整體為陰極7，惰性電極5為陽極，NaOH為電解質6，搭建電解池裝置；通上直流電壓4，石墨烯二維材料1/金屬基底2與電解質6接觸位置會產生大量的H₂氣泡，從而提供一種溫和而持久的力，使得聚合物保護層3/石墨烯二維材料1沿著金屬基底2的邊緣逐漸與金屬基底2分離。

將聚合物保護層3/石墨烯二維材料1轉移到去離子水中，靜置30min,以去除電解液。

本發明中，聚合物保護層3的材料為PMMA，金屬基底2是銅箔或者鎳箔或者銅鎳合金，柔性載體9是PET。