[發明專利]一種原子級厚度石墨烯/氮化硼復合異質薄膜轉移方法

有效

• 申請號: 201810702780.2
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108793100B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 張勇;劉冠軍;劉瑛;邱靜;程先哲;楊鵬;呂克洪;季明江;王貴山;謝皓宇;李乾;李華康;鄭賢德;陳柏良;胡業榮;林鑫
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;C01B32/182
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 劉芳

本發明公開了高機械強度、高環境適應性、適合大面積懸浮、原子級厚度的超薄石墨烯/氮化硼復合異質薄膜轉移方法，目的是解決傳統薄膜轉移工藝造成的薄膜與樣品基底粘附不緊密、多褶皺、多孔洞問題。技術方案是將薄膜轉移至樣品基底后首先低溫自然去水干燥，避免高熱去水，防止薄膜與基底之間的水膜產生氣泡；樣品控溫烘烤升溫過程先慢速升溫至五十攝氏度附近軟烘，然后，繼續慢速升溫至薄膜支撐高分子材料的玻璃態臨界溫度附近；樣品控溫烘烤降溫過程慢速降溫至室溫，不可快速冷卻至室溫；最后洗去薄膜表面高分子支撐材料。本發明解決了傳統薄膜轉移工藝造成的薄膜與樣品基底粘附不緊密、多褶皺、多孔洞問題，提高薄膜類材料轉移成品率。

技術領域

本發明涉及石墨烯(Graphene，縮寫Gra)、氮化硼(Boron Nitride，縮寫BN)等新型二維材料領域，特別涉及高機械強度、高環境適應性、適合大面積懸浮、原子級厚度超薄石墨烯/氮化硼復合異質薄膜轉移方法。

背景技術

石墨烯只有一層或多層碳原子厚度，機械強度極高，電學性能優異，比表面積大，導熱性能好，是后硅時代，替代硅材料的備選方案。其輕薄、大比表面積和獨特的電學特性，使石墨烯同時成為極具潛力的超靈敏傳感器的敏感材料。相關研究表明，石墨烯作為一種具有良好壓阻效應的新型敏感材料，在高性能壓力傳感領域具有極好的應用前景。已制成的基于懸浮石墨烯薄膜的壓力傳感器樣品靈敏度比傳統硅薄膜壓力傳感器高20-100倍，極具市場開發價值。原子級厚度石墨烯/氮化硼復合異質薄膜，利用了氮化硼原子級厚度、絕緣特性和超高機械強度，是傳統石墨烯薄膜的升級版，在傳感應用領域具有非常廣闊的應用前景。

傳統薄膜轉移工藝存在薄膜轉移易破損這一突出難題，導致生產過程中成品率低下，經濟效益不明顯。研究總結發現，當前常用轉移方法往往存在下述不足：1)石墨烯與樣品基底粘附不緊密，導致石墨烯在后續的清潔、旋涂光刻膠等工藝過程被沖刷走或者卷曲變形；2)石墨烯多褶皺；3)石墨烯多孔洞。傳統轉移方法存在的不足導致CVD石墨烯易破損，導致成品率低下，樣品性能劣化。

因此，本發明研究一種新的超薄石墨烯/氮化硼復合異質薄膜轉移方法，有效解決上述傳統轉移工藝的不足之處，提高薄膜類材料轉移成品率，提升社會經濟效益。

發明內容

本發明要解決的技術問題是傳統薄膜轉移工藝造成的石墨烯與樣品基底粘附不緊密、石墨烯多褶皺、多孔洞問題。

本發明的技術方案主要是針對這些問題，對傳統轉移工藝進行改進，提供一種超薄石墨烯/氮化硼 (Gra/BN)復合膜轉移方法，主要創新點在于,轉移至樣品基底過程中，低溫自然去水和慢速升溫，防止薄膜與樣品基底之間產生氣泡，導致薄膜破損；樣品烘烤溫度設置在薄膜支撐高分子材料的玻璃態臨界溫度附近，去除薄膜和樣品基底界面之間的水分子，實現薄膜與樣品基底緊密貼合且少褶皺；慢速降溫，防止 Gra/BN復合異質薄膜塌陷于樣品基底的空腔。最終實現少破損、大面積懸浮Gra/BN復合異質薄膜的轉移。轉移方法包括以下步驟：

(1)準備待轉移石墨烯/氮化硼(Gra/BN)復合異質薄膜，薄膜表面旋涂一層支撐材料(簡稱，SP)，薄膜漂浮于去離子水中；

(2)準備待轉移Gra/BN復合異質薄膜的樣品基底；

(3)清潔樣品基底，氮氣吹干；

(4)氧離子處理樣品基底表面，去除基底表面殘留有機污染，基底由疏水性轉變為親水性；

(5)用樣品基底從去離子水(DIW)中撈取Gra/BN/SP復合異質薄膜；

(6)將撈取了復合異質薄膜的樣品基底傾斜靜置，薄膜低溫自然去水干燥；

(7)樣品控溫烘烤：升溫過程中，先慢速升溫至五十攝氏度附近軟烘；然后，繼續慢速升溫至薄膜支撐高分子材料的玻璃態臨界溫度附近；降溫過程中，慢速降溫至室溫，不可快速冷卻至室溫；