[發明專利]一種懸空石墨烯結構的制備方法及由其得到的懸空石墨烯結構和應用

在審

• 申請號: 202010127240.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111320164A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 宋學鋒;曾維軍;王堯
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;潘登

本發明提供了一種懸空石墨烯結構的制備方法及由其得到的懸空石墨烯結構和應用，所述制備方法包括如下步驟：(1)對待處理膜片進行圖案化處理，得到圖案化區域和其余區域；其中，所述待處理膜片包括依次設置的犧牲層、石墨烯片層和電子束膠層；所述圖案化處理包括將石墨烯片部分區域裸露；(2)依次除去所述其余區域和犧牲層，然后將圖案化區域轉移至襯底上，得到所述懸空石墨烯結構。本發明提供的制備方法不涉及腐蝕性液體，操作過程簡單，易于進行石墨烯的轉移和組裝。本發明提供的制備方法可以實現不同形狀以及不同尺寸的石墨烯材料的懸空結構的制備，也可以用于任意襯底。

技術領域

本發明屬于石墨烯制備領域，涉及一種懸空石墨烯結構的制備方法及由其得到的懸空石墨烯結構和應用。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子組成的擁有蜂窩狀結構的二維薄膜。由于其優異的電子遷移率、單原子層的厚度及超高的機械強度而被認為在信息技術、半導體、生物傳感、能源和環境保護等眾多領域有廣闊的應用前景。

在半導體技術領域，石墨烯因其優異的電學性能而被認為可能取代硅成為下一代半導體技術的基礎材料。傳統的石墨烯一般生長在絕緣襯底之上或轉移到絕緣襯底之上，然后用于制備功能器件。然而，石墨烯與襯底的相互作用會降低石墨烯的電子遷移率，進而降低石墨烯功能器件的性能。另外，石墨烯在分子探測領域有廣闊的應用前景，制備高質量的懸空石墨烯是其關鍵的一步。例如，基于石墨烯的納米孔被認為有潛力應用于生物傳感領域，特別是下一代DNA測序技術。因此，制備懸空石墨烯一直是相關領域內科學技術人員努力的方向之一。

CN109824046A公開了一種制備Janus結構的懸空石墨烯支撐膜的方法，該方法包括：通過化學氣相沉積法在金屬基底表面生長石墨烯薄膜，再制備懸空石墨烯薄膜，最后將所得懸空石墨烯置于等離子體清洗機中，對石墨烯表面進行功能化處理，得到親疏水性可控、完整度高(80％)的Janus石墨烯支撐膜。目前，制備懸空石墨烯主要是轉移法或者刻蝕法。前者是將制備的石墨烯轉移到有結構的襯底上，形成懸空的功能區；后者則將石墨烯下面的襯底刻蝕掉，得到懸空石墨烯?？涛g的方法通常用到腐蝕液，制備過程繁瑣，控制難度大，并且其中不可避免的化學污染會影響到懸空石墨烯的潛在性能。

CN104787754A公開了一種懸空石墨烯的制備方法，包括以下步驟：步驟A，采用半導體工藝在碳化硅襯底上制備預期結構，步驟B，在富碳環境下，采用高溫分解法制備懸空石墨烯。該專利申請雖然并沒有應用刻蝕技術，但是制備得到的懸空石墨烯無法進行轉移應用。

因此，想要提供一種操作簡單的懸空石墨烯結構的制備方法以滿足應用要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種懸空石墨烯結構的制備方法及由其得到的懸空石墨烯結構和應用。本發明提供的制備方法不涉及腐蝕性液體，操作過程簡單，易于進行石墨烯的轉移和組裝。本發明提供的制備方法可以實現不同形狀以及不同尺寸的石墨烯材料的懸空結構的制備，也可以用于任意襯底。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種懸空石墨烯結構的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)對待處理膜片進行圖案化處理，得到圖案化區域和其余區域；

其中，所述待處理膜片包括依次設置的犧牲層、石墨烯片層和電子束膠層；

所述圖案化處理包括將石墨烯片部分區域裸露；

(2)依次除去所述其余區域和犧牲層，然后將圖案化區域轉移至襯底上，得到所述懸空石墨烯結構。

本發明提供的制備方法操作簡單，可以利用電子束膠曝光實現石墨烯片的裸露，進而實現后續石墨烯懸空結構的制備。

優選地，所述待處理膜片的制備方法包括如下步驟：