[發(fā)明專利]一種在含氧化層硅襯底上轉(zhuǎn)移應(yīng)變石墨烯的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210137751.2
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114394589B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙沛;金言涵;張洋;劉凈蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種在含氧化層硅襯底上轉(zhuǎn)移應(yīng)變石墨烯的方法，屬于石墨烯轉(zhuǎn)移領(lǐng)域。本發(fā)明使用方華樹脂薄膜作為石墨烯柔性拉伸承載層，在目標(biāo)襯底即含氧化層硅襯底上滴加去離子水營造液體轉(zhuǎn)移環(huán)境，對處于柔性拉伸層上的石墨烯施加單軸拉伸使其產(chǎn)生應(yīng)變，然后將含氧化層硅襯底與石墨烯貼緊并利用毛細(xì)效應(yīng)剝離柔性拉伸承載層，得到含氧化層硅襯底上的應(yīng)變石墨烯，最高應(yīng)變可達1.5％，并且轉(zhuǎn)移后的石墨烯具有很好的完整性。該方法無需對含氧化層硅襯底進行復(fù)雜的預(yù)先圖案化處理，具有便捷與普適性。在含氧化層硅襯底上的應(yīng)變石墨烯可以作為石墨烯應(yīng)變工程器件的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯轉(zhuǎn)移領(lǐng)域，具體涉及一種方便快捷地將應(yīng)變石墨烯從拉伸基底上轉(zhuǎn)移至含氧化層硅襯底并保持其優(yōu)越性能的方法。

背景技術(shù)

石墨烯，一種新型的二維薄膜碳材料，因為其超越諸多材料的優(yōu)異性質(zhì)，使得世界上迅速的掀起了一股石墨烯研究狂潮。應(yīng)變石墨烯作為理想的微電子材料進行電子器件設(shè)計，需要將石墨烯轉(zhuǎn)移至含氧化層硅襯底上并實現(xiàn)應(yīng)變，要求轉(zhuǎn)移方法可靠有效地保持石墨烯的形貌完整和應(yīng)變狀態(tài)。

傳統(tǒng)的將石墨烯轉(zhuǎn)移至含氧化層硅襯底并實現(xiàn)石墨烯應(yīng)變的方法主要為基于原子力顯微鏡對石墨烯的壓痕實驗，其具體過程為：1.機械剝離法制得含氧化層硅襯底上的石墨烯薄片。2.對樣品進行原子力顯微鏡壓痕實驗。3.利用原子力探針敲擊石墨烯與含氧化層硅襯底使含氧化層硅襯底產(chǎn)生點變形。4.拖拽探針使含氧化層硅襯底變形范圍擴大為一條線，保持石墨烯與含氧化層硅襯底的接觸。5.重復(fù)上述3-4步驟使含氧化層硅襯底產(chǎn)生區(qū)域面變形從而使石墨烯產(chǎn)生應(yīng)變。

傳統(tǒng)法主要存在如下問題：

1.石墨烯的應(yīng)變過程復(fù)雜且精細(xì)，利用原子力顯微鏡的探針對含氧化層硅襯底進行敲擊與拖拽使之塑性變形，從而使石墨烯凹陷從而產(chǎn)生一定范圍的應(yīng)變，而探針的尖端半徑僅2nm，拖拽速度為200nm/s，因此石墨烯的應(yīng)變形成非常耗時，應(yīng)變石墨烯的平均范圍為10μm²，同時實驗要求的樣品清潔度極高。

2.石墨烯應(yīng)變范圍很小且應(yīng)變實現(xiàn)過程會導(dǎo)致石墨烯破損。利用探針敲擊含氧化層硅襯底使其塑性變形時需要考慮到不能破壞僅單原子層厚度的石墨烯，因此敲擊深度被限制在約1.5nm，對應(yīng)的石墨烯應(yīng)變在0.1％以內(nèi)。同時在石墨烯表面的敲擊與拖拽不可避免地會造成石墨烯一定程度的隱性損傷與明顯凹陷。

3.實驗儀器造價昂貴，實現(xiàn)應(yīng)變成本極高，對石墨烯樣品實施壓痕實驗的原子力顯微鏡為Bruker?Multimode?8?AFM(約100萬元)，同時配備使用類金剛石碳涂層硅的AFM探針作為實驗消耗品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)含氧化層硅襯底上應(yīng)變石墨烯實現(xiàn)方法中石墨烯應(yīng)變面積小、應(yīng)變值低、含氧化層硅襯底的繁復(fù)預(yù)先處理、石墨烯完整性差及缺陷多等問題，并提供一種可以方便快捷有效地將應(yīng)變石墨烯從拉伸基底上轉(zhuǎn)移至含氧化層硅襯底并保持其優(yōu)越性能與力學(xué)狀態(tài)的方法。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種在含氧化層硅襯底上轉(zhuǎn)移應(yīng)變石墨烯的方法，步驟如下：

S1：將聚乙烯醇縮甲醛溶解于三氯甲烷后得到方華溶液；

其中，聚乙烯醇縮甲醛可以采用粉末狀固體，也稱為方華粉；

S2：將表面生長有石墨烯的銅箔浸入所述方華溶液中，隨后取出晾干，使石墨烯表面形成方華膜，得到方華膜/石墨烯/銅箔復(fù)合材料；

S3：將柔性基底與所述方華膜/石墨烯/銅箔復(fù)合材料中的方華膜貼合，隨后將銅箔溶解，清洗晾干，得到柔性基底/方華膜/石墨烯復(fù)合材料；

S4：在含氧化層硅襯底表面滴加液體，隨后通過液體的毛細(xì)作用使含氧化層硅襯底與應(yīng)變后的所述柔性基底/方華膜/石墨烯復(fù)合材料中石墨烯所在面貼合，得到柔性基底/方華膜/石墨烯/含氧化層硅襯底復(fù)合材料；