[發明專利]一種利用高級脂肪醇或高級脂肪酸轉移二維材料的方法

在審

• 申請號: 202210573320.0
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114959629A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 任文才;周天亞;徐川;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C23C16/01
• 分類號: C23C16/01;C23C16/56;C23C16/26;C01B32/194;C30B25/00;C30B29/64;C30B33/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及二維材料領域，具體為一種利用高級脂肪醇或高級脂肪酸轉移二維材料的方法，適用于基體上的二維材料單晶或薄膜的潔凈無褶皺轉移。將加熱熔融后的高級脂肪醇或脂肪酸旋涂在基體上生長的二維材料表面，冷卻固化得到高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料/基體復合體；利用刻蝕液腐蝕掉基體，得到高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體；將高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體轉移到溫水表面，使高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體充分舒展；將高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體轉移到目標基體表面，從而實現二維材料的轉移。本發明方法使得轉移的二維材料表面具有更高的清潔度及更少的褶皺，為二維材料的物性研究與實際應用奠定了基礎。

技術領域：

本發明涉及二維材料領域，具體為一種利用高級脂肪醇或高級脂肪酸轉移二維材料的方法，適用于基體上的二維材料單晶或薄膜的潔凈無褶皺轉移。

背景技術：

自2004年，原子級厚度石墨烯材料被成功剝離以來，以石墨烯為代表的二維材料因其與塊體材料迥異的獨特物理化學性質而得到廣泛關注，且在諸多領域展現了巨大的應用前景，例如電子/光電子器件、自旋器件、太陽能電池、傳感、探測等。二維材料的高效制備是決定其能否應用的關鍵，化學氣相沉積法在可控制備大尺寸二維材料單晶或薄膜方面展示出獨特優勢。但是在化學氣相沉積法中需要將二維材料生長在特定基體表面，因此如何將二維材料從生長基體完整轉移到目標基體表面是至關重要的一步。目前采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等高分子轉移介質實現二維材料的完整轉移已經得到了廣泛的應用。但該類高分子轉移介質由于分子鏈較大，與二維材料表面具有較強的相互作用力，因此經過有機溶劑清洗之后的二維材料表面仍然有大量的有機物殘留。此外在二維材料生長后的降溫過程中，由于二維材料與基體的熱膨脹系數差異較大，二維材料表面會產生大量的褶皺，這些褶皺會伴隨整個轉移過程。因此轉移到目標基體上的二維材料，表面會存在大量的褶皺及高分子介質殘留，嚴重阻礙了相關物性測量以及在光電器件等領域中的應用。

以正十四烷醇和正十四羧酸為代表的小分子高級脂肪醇和脂肪酸，由于其與二維材料表面的相互作用較弱，且在很多有機溶劑中均具有良好的溶解性，容易從二維材料表面去除，因此轉移后的二維材料具有更高的清潔度。此外由于該類小分子均具有較高的線膨脹系數，在轉移過程中，采用溫水加熱舒展可以大幅度消除二維材料的褶皺。由此可見，小分子高級脂肪醇和脂肪酸有望實現二維材料清潔無褶皺轉移，這對二維材料的物性研究與薄膜的實際應用具有重要意義。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種利用高級脂肪醇或高級脂肪酸轉移二維材料的方法，該方法利用小分子高級脂肪醇或高級脂肪酸作為轉移介質，轉移特定基體上的二維材料單晶或薄膜，使得轉移的二維材料表面具有更高的清潔度及更少的褶皺。

本發明的技術方案是：

一種利用高級脂肪醇或高級脂肪酸轉移二維材料的方法，高級脂肪醇或脂肪酸作為轉移介質，該方法包括以下步驟：

步驟1：將加熱熔融后的高級脂肪醇或脂肪酸旋涂在基體上生長的二維材料表面，然后冷卻固化，得到高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料/基體復合體；

步驟2：利用刻蝕液腐蝕掉基體，得到高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體；

步驟3：將高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體轉移到溫水表面，使高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體充分舒展，以消除原有的二維材料褶皺；

步驟4：將高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體轉移到目標基體表面，真空熱退火以去除二維材料與目標基體之間的水分，使高級脂肪醇或脂肪酸/二維材料復合體與目標基體緊密貼合：

步驟5：利用有機溶劑清洗去除高級脂肪醇或脂肪酸涂層，從而實現二維材料的轉移。