一種石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種環(huán)保、高效、便捷的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，能夠?qū)⒗没瘜W(xué)氣相沉積法制備的石墨烯進(jìn)行高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移。
【背景技術(shù)】
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[0002]石墨稀(Graphene)是一種二維碳材料，是單層石墨稀、雙層石墨稀和少層石墨稀的統(tǒng)稱。石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯一一由單層碳原子組成的蜂巢狀二維結(jié)構(gòu)，而證實(shí)它可以單獨(dú)存在。石墨烯是目前已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m.K，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/V.s，電阻率只有約10_8Ω.m，因其電阻率極低，電子迀移速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管，而且適合用來制造透明觸控屏幕、液晶顯示、光板和太陽能電池等。
[0003]實(shí)踐中，由于化學(xué)氣相沉積法能夠制備出大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，因而成為石墨烯較為有效的制備方法，但是該方法所制備出的石墨烯通常附著在金屬箔片表面，因此如何將石墨烯薄膜無損、高效、簡便、環(huán)保地轉(zhuǎn)移到合適的襯底上成為一個亟待解決的問題，也成為能否實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。目前常用的轉(zhuǎn)移方法通常需要甩膠和溶膠處理，但這些方法有膠體殘留多，過程復(fù)雜，大量使用有機(jī)溶劑，需加熱，工藝不穩(wěn)定等缺點(diǎn)；例如中國專利201210587780.5公開的一種石墨稀或氧化石墨烯轉(zhuǎn)移的方法，其對目標(biāo)基片進(jìn)行處理后再利用擠壓機(jī)將柔性基片上的石墨烯或氧化石墨烯薄膜與目標(biāo)基片擠壓在一起，使薄膜和目標(biāo)基片充分接觸，然后將柔性基片緩慢揭掉，即將薄膜由柔性基片轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基片；中國專利201310143181.9公開的一種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其在金屬薄膜表面上制備出帶有缺陷的石墨烯，然后將帶有石墨烯的金屬薄膜結(jié)構(gòu)放于酸性溶液中，實(shí)現(xiàn)金屬薄膜上、下表面的石墨烯同時與金屬薄膜分離，再將石墨烯從溶液中撈起置于去離子水中，清洗后直接烘干并轉(zhuǎn)移至各種襯底上；中國專利201410111360.9公開的一種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，首先將通過化學(xué)氣相沉積法沉積有石墨烯薄膜的金屬襯底與帶有熱剝離膠的過程轉(zhuǎn)移基材平整貼合在一起，蝕刻掉所述金屬襯底，得過程轉(zhuǎn)移基材/熱剝離膠/石墨烯薄膜半成品，再將該半成品石墨烯薄膜面與目標(biāo)基材貼合后進(jìn)行高溫高壓處理，使二者貼合均勻并使所述熱剝離膠失去粘性，撕去所述過程轉(zhuǎn)移基材，即得目標(biāo)基材/石墨烯薄膜產(chǎn)品；上述方法均程序繁瑣，條件要求高，難以操作實(shí)現(xiàn)，因此本發(fā)明研宄出一種簡單易行、操作簡便的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，能夠輕松、簡便、無損的實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移，具有良好的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，通過在石墨烯表面貼附膠帶，再腐蝕溶解掉金屬箔片基體，實(shí)現(xiàn)將石墨烯薄膜無損耗的轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法具體包括以下工藝步驟:
[0006](I)將生長有石墨烯薄膜的金屬箔平放在載玻片上，將膠帶緊貼在生長有石墨烯薄膜的金屬箔表面上；
[0007](2)將上述表面貼有膠帶的金屬箔放入腐蝕液中腐蝕2-10h，去除金屬箔后得到膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)；
[0008](3)將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)輕輕撈起后放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中漂洗10-30min，重復(fù)此漂洗過程3_5次；用10-50W的等離子體清洗機(jī)對目標(biāo)基底表面進(jìn)行3-5min的親水處理，然后輕輕將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)撈起，貼附于目標(biāo)基底被處理過的表面后常溫下自然放置3-6h，得到膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)；
[0009](4)將膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)表面的膠帶緩慢的以平行方向撕掉，得到轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯薄膜，實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移。
[0010]進(jìn)一步的，所述金屬箔可選用銅箔或鎳箔；所述腐蝕液選用硝酸鐵溶液或硝酸溶液；所述目標(biāo)基底選用PET、Si或S12等柔性或剛性基底；所述膠帶為市售思高膠帶或與之膠力相當(dāng)?shù)钠渌Ｒ?guī)膠帶。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過在石墨烯表面貼附膠帶、腐蝕溶解金屬箔片基體、撕掉膠帶的方法實(shí)現(xiàn)將石墨烯薄膜無損的轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上，整個過程不涉及旋涂和加熱處理，簡便、高效、環(huán)保，為石墨烯在透明電導(dǎo)電極方面的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)；該方法設(shè)計(jì)新穎，原理科學(xué)，過程簡單，操作簡易，轉(zhuǎn)移效果較好。
【附圖說明】
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[0012]圖1為本發(fā)明涉及的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法的工藝流程示意框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1中石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移過程中各個階段產(chǎn)物結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為石墨烯薄膜、2為銅箔、3為膠帶、4為硝酸鐵腐蝕液、5為去離子水、6為目標(biāo)基底。
[0014]圖3為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1中石墨烯薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上的透過率曲線圖，圖中石墨烯吸光度約為2.3%，說明本實(shí)施例中轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯為單層O
[0015]圖4為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1中石墨烯薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上的拉曼光譜圖，說明本實(shí)施例韓總轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯是高質(zhì)量的單層石墨烯(ID/IG多2且ID/IG 彡 0.1) ο
[0016]圖5為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1中被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)底上的石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖，如圖所示:轉(zhuǎn)移后的石墨烯表面平整、粗糙度僅為0.257nm//且表面無膠殘留，說明轉(zhuǎn)移效果好。
[0017]圖6為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1中被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯薄膜的掃描電鏡圖，如圖所示:轉(zhuǎn)移后的石墨烯完整、缺陷少(圖中隱約可見的黑點(diǎn)代表缺陷)、且表面無膠殘留，說明轉(zhuǎn)移效果好?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0018]下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施方式。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]本實(shí)施例中涉及的石墨稀薄膜無損轉(zhuǎn)移方法具體步驟為:
[0021](I)將IcmX Icm或2cmX2cm的生長有石墨稀薄膜的銅箔平放在載玻片上，將膠帶緊貼在生長有石墨烯薄膜的銅箔表面上；
[0022](2)將上述表面貼有膠帶的銅箔放入濃度為0.1-0.5g/ml的硝酸鐵(Fe (N03) 3)腐蝕液中腐蝕2-10h，去除銅箔基體后得到膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)，膠帶和石墨烯間的附著力足以使膠帶作為石墨烯薄膜的支撐體；
[0023](3)將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)輕輕撈起后放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中漂洗10-30min，重復(fù)此漂洗過程3_5次；用10-50W的等離子體清洗機(jī)對目標(biāo)基底表面進(jìn)行3-5min的親水處理，然后輕輕將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)撈起，貼附于目標(biāo)基底被處理過的表面后常溫下自然放置3-6h，得到膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)；
[0024](4)將膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)表面的膠帶緩慢的以平行方向撕掉，即得到轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯薄膜；由于膠帶和石墨烯間的附著力小于石墨烯與目標(biāo)基底間的吸附力，所以撕去膠帶能夠?qū)崿F(xiàn)無旋涂的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移。
[0025]本實(shí)施例中步驟(I)所涉及的膠帶為市售思高膠帶或與之膠力相當(dāng)?shù)钠渌Ｒ?guī)膠帶，所述銅箔可用鎳箔替換，所述硝酸鐵溶液可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20%的硝酸溶液替換；步驟(3)所涉及的目標(biāo)基底包括PET、Si和S12等柔性或剛性基底。
[0026]本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)利用膠帶將金屬箔上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上的原理為:金屬箔被腐蝕液腐蝕掉以后，只剩下膠帶粘著石墨烯薄膜，由于腐蝕和漂洗均是在溶液中進(jìn)行使得水分子進(jìn)入膠帶和石墨烯薄膜之間，從而弱化了膠帶對石墨烯的附著力，使之小于石墨烯與待轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底間的附著力(因?yàn)槟繕?biāo)基底是經(jīng)過親水處理的)，因此能夠輕松容易的將石墨烯薄膜從膠帶上轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所述內(nèi)容所作的等效變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨稀薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，其特征在于具體包括以下工藝步驟: (1)將生長有石墨烯薄膜的金屬箔平放在載玻片上，將膠帶緊貼在生長有石墨烯薄膜的金屬箔表面上； (2)將上述表面貼有膠帶的金屬箔放入腐蝕液中腐蝕2-10h，去除金屬箔后得到膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)； (3)將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)輕輕撈起后放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中漂洗10-30min，重復(fù)此漂洗過程3_5次；用10-50W的等離子體清洗機(jī)對目標(biāo)基底表面進(jìn)行3-5min的親水處理，然后輕輕將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)撈起，貼附于目標(biāo)基底被處理過的表面后常溫下自然放置3-6h，得到膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)； (4)將膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)表面的膠帶緩慢的以平行方向撕掉，得到轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的石墨烯薄膜，實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，其特征在于所述金屬箔為銅箔或鎳箔；所述腐蝕液為硝酸鐵溶液或硝酸溶液；所述目標(biāo)基底為PET、Si或S12基底。
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種環(huán)保、高效、便捷的石墨烯薄膜無損轉(zhuǎn)移方法，先將生長有石墨烯薄膜的金屬箔平放在載玻片上，將膠帶緊貼在石墨烯薄膜上；再將表面貼有膠帶的金屬箔放入腐蝕液中腐蝕2-10h，去除金屬箔后得到膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)；將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)撈起后放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中重復(fù)漂洗3-5次(每次10-30min)；再將膠帶/石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)撈起，貼附在用10-50W的等離子體清洗機(jī)進(jìn)行親水處理后的目標(biāo)基底上，并在常溫下自然放置3-6h，得到膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)；最后將膠帶/石墨烯薄膜/目標(biāo)基底結(jié)構(gòu)表面的膠帶緩慢的以平行方向撕掉即實(shí)現(xiàn)無損轉(zhuǎn)移；該方法設(shè)計(jì)新穎，原理科學(xué)，過程簡單，操作簡易，轉(zhuǎn)移效果較好。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104860307
【申請?zhí)枴緾N201510237214
【發(fā)明人】劉敬權(quán), 潘東曉, 朱慧慧
【申請人】青島華高能源科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日