基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法
【專利摘要】一種基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，它是由下述步驟組成：將高分子膠膜放置到已經在基底上制備的厚度小于10個原子層的金屬納米材料薄膜上,加熱至高分子膠膜與基底粘接在一起，自然冷卻至室溫；將粘在一起的高分子膠膜與基底放置在酸或堿中，待基底完全消除后，金屬納米材料薄膜轉移至高分子膠膜上。實施例1鋁箔基底上鍍的鉑薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上的樣品，用原子力顯微鏡和X射線光電子能譜儀進行了測試，原子力顯微鏡的照片表明，鉑金屬薄膜在高分子膠膜上分布均勻，且大小為0.3nm，X射線光電子能譜圖表明，鉑金屬薄膜存在于平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
【專利說明】基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜材料【技術領域】，具體涉及到將鍍在襯底上的薄膜材料轉移到另一種襯底上。
【背景技術】
[0002]超薄納米材料，特別是厚度小于10個原子層的納米材料，如石墨烯、化學修飾的石墨烯及其衍生物、貴金屬薄膜，如Pt、Pd、Au、Ag、Cu等、\，氧化物薄膜如氧化鋅薄膜，氮化物薄膜如氮化硼等，具有非常獨特的性質，已經吸引了廣泛的研究興趣。嚴格說來，石墨烯是一種單原子層厚度的兩維碳薄膜。石墨烯的室溫電子遷移率遠超過所有其它已知物種，最高的楊氏模常量和機械強度。在高電流密度下，石墨烯的穩(wěn)定性比銅高一百萬倍，是最好的氣體、水蒸氣和化學蒸汽阻擋薄膜，有極高的電導和熱傳導系數。同時，石墨烯既透明又導電，可作很好的透明導電薄膜等。石墨烯必然會在許多領域代替很多常用材料。t匕如，石墨烯可作柔性電子器件、氣體保護膜、水蒸氣和氣體阻擋層、電磁屏蔽材料、散熱材料、超級電容器，應用于太陽電池和顯示器上的透明導電薄膜、光敏器件、超高頻發(fā)生器、超快速激光、鋰電池、燃料電池和分子器件電極材料、催化劑載體、功能傳感器等。石墨烯的極端厚度、化學穩(wěn)定性、導電、導熱、透明和機械強度也使其成為用于癌癥光電治療研究的熱點。
[0003]氧化物和氮化物的原子層沉積方法在半導體和電子器件行業(yè)引人注目。單原子層厚度金屬薄膜，雖然有很多潛在用途，但因為均勻制備大面積薄膜技術上的困難，到目前為止，研究停留在初級階段。雖然欠電位沉積技術已經被用于制備單原子層薄膜，已經有很多關于單原子層薄膜沉積的報道，但因表面在第一層沉積時總是伴隨三維結構的形成，使得薄膜均勻性和質量下降，嚴格說不是均勻的大面積單原子層沉積。如沉積多層時，后面一層總是比前面一層覆蓋率減小，最后面一層沉積的材料更少，使得大規(guī)模高質量應用受到限制。
[0004]2012年，Moffat等人發(fā)明了一個新的單原子層沉積方法[Yihua Liu, DincerGokcen, Ugo Bertocci, Thomas P.Moffat, Science, 338, 1327 (2012)]。當金屬鉬沉積時，由于欠電位沉積，在鉬的表面會立即形成一層氫。他們發(fā)現，這層氫會阻止鉬的進一步沉積，從而把沉積過程限制在一個原子層，同時避免了三維缺陷結構的形成，使得沉積過程在均勻完成一原子層薄膜后停止。當施加反向電壓時，表面氫可以被氧化清除，形成一個新鮮表面。重復上述過程，即可每次沉積一個原子層，一層一層做多層沉積。他們用微天平和X-射線光電子能譜分析，證實每一層的厚度和質量都相同。
[0005]Moffat方法的缺點是:使用了鍍金的硅片作襯底，在鉬沉積完成后，鉬自然與金結合在一起，沒有辦法分開。該方法只限于金屬鉬的沉積，沒有推廣到其它物質。
[0006]然而，上述方法的另一個缺點是:制備出的單分子薄膜依賴于襯底，不能有效地轉移至其他襯底上，這就限制了單分子薄膜的應用。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現有技術的缺點，提供一種方法簡單、襯底柔性卷曲的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法。
[0008]解決上述技術問題所采用的技術方案它是由下述步驟組成:
[0009]1、將高分子膠膜放置到已經在基底上制備的厚度小于10個原子層的金屬納米材料薄膜上，加熱至高分子膠膜與基底粘接在一起，自然冷卻至室溫。
[0010]2、將粘在一起的高分子膠膜與基底放置在酸或堿中，待基底完全消除后，上述金屬納米材料薄膜轉移至高分子膠膜上。
[0011]本發(fā)明的高分子膠膜是乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、三聚氰氨甲醛樹脂、醋酸乙烯中的任意一種。
[0012]本發(fā)明的基底是柔性卷曲的基底或厚度小于3.3mm的基底。
[0013]本發(fā)明的基底是不銹鋼基底、ITO導電玻璃基底、FTO導電玻璃基底、硅片基底中的任意一種。
[0014]本發(fā)明的柔性卷曲的基底是厚度小于Imm的金屬箔或導電高分子薄膜基底或金屬摻雜的有機導電高分子薄膜基底。
[0015]本發(fā)明的金屬箔是不銹鋼箔、鎳箔、鈷箔、鈦箔、鋁箔中的任意一種。
[0016]本發(fā)明的導電高分子薄膜是聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔導電高分子薄膜中的任意一種；所述的金屬摻雜的有機物高分子導電薄膜是鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、銦、鉬、鈉、鎂、招、鈦、鑰、鎘、猛、鋅、娃、錫中的任意一種，慘雜到聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔中的任意一種的導電高分子薄膜。
[0017]本發(fā)明的金屬納米材料薄膜是鉬、金、銀、銅、鐵、鎳、鋁薄膜中的任意一種。
[0018]本發(fā)明的酸是濃度為0.001~0.05mol/L的鹽酸、0.001~0.05mol/L的硫酸、0.001~0.05mol/L的磷酸、0.001~0.05mol/L的氫氟酸、0.001~0.05mol/L的鉻酸中的任意一種或任意兩種的組合物。
[0019]本發(fā)明的堿是濃度為0.001 ~0.05mol/L 的 Na0H、0.001 ~0.05mol/L 的 NaHC03、0.001 ~0.05mol/L 的 NaC03、0.001 ~0.05mol/L 的 Κ0Η、0.001 ~0.05mol/L 的 MgOH、0.001~0.05mol/L的CaOH中的任意一種或任意兩種的組合物。:
[0020]采用本發(fā)明方法制備的鋁箔基底上鍍的鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上的樣品，用原子力顯微鏡和X射線光電子能譜儀進行了測試，原子力顯微鏡的照片表明，鉬金屬薄膜在高分子膠膜上分布均勻，且大小為0.3nm, X射線光電子能譜圖表明，鉬金屬薄膜存在于平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1鋁箔基底上鍍的鉬薄膜轉移到乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜的原子力顯微鏡照片。
[0022]圖2是實基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法施例I鋁箔基底上鍍的鉬薄膜轉移到乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜的X射線光電子能譜圖。具體實施方法
[0023]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0024]實施例1
[0025]以在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜的轉移方法為例，其步驟如下:
[0026]在鋁箔基底上鍍鉬薄膜的方法為:以厚度為0.3mm柔性卷曲的鋁箔導電襯底放入制備器皿I中并作為第一電極2，鉬片導電電極作為第二電極3，第一電極2與第二電極3之間的距離為5cm，在制備器皿I中加入3mM的K2PtCl6水溶液和1.5M的氯化鈉，K2PtCl6與氯化鈉的摩爾比為1:500，制備成沉積溶液，沉積溶液的加入量至浸沒柔性卷曲的鋁箔導電襯底，調節(jié)PH值至4，加熱至25°C，接通電源，電壓為-0.60V,在鋁箔導電襯底上沉積一層單原子層厚度鉬金屬薄膜。
[0027]1、將平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜放置到鍍有厚度為0.3nm鉬薄膜的鋁箔基底上，基底是厚度為0.5_柔性卷曲的基底，也可采用厚度小于Imm柔性卷曲的基底，加熱到乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜與基底粘接在一起，自然冷卻至室溫。
[0028]上述的基底也可采用厚度小于Imm柔性卷曲的不銹鋼箔基底，也可采用厚度小于Imm柔性卷曲的鎳箔基底，也可采用厚度小于Imm柔性卷曲的鈷箔基底，可采用厚度小于Imm柔性卷曲的鈦箔基底。也可采用聚合度為30~50萬的聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔中的任意一種。
[0029]基底也可采用聚合度為30~50萬的鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、銦、鉬、鈉、鎂、招、鈦、
鑰、鎘、錳、鋅、硅、錫中的任意一種摻雜到聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔中的任意一種導電 高分子薄膜。
[0030]基底還可采用不銹鋼基底、ITO導電玻璃基底、FTO導電玻璃基底、硅片基底中的任意一種。
[0031]基底上鍍的0.3nm鉬薄膜，也可采用鍍相同厚度的金、銀、銅、鐵、鎳、鋁薄膜中的任意一種。
[0032]上述的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜也可采用聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、三聚氰氨甲醛樹脂、醋酸乙烯中的任意一種。
[0033]2、將粘在一起的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜與鋁箔基底放置在濃度為0.01mol/L的鹽酸水溶液中，待鋁箔基底完全消除后，鉬薄膜轉移到乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
[0034]采用上述的其它基底鍍的金屬納米材料薄膜轉移到上述任意一種高分子膠膜上的方法與在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜的方法相同。
[0035]實施例2
[0036]以在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜的轉移方法為例，其步驟如下:
[0037]步驟I與實施例1相同。在步驟2中，將粘在一起的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜與鋁箔基底放置在濃度為0.001mol/L的鹽酸水溶液中，待鋁箔基底完全消除后，鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
[0038]實施例3
[0039]以在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜的轉移方法為例，其步驟如下:[0040]步驟I與實施例1相同。在步驟2中，將粘在一起的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜與鋁箔基底放置在濃度為0.05mol/L的鹽酸水溶液中，待鋁箔基底完全消除后，鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
[0041]實施例4[0042]以在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜的轉移方法為例，其步驟如下:
[0043]在以上的實施例1~3的步驟2中，所用的鹽酸水溶液用硫酸水溶液替換，硫酸水溶液的濃度與相應的實施例相同；所用的鹽酸水溶液也可用磷酸水溶液替換，磷酸水溶液的濃度與相應的實施例相同；所用的鹽酸水溶液也可用氫氟酸水溶液替換，氫氟酸水溶液的濃度與相應的實施例相同；所用的鹽酸水溶液也可用鉻酸水溶液替換，鉻酸水溶液的濃度與相應的實施例相同。所用的酸溶液還可用上述濃度的酸溶液兩者之間的任意配比組合物。待鋁箔基底完全消除后，鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
[0044]其他步驟與實施例1相同。
[0045]實施例5
[0046]以在鋁箔基底上鍍有鉬薄膜的轉移方法為例，其步驟如下:
[0047]在以上的實施例1~3的步驟2中，所用的鹽酸水溶液用NaOH水溶液替換，NaOH水溶液的濃度與相應實施例中酸溶液的濃度相同；所用的鹽酸水溶液也可用NaHCO3水溶液替換，NaHCO3水溶液的濃度與相應的實施例相同；所用的鹽酸水溶液也可用NaCO3水溶液替換，NaCO3水溶液的濃度與相應的實施例中酸溶液的濃度相同；所用的鹽酸水溶液也可用MgOH水溶液替換，MgOH水溶液的濃度與相應的實施例相同，所用的鹽酸水溶液也可用CaOH水溶液替換，CaOH水溶液的濃度與相應的實施例相同。所用的酸溶液還可用上述濃度的酸溶液兩者之間的任意組合物，所用的堿溶液還可用上述濃度的堿溶液兩者之間的任意組合物。待鋁箔基底完全消除后，鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上。
[0048]其他步驟與實施例1相同。
[0049]為了驗證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用本發(fā)明實施例1在鋁箔基底上鍍的鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上進行了實驗，各種實驗情況如下:
[0050]在鋁箔基底上鍍的鉬薄膜轉移到平均分子量為2000的乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜上的實驗方法與實施例1相同。取2X2cm2的樣品用原子力顯微鏡和X射線光電子能譜儀按儀器的使用方法進行了測試，原子力顯微鏡的照片見圖1。由圖1可以看出，鉬金屬薄膜在高分子膠膜上分布均勻，且大小為0.3nm。X射線光電子能譜圖見圖2，由圖2可以看出，鉬金屬薄膜存在于高分子膠膜上。
【權利要求】
1.一種基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于它是由下述步驟組成: (1)將高分子膠膜放置到已經在基底上制備的厚度小于10個原子層的金屬納米材料薄膜上，加熱至高分子膠膜與基底粘接在一起，自然冷卻至室溫； (2)將粘在一起的高分子膠膜與基底放置在酸或堿中，待基底完全消除后，上述金屬納米材料薄膜轉移至高分子膠膜上。
2.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的高分子膠膜是乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、三聚氰氨甲醛樹脂 、醋酸乙烯中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的基底是柔性卷曲的基底或厚度小于3.3mm的基底。
4.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的基底是不銹鋼基底、ITO導電玻璃基底、FTO導電玻璃基底、硅片基底中的任意一種。
5.根據權利要求3所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的柔性卷曲的基底是厚度小于Imm的金屬箔或導電高分子薄膜基底或金屬摻雜的有機導電高分子薄膜基底。
6.根據權利要求5所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的金屬箔是不銹鋼箔、鎳箔、鈷箔、鈦箔、鋁箔中的任意一種。
7.根據權利要求5所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的導電高分子薄膜是聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔導電高分子薄膜中的任意一種；所述的金屬摻雜的有機物高分子導電薄膜是鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、銦、鉬、鈉、鎂、招、鈦、鑰、鎘、猛、鋅、娃、錫中的任意一種，摻雜到聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔中的任意一種的導電高分子薄膜。
8.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的金屬納米材料薄膜是鉬、金、銀、銅、鐵、鎳、鋁薄膜中的任意一種。
9.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的酸是濃度為0.001~0.05mol/L的鹽酸、0.001~0.05mol/L的硫酸、0.001~0.05mol/L的磷酸、0.001~0.05mol/L的氫氟酸、0.001~0.05mol/L的鉻酸中的任意一種或任意兩種的組合物。
10.根據權利要求1所述的基底上鍍有超薄金屬納米材料薄膜的轉移方法，其特征在于:所述的堿是濃度為 0.001 ~0.05mol/L 的 NaOH,0.001 ~0.05mol/L 的 NaHC03、0.001 ~.0.05mol/L 的 NaCO3>0.001 ~0.05mol/L 的 Κ0Η,0.001 ~0.05mol/L 的 MgOH,0.001 ~.0.05mol/L的CaOH中的任意一種或任意兩種的組合物。
【文檔編號】C08J5/12GK103539958SQ201310535290
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】劉生忠, 馬強, 訾威, 朱學杰, 劉曉靜 申請人:陜西師范大學