專利名稱：一種圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料及微電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是近幾年來新興的二維納米材料，由于該材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、透光率、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性能，在工業(yè)上可以在太陽能電池、觸控面板等領(lǐng)域作用為透明電極材料，同時(shí)也可以替代目前的銅導(dǎo)線作為集成電路的導(dǎo)線材料。在催化金屬襯底(如銅、鎳等)上采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備石墨烯是目前適用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要生產(chǎn)方法，采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯必須采用一定的工藝手段將石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上，并將其制成特殊的結(jié)構(gòu)圖形，才能實(shí)現(xiàn)真正的工業(yè)應(yīng)用。目前為止圖形化石墨烯制作方法主要有兩種一種是先采用離子束刻蝕、電子束刻蝕或激光刻蝕工藝將生長在金屬襯底上的石墨烯圖形化，然后再使用PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)將圖形化的石墨烯整體轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上；第二種是直接將生長在金屬襯底上的石墨烯全部轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上，使用PMMA作為保護(hù)介質(zhì)，對(duì)轉(zhuǎn)移后的石墨烯通過離子束刻蝕、電子束刻蝕或激光刻蝕工藝進(jìn)行圖形化處理，如專利文獻(xiàn)CN 101872120 B。在石墨烯由金屬生長襯底轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底的過程，可以采用濕法或干法轉(zhuǎn)移，濕法轉(zhuǎn)移主要是采用旋涂法在石墨烯表面沉積PMMA或其他膠體薄膜，再利用化學(xué)試劑腐蝕金屬襯底，使石墨烯與金屬襯底分離，石墨烯轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)襯底上后，再利用丙酮或氯仿等有機(jī)溶劑將膠體薄膜溶去，得到石墨烯樣品，如目標(biāo)轉(zhuǎn)移襯底表面附著有其他有機(jī)材料時(shí)，或目標(biāo)襯底本身容易被有機(jī)溶劑破壞，則該方法的應(yīng)用就受到限止；干法轉(zhuǎn)移主要是采用PDMS (聚二甲基硅氧烷)或其它熱分解膠帶直接壓印在石墨烯表面，作為保護(hù)石墨烯的介質(zhì)材料，再利用化學(xué)試劑使用石墨烯與金屬襯底分離，石墨烯轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)襯底上后，再用機(jī)械方法揭去PDMS保護(hù)膜，得到最終的石墨烯樣品，但這種方法容易造成石墨烯樣品的破裂。采用離子束刻蝕、電子束刻蝕或激光束刻蝕對(duì)石墨烯進(jìn)行圖形化的制作時(shí)，通常在石墨烯表面旋涂膠體作為掩膜，刻蝕完后，需要使用有機(jī)溶劑將膠體洗去，同樣也存在溶劑對(duì)襯底的損害，而且使用離子束、電子束或激光束這此高能粒子或光束對(duì)有機(jī)材料襯底的存在損害，僅適用于硅片、石英等無機(jī)材料襯底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，該方法無需刻蝕即可將石墨烯轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)襯底上并實(shí)現(xiàn)石墨烯的圖形化。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下
一種圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，包括如下步驟
(1)在生長在催化金屬襯底上的石墨烯樣品表面按照設(shè)計(jì)的圖案涂覆粘性材料；
(2)再在整個(gè)樣品表面涂覆一層PDMS保護(hù)層；
(3)將步驟(2)得到的樣品浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕去掉催化金屬襯底，使黏附有粘性材料和PDMS保護(hù)層的石墨烯漂浮在溶液中；
(4)將步驟(3)所得黏附有粘性材料和PDMS保護(hù)層的石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上；
(5)再將PDMS保護(hù)層從目標(biāo)襯底剝離，得到圖形化的石墨烯。進(jìn)一步，所述催化金屬為銅或鎳。進(jìn)一步，所述粘性材料為PMMA、聚乙烯或聚苯乙烯。進(jìn)一步，步驟(I)中，采用手繪、印刷或打印方式涂覆粘性材料。進(jìn)一步，所述腐蝕溶液三氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液、過硫酸鈉溶液或硝酸。有益效果
本發(fā)明利用PMMA和PDMS與石墨烯粘附力的差異，在完成石墨烯轉(zhuǎn)移地同時(shí)，也完成石墨烯圖形化制作，與現(xiàn)有的濕法轉(zhuǎn)移方法相比，本發(fā)明不需要使用有機(jī)溶劑如丙酮清洗石墨烯表面的膠體，因此該方法對(duì)目標(biāo)襯底的材料使用上沒有限制，本發(fā)明圖形化制備無需離子束、電子束或激光束這些昂貴的刻蝕設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)圖形化石墨烯的制作，更適用于工業(yè)化應(yīng)用。與現(xiàn)有的干法轉(zhuǎn)移相比，由于在PDMS與石墨烯之間增加了一層圖形化的PMMS，在剝離PDMS時(shí)，能夠得到預(yù)想的圖形化石墨烯，不會(huì)對(duì)石墨烯造成額外的結(jié)構(gòu)性破損以及石墨烯表面過多的膠體殘留，保持石墨烯表面的潔凈。


圖I為本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2為石墨稀轉(zhuǎn)移實(shí)例中不同步驟時(shí)的樣品表面不意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明先用粘性材料(如PMMA、聚乙烯、聚苯乙烯)覆蓋住石墨烯最終需要去除的部分，未覆蓋的部分即為最終需要制作的圖案，然后再用PDMS覆蓋整個(gè)石墨烯表面，形成一層保護(hù)層，利用PDMS、PMMA和石墨烯三者粘附力的不同，由于PDMS與PMMA之間、PMMA與石墨烯之間存在強(qiáng)的粘附力，而PDMS與石墨烯的粘附非常弱，當(dāng)從目標(biāo)襯底上剝離PDMS時(shí),PMMA以及由其覆蓋住的石墨烯部分也一同被剝尚，而未被PMMA覆蓋的部分仍留在目標(biāo)襯底上，得到圖形化的石墨烯。本發(fā)明制作圖形化石墨烯過程中的印刷、打印、腐蝕方法、剝離均采用本領(lǐng)域公知的技術(shù)手段，在此不再詳述。實(shí)施例I
使用化學(xué)氣相沉積法在銅箔表面生長制備石墨烯，具體過程以氫氣和甲烷為氣源，將銅箔放置在管式爐中，在真空環(huán)境下將管式爐加熱至1000攝氏度，通入2SCCm的氫氣和35sCCm的甲烷并保持十五分鐘，關(guān)閉加熱裝置，待管式爐冷卻至常壓后，在銅箔的表面即生長有單層的石墨烯，如圖2 A。使用玻璃纖維蘸取少量的PMMA溶液，在生長有石墨烯的銅箔表面繪制網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格的大小約為1_，網(wǎng)格線條的粗細(xì)約為0. 3_。將繪制好PMMA圖案的樣品放置在空氣中靜置半小時(shí)，待溶劑揮發(fā)后，即在石墨烯表面得到圖形化的PMMA薄膜，如圖2 B。也可采用印刷或打印技術(shù)將PMMA繪制在石墨烯樣品表面上。PDMS采用道康寧公司SYLGARD 184硅膠套件，該制劑包括PDMS以及交聯(lián)劑兩部分，按照該產(chǎn)品的使用說明將二者按照質(zhì)量比I 2 : I的關(guān)系均勻混合，并放入真空室內(nèi)半小時(shí)，即可得到無色透明的PDMS液體。在上述完成圖案繪制的樣品表面滴落少許的PDMS液體，并將樣品放置在加熱臺(tái)上在100攝氏度下加熱I小時(shí)，使PDMS固化，得到一層PDMS保護(hù)層，如圖2 C。將附著有PMMA和PDMS的石墨烯樣品放入三氯化鐵溶液中，樣品由于表面張力和浮力，會(huì)漂浮在液體中，生長石墨烯的銅箔將逐漸被三氯化鐵腐蝕，約半小時(shí)后，銅箔將被完全腐蝕，得到漂浮在液體表面的石墨烯樣品。去除了銅箔的石墨烯樣品經(jīng)過反復(fù)稀釋漂洗，最后得到漂浮在去離子水表面的潔凈的石墨烯樣品。
使用目標(biāo)襯底將上述石墨烯樣品從去離子水中撈出，隨后將襯底放置在加熱臺(tái)上在70攝氏度下保持半小時(shí)，去除石墨烯和襯底之間的水分，使石墨烯和襯底完全接觸，如圖2 D。烘干后，將PDMS保護(hù)層從目標(biāo)襯底上揭去，由于PMMA和PDMS的粘結(jié)力較強(qiáng)，同時(shí)PMMA和其覆蓋的石墨烯也有較強(qiáng)的作用力，而PDMS與石墨烯的粘結(jié)力較弱，因此PMMA及其覆蓋的石墨烯將隨著PDMS —起被剝離，最后在襯底上留下表面沒有覆蓋過PMMA的點(diǎn)陣裝的方塊石墨烯圖形，其中方塊的大小與之前繪制的PMMA的網(wǎng)格大小一致，約為1_，如圖2
E0
權(quán)利要求
1.一種圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)在生長在催化金屬襯底上的石墨烯樣品表面按照設(shè)計(jì)的圖案涂覆粘性材料； (2)再在整個(gè)樣品表面涂覆一層PDMS保護(hù)層； (3)將步驟(2)得到的樣品浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕去掉催化金屬襯底，使黏附有粘性材料和PDMS保護(hù)層的石墨烯漂浮在溶液中； (4)將步驟(3)所得黏附有粘性材料和PDMS保護(hù)層的石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上； (5)再將PDMS保護(hù)層從目標(biāo)襯底剝離，得到圖形化的石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，其特征在于所述催化金屬為銅或鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，其特征在于所述粘性材料為PMMA、聚乙烯或聚苯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，其特征在于步驟(I)中，采用手繪、印刷或打印方式涂覆粘性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，其特征在于所述腐蝕溶液為三氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液、過硫酸鈉溶液或硝酸。
全文摘要
本發(fā)明公開一種圖形化石墨烯的轉(zhuǎn)移制備方法，該方法包括如下步驟先在生長在催化金屬襯底上的石墨烯表面按照設(shè)計(jì)的圖案涂覆粘性材料；再在石墨烯表面涂覆一層PDMS，加熱固化；將得到的樣品浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕去掉催化金屬襯底，黏附有粘性材料和PDMS的石墨烯漂浮在溶液中；將所得黏附有粘性材料和PDMS的石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上；再將PDMS從上述目標(biāo)襯底剝離，得到圖形化的石墨烯。本發(fā)明的方法對(duì)目標(biāo)襯底的材料使用上沒有限制，在剝離PDMS時(shí)，能夠得到預(yù)想的圖形，不會(huì)對(duì)石墨烯造成額外的結(jié)構(gòu)性破損，同時(shí)保持石墨烯表面潔凈，無需昂貴的刻蝕設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)圖形化石墨烯制作。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102637584SQ20121011773
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者卓仁富, 吳志國, 王君, 王楓, 耿柏松, 閆德, 閆鵬勛 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)