CN103342356A - 一种金属箔基底石墨烯的转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是：在石墨烯表面旋涂保护胶，在石墨烯的表面形成保护胶层，保护胶为光刻胶与聚甲基丙烯酸甲酯溶液的混合液；将表面有保护胶层的石墨烯放入金属箔刻蚀液中，待金属箔被完全刻蚀后，形成石墨烯/保护胶层的复合层；将石墨烯/保护胶层的复合层取出并放入去离子水中浸泡清洗后转移到目标基底上，然后将目标基底在离心设备上进行离心，离心后将目标基底浸入丙酮溶剂中，刻蚀掉保护胶层。本发明所用的保护胶制备简单且易于去除，使得石墨烯上不会有保护胶的残存，且本发明通过离心的方式有效去除了转移到目标基底后石墨烯表面以及石墨烯与目标基底之间的液体残留。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯的转移方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。石墨烯具有以下优异性能：如：透过率高，导热系数高，电子迁移率高，目前世上电阻率最小，厚度最薄、比表面积也较大等等。目前石墨烯的制备方法主要有：机械剥离法，取向附生法，氧化石墨还原法，外延生长法，化学气相沉积法。其中化学气相沉积法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，化学气相沉积法（CVD法）生长的石墨烯的主要转移方法包括：1.“湿法刻蚀”转移法，2.“roll-to-roll”转移法，3.“电化学转移”法，4.“干法转移”法等。
目前大面积转移金属箔基底石墨烯主要采用“roll-to-roll”转移法和“湿法刻蚀”转移法，但是roll-to-roll法转移的成本偏高，转移的完整性有待提高、适用范围有限等。“湿法刻蚀”转移法是最常用的方法，但是湿法转移法也有其需要改进的地方，其中一个重要的方面就是，如何在将刻蚀好的石墨烯转移到目标基底上之后将表面的液体去除干净。现在主要采用的方法是自然晾干或烘干，如图1所示，这样很容易残留液体渍迹在基底上，影响使用，且残存在石墨烯和目标基底之间的液体更难被去除。另外一个重要的方面就是，湿法转移时需要在生长石墨烯的基底表面涂上一层保护胶，如何将刻蚀好的石墨烯转移到目标基底上之后，能完美的将保护胶去除干净是一个很大的挑战。现在绝大多数研究者都是从怎么样去胶的角度去考虑，他们研究各种能较干净去胶的方法以及去胶溶剂，但是目前还没有人从保护胶本身出发，改变胶的成分，使其更容易被普通的去胶溶剂去除或者普通的去胶方法去除。
发明内容
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明金属箔基底石墨烯的转移方法，其特点是按如下步骤进行：
a、在石墨烯表面旋涂0.5μm-2μm厚的保护胶后，在60-100℃的温度下烘5-15分钟或在室温下晾30-60分钟，得表面有保护胶层的石墨烯，所述保护胶为光刻胶与以苯甲醚或氯仿为溶剂的质量浓度为3-10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按任意体积比混合的混合液；
b、将表面有保护胶层的石墨烯放入金属箔刻蚀液中，以所述保护胶层朝上，待金属箔基底被完全刻蚀后，形成漂浮在金属箔刻蚀液表面的石墨烯/保护胶层的复合层；
c、将所述石墨烯/保护胶层的复合层取出并放入去离子水中浸泡清洗，得洁净石墨烯/保护胶层的复合层；
d、将洁净石墨烯/保护胶层的复合层以保护胶层朝上转移到目标基底上，然后将目标基底在离心设备上进行离心，离心条件为：离心设备的转速为800转/分钟-5000转/分钟，离心时间为15秒-60秒；
e、将完成步骤d的目标基底自然晾干，晾干时间不低于30分钟；然后将晾干后的目标基底浸入丙酮中，刻蚀掉保护胶层，石墨烯留在目标基底上，完成金属箔基底石墨烯的转移。
本发明金属箔基底石墨烯的转移方法，其特点也在于：所述金属箔刻蚀液为质量浓度为1%-20%的氯化铁的水溶液、质量浓度为1%-20%过硫酸铵的水溶液或由20-100ml的盐酸、1g硫酸铜和20-100ml的水混合而成的盐酸硫酸铜的水溶液。
所述离心设备为离心机或匀胶机。
所述金属箔基底为铜箔基底或镍箔基底。
所述目标基底为氧化硅基底、硅基底、PET基地或玻璃。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明以光刻胶和聚甲基丙烯酸甲脂的混合液作为保护胶，制备方法简单且易于去除，使得石墨烯在转移到目标基底后不会有保护胶的残存，提高了石墨烯的质量，且本发明通过离心的方式有效去除了转移到目标基底后石墨烯表面以及石墨烯与目标基底之间的液体残留，提高了石墨烯的洁净度，为后续器件的制备提供了性能保障，对促进石墨烯工业化应用具有极大的推进作用；
2、本发明石墨烯的转移方法简单可靠、经济环保且成本低。
附图说明
图1为以已有转移方法将石墨烯转移到氧化硅基底上的石墨烯表面的显微镜图；
图2为以本发明实施例1将石墨烯转移到氧化硅基底上的石墨烯表面的显微镜图。
具体实施方式
本实施例以铜箔基底石墨烯为例，介绍金属箔基底石墨烯的转移方法。铜箔基底石墨烯的转移按如下步骤进行：
a、铜箔基底石墨烯裁剪为1cm×1cm的尺寸，在石墨烯表面旋涂0.5μm厚的保护胶后，在60℃的温度下烘5分钟，得表面有保护胶层的石墨烯，保护胶为1ml光刻胶与10ml以苯甲醚为溶剂的质量浓度为5%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的混合液。铜箔基底石墨烯可以根据需要裁剪为任意的大小，石墨烯表面旋涂光刻胶的厚度越厚烘的时间越长。
b、将表面有保护胶层的石墨烯放入铜箔刻蚀液中，以保护胶层朝上，待铜箔基底被完全刻蚀后，形成漂浮在铜箔刻蚀液表面的石墨烯/保护胶层的复合层；此处所用的铜箔刻蚀液为质量浓度为5%的氯化铁的水溶液；
c、将石墨烯/保护胶层的复合层取出并放入去离子水中浸泡清洗，得洁净石墨烯/保护胶层的复合层；
d、将洁净石墨烯/保护胶层的复合层转移到目标基底上，转移后石墨烯与目标基底接触，保护胶层朝上，然后将目标基底在离心机上进行离心，离心条件为：离心机的转速为20转/分钟，离心时间为30秒；目标基底可以是氧化硅基底、硅基底、PET基地或玻璃中的任意一种，本实施例所选择的目标基底为氧化硅基底。
e、将完成步骤d的目标基底自然晾干，晾干时间40分钟；然后将晾干后的目标基底浸入丙酮中，刻蚀掉保护胶层，石墨烯留在目标基底上，完成金属箔基底石墨烯的转移。
图2为本实施例将铜箔基底石墨烯转移到氧化硅基底上的石墨烯表面的显微镜图，从图中可以看出经本方法转移的石墨烯表面干净，几乎没有液渍残留。
经大量实验证明保护胶中光刻胶与聚甲基丙烯酸甲酯溶液的体积比无论为多少，都能明显改善已有技术所用保护胶不易去除的缺点。
离心时间和离心设备的转速呈反比，转速越大离心时间越短，经大量实验得知：离心设备的转速在800转/分钟-5000转/分钟时效果最好，在此转速范围内离心时间的范围为15秒-60秒。
Claims (5)
1.一种金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是按如下步骤进行：
a、在石墨烯表面旋涂0.5μm-2μm厚的保护胶后，在60-100℃的温度下烘5-15分钟或在室温下晾30-60分钟，得表面有保护胶层的石墨烯，所述保护胶为光刻胶与以苯甲醚或氯仿为溶剂的质量浓度为3-10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按任意体积比混合的混合液；
b、将表面有保护胶层的石墨烯放入金属箔刻蚀液中，以所述保护胶层朝上，待金属箔基底被完全刻蚀后，形成漂浮在金属箔刻蚀液表面的石墨烯/保护胶层的复合层；
c、将所述石墨烯/保护胶层的复合层取出并放入去离子水中浸泡清洗，得洁净石墨烯/保护胶层的复合层；
d、将洁净石墨烯/保护胶层的复合层以保护胶层朝上转移到目标基底上，然后将目标基底在离心设备上进行离心，离心条件为：离心设备的转速为800转/分钟-5000转/分钟，离心时间为15秒-60秒；
e、将完成步骤d的目标基底自然晾干，晾干时间不低于30分钟；然后将晾干后的目标基底浸入丙酮中，刻蚀掉保护胶层，石墨烯留在目标基底上，完成金属箔基底石墨烯的转移。
2.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是：所述金属箔刻蚀液为质量浓度为1%-20%的氯化铁的水溶液、质量浓度为1%-20%过硫酸铵的水溶液或由20-100ml的盐酸、1g硫酸铜和20-100ml的水混合而成的盐酸硫酸铜的水溶液。
3.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是：所述离心设备为离心机或匀胶机。
4.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是：所述金属箔基底为铜箔基底或镍箔基底。
5.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯的转移方法，其特征是：所述目标基底为氧化硅基底、硅基底、PET基地或玻璃。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |