CN103361068A - 一种金属箔基底石墨烯刻蚀液及其刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属箔基底石墨烯刻蚀液及其刻蚀方法，其特征是：刻蚀液是按如下步骤进行配置的过硫酸铵的水溶液：a、将过硫酸铵盛入玻璃容器中；b、将去离子水加热到100℃，使去离子水沸腾；c、将步骤b所制备的沸腾的去离子水加入到盛有过硫酸铵的玻璃容器中，使过硫酸铵溶解得过硫酸铵的水溶液。本发明通过改变刻蚀液的配置方法配置方法及刻蚀方法，并结合玻璃容器的使用，解决了金属箔基底石墨烯在刻蚀完金属箔基底后有很多气泡附着在石墨烯的下表面难以去除的问题，提高了刻蚀后石墨烯的质量，对促进石墨烯大规模工业化应用具有极大的推进作用。

Description

一种金属箔基底石墨烯刻蚀液及其刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种金属箔基底石墨烯刻蚀液。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，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，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/mK，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过纳米碳管或硅晶体，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
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，因此被普遍采用。化学气相沉积法（CVD法）生长的金属箔基底石墨烯在使用前需将石墨烯从金属箔上转移下来，主要转移方法包括：“湿法刻蚀”转移法、“roll-to-roll”转移法、“电化学转移”法以及“干法转移”法等，其中“湿法刻蚀”转移法是最常用的方法。
“湿法刻蚀”转移法是通过用刻蚀液将金属箔基底刻蚀掉，来达到转移石墨烯的目的。目前常用的刻蚀液有氯化铁溶液、盐酸硫酸铜水溶液、稀硝酸溶液、过硫酸铵溶液。盐酸硫酸铜水溶液、稀硝酸溶液因为是酸性溶液使用起来安全隐患较大，且环境污染较为严重；氯化铁溶液对石墨烯的污染较为严重，残留的铁离子很难清洗干净；过硫酸铵溶液虽然不存在氯化铁溶液、盐酸硫酸铜水溶液、稀硝酸溶液的问题，但是其最大的缺点是在刻蚀金属箔的时候会有很多气泡产生附着在石墨烯的下表面难以去除，严重影响了石墨烯的质量。
发明内容
本发明为解决现有技术所存在的不足之处，提供了一种金属箔基底石墨烯刻蚀液及其使用方法，以期可以改善刻蚀后石墨烯的质量。
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刻蚀液，其特点是：所述刻蚀液是按如下步骤进行配置的过硫酸铵的水溶液：
a、将过硫酸铵盛入玻璃容器中；
b、将去离子水加热到100℃，使所述去离子水沸腾；
c、将步骤b所制备的沸腾的去离子水加入到盛有过硫酸铵的玻璃容器中，使过硫酸铵溶解得过硫酸铵的水溶液。
本发明金属箔基底石墨烯刻蚀液，其特点也在于：步骤a中将去离子水加热到100℃后，继续加热，使其保持在沸腾状态5-20分钟。
所述过硫酸铵的水溶液质量浓度为1%-20%。
本发明金属箔基底石墨烯刻蚀液的刻蚀方法，其特点是按如下步骤进行：
a、在金属箔基底石墨烯的表面旋涂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金属箔基底石墨烯；
b、当所述刻蚀液的温度降至50-80℃时，采用水浴加热使所述刻蚀液的温度保持在50-80℃，然后以所述保护胶层朝上，将表面有保护胶层的金属箔基底石墨烯放入所述刻蚀液中，使金属箔基底被完全刻蚀，得石墨烯/保护胶层的层叠结构。
本发明金属箔基底石墨烯刻蚀液的刻蚀方法，其特点也在于：所述保护胶为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。
所述金属箔基底为铜箔基底或镍箔基底。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过改变刻蚀液的配置方法及刻蚀方法，并结合玻璃容器的使用，解决了金属箔基底石墨烯在刻蚀完金属箔基底后有很多气泡附着在石墨烯的下表面难以去除的问题，提高了刻蚀后石墨烯的质量，对促进石墨烯大规模工业化应用具有极大的推进作用；
2、本发明的刻蚀液无毒无污染，且刻蚀速率高。
具体实施方式
本实施例金属箔基底石墨烯刻蚀液是按如下步骤进行配置的过硫酸铵的水溶液：
a、将5g过硫酸铵盛入玻璃容器中；
b、将100ml去离子水加热到100℃，使去离子水沸腾；继续加热，使其保持在沸腾状态5-20分钟；
c、将步骤b所制备的沸腾的去离子水加入到盛有过硫酸铵的玻璃容器中，使过硫酸铵溶解得过硫酸铵的水溶液。
按上述方法制备的金属箔基底石墨烯刻蚀液在刻蚀金属箔时是按如下步骤进行：
a、在金属箔基底石墨烯的表面旋涂1μm厚的保护胶后，在60℃的温度下烘11分钟，得表面有保护胶层的金属箔基底石墨烯；金属箔基底可以是铜箔基底或镍箔基底。保护胶采用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。
b、当新配置的刻蚀液的温度降至60℃时，采用水浴加热使刻蚀液的温度保持在60℃，然后以保护胶层朝上，将表面有保护胶层的金属箔基底石墨烯放入刻蚀液中，使金属箔基底被完全刻蚀，得石墨烯/保护胶层的层叠结构。
刻蚀后可以发现完全没有气泡产生附着在石墨烯的下表面，故而证明了本发明通过改变刻蚀液的配置方法及刻蚀方法，并结合玻璃容器的使用，解决了金属箔基底石墨烯在刻蚀完金属箔基底后有很多气泡附着在石墨烯的下表面难以去除的问题，提高了刻蚀后石墨烯的质量，对促进石墨烯大规模工业化应用具有极大的推进作用。

Claims (6)

1.一种金属箔基底石墨烯刻蚀液，其特征是：所述刻蚀液是按如下步骤进行配置的过硫酸铵的水溶液：
a、将过硫酸铵盛入玻璃容器中；
b、将去离子水加热到100℃，使所述去离子水沸腾；
c、将步骤b所制备的沸腾的去离子水加入到盛有过硫酸铵的玻璃容器中，使过硫酸铵溶解得过硫酸铵的水溶液。
2.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯刻蚀液，其特征是：步骤a中将去离子水加热到100℃后，继续加热，使其保持在沸腾状态5-20分钟。
3.根据权利要求1所述的金属箔基底石墨烯刻蚀液，其特征是：所述过硫酸铵的水溶液质量浓度为1%-20%。
4.一种利用权利要求1的金属箔基底石墨烯刻蚀液的刻蚀方法，其特征是按如下步骤进行：
a、在金属箔基底石墨烯的表面旋涂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金属箔基底石墨烯；
b、当所述刻蚀液的温度降至50-80℃时，采用水浴加热使所述刻蚀液的温度保持在50-80℃，然后以所述保护胶层朝上，将表面有保护胶层的金属箔基底石墨烯放入所述刻蚀液中，使金属箔基底被完全刻蚀，得石墨烯/保护胶层的层叠结构。
5.根据权利要求4所述的金属箔基底石墨烯刻蚀液的刻蚀方法，其特征是：所述保护胶为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。
6.根据权利要求4所述的金属箔基底石墨烯刻蚀液的刻蚀方法，其特征是：所述金属箔基底为铜箔基底或镍箔基底。
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