CN104981357A - 用于在衬底之间转移膜的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法，该方法包括：在第一衬底的至少一部分表面上形成至少一层材料，其中所述至少一层材料的第一表面与所述第一衬底接触从而限定一界面；将第二衬底附着于所述至少一层材料的第二表面上；在所述界面处形成气泡；以及施加机械力；从而将所述第二衬底和所述至少一层材料从所述第一衬底共同地分离。还描述了相关装置。

Description

用于在衬底之间转移膜的方法和装置
根据35U.S.C.119，本申请要求于2012年12月7日提交的、申请号为61/797,471、发明名称为“用于在衬底之间转移膜的方法和装置”的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本申请一般涉及用于将膜从一个或多个衬底转移至另一个衬底的方法和装置。
背景技术
在本说明书中，在提及或讨论文件、行为(act)或知识项时，这种提及或讨论并非承认上述文件、行为或知识项或其任何组合是处于优先日期的、公众可得的、公众已知的、属于公知常识的一部分、或者根据可适用的法定条文构成先前技术，或者已知与尝试解决本说明书涉及的任何问题相关。
石墨烯由于其电子的、光学的、物理的、和机械的特性，它的发现已经在电子和其他应用中引起了潜在应用的广泛关注。石墨烯是碳原子的单个原子层，以六方点格紧密地结合。尽管它作为实验系统的历史短暂，但石墨烯已经揭示了令人兴奋的新的物理现象，其包括蕴涵有量子电子输运和电荷屏蔽、依赖于宽度的能带隙、极高的载流子迁移率、高弹性和机电调制的“相对论”载流子。石墨烯的特性吸引了很多行业，尤其是电子工业。石墨烯的高载流子迁移率和高导热性使得它是硅和金刚石的潜在替代选择。它的特性使得能够创造下一代的固态器件(弹道晶体管、自旋晶体管等)。在诸如触摸显示器和光电板的应用中，石墨烯还可以用作柔性的、光学透明的导体的备选。其他潜在应用包括化学传感器、纳米孔过滤器、用于腐蚀和/或化学防护的不可渗透涂层、超级电容器、TEM支撑等等。
在大面积石墨烯生产的方法中，低成本石墨烯片的目标驱动了近来的研究。在金属衬底上的石墨烯的化学气相沉积是一种用于大面积、低成本石墨烯生产的有前途的方法。石墨烯生产的一个关键问题是处理石墨烯膜以及在许多应用中将这些膜从沉积衬底转移到其他衬底。因此，需要大面积处理以将单层或多层石墨烯从一个衬底转移到另一个衬底。
现在广泛使用的一种石墨烯转移过程包括化学蚀刻步骤，以通过溶解来去除金属衬底。将这个过程放大比例至数千平方米进行生产，导致很大花费和浪费的挑战。金属灌注蚀刻剂的再利用或处置构成了主要的成本和废弃物处理问题。因为衬底被蚀刻剂溶解了，所以它不能再被用于生长石墨烯膜。另外，溶解过程是相当慢的。由于至少这些原因，这种传统的技术不适合于石墨烯膜的高效率的、大规模的、低成本生产。
尽管已经讨论了传统技术的一些方案以促进本发明的公开，但是申请人决不否认这些技术方案，并且可以预计所要求保护的本发明可以包含或包括这里讨论的一个或多个传统的技术方案。
发明内容
本发明可以解决以上讨论的先前技术的一个或多个问题和不足。然而，可以预计在许多技术领域中本发明可以证明在解决其他问题和不足方面是有用的，或者提供益处和优点。因此，所要求保护的本发明不必被解释为受限于解决本文所讨论的任何特定问题或不足。
本发明提供具有以下一个或多个益处和优点的方法和装置：
●消除或明显地减少化学废物，以及相关环境效益和成本效益；
●允许以后形成石墨烯时可以再利用金属衬底，从而减少浪费并且改善过程的经济性；
●允许石墨烯膜生成、衬底转移和/或多层结构制造的可扩展的、连续过程；
●允许将石墨烯膜放置在几乎任何光滑的表面上；
●提供转移单原子层厚度的石墨烯膜以及多层石墨烯膜的过程；
●提供能够将石墨烯转移至柔性或刚性衬底的过程；
●允许大面积片状石墨烯膜的生成和转移。
因此，根据一个方案，本发明提供一种方法，包括：在第一衬底的至少一部分表面上形成至少一层材料，其中所述至少一层材料的第一表面与所述第一衬底接触从而限定一界面；将第二衬底附着于所述至少一层材料的第二表面上；在所述界面处形成气泡；以及施加机械力；从而将所述第二衬底和所述至少一层材料从所述第一衬底共同地分离。
根据又一方案，提供一种用于将至少一层材料从第一衬底转移至第二衬底的装置，所述装置包括：供应轧辊，包括一卷复合材料，所述复合材料包括第一衬底、与所述第一衬底接触从而限定一界面的至少一层材料、以及附着于所述至少一层材料的第二表面上的第二衬底；容器，包含溶液，所述溶液包括水和至少一种电解质；阴极，当被布置在所述溶液中时被限定在所述复合材料处；阳极，布置在所述溶液中远离所述阴极的位置处；电源，连接至所述阴极和阳极；第一收集(pickup)轧辊，所述第一收集轧辊附着于所述第二衬底/至少一层材料；第二收集轧辊，所述第二收集轧辊附着于所述第一衬底；其中所述阴极被构造和布置为在所述界面处产生气泡，并且其中所述第二收集轧辊被构造和布置为在第一方向上拉起所述第一衬底，并且所述第一收集轧辊被构造和布置为在第二方向上拉起所述第二衬底以及所述至少一层材料，所述第一方向和第二方向彼此偏离，从而限定分离角。
附图说明
图1中的A-图1C’是根据本发明的一些方案执行的方法的示意图。
图2是根据本发明的其他方案执行的方法的示意图。
图3是根据本发明的原理配置的装置和相关方法的示意图。
图4是本发明的方法和装置的其他可选方案的示意图。
图5是根据本发明的另外的方案的装置和方法的示意图。
具体实施方式
如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。额外地，使用“或者”旨在包括“和/或”，除非上下文另有清楚指示。
根据本发明的一些方案，提供将石墨烯从其所形成于的衬底转移至第二衬底的方法。这些方法将第二衬底附着于所述石墨烯，如下所述，将层沉浸在溶液中，然后使用机械拉力以在气泡的帮助下将石墨烯和第二衬底从原始衬底分离(所述气泡在石墨烯与金属之间的界面处以电解方式形成)，以将两层分开。电解槽通过电接触石墨烯和金属结构和第二电极被配置在溶液中。这个过程适合于生长在导电衬底上的石墨烯膜。这个过程尤其适合于放大至更大面积的石墨烯膜。
在图1至图5中示意性地示出根据本发明原理的方法和装置的一些示例性的、非限制实施例。
如图所示，例如，在图1中，在第一衬底10的至少部分表面上可以形成至少一层材料12，从而在至少一层材料12的第一表面14与衬底10之间形成一界面16。该至少一层材料可以例如作为周期图案形成在第一衬底的部分表面上。可替代地，至少一层材料12可以覆盖第一衬底10的整个表面。该层材料12可以形成为单层材料、或多层材料。该层材料12可以具有任何适当的厚度。对于薄层(诸如总厚度小于10nm的层)，本发明的方法和装置是有利的。该至少一层材料12可以由任何适当的材料、或材料的组合构成。根据某些实施例，该至少一层材料12包括石墨烯。石墨烯可以呈现为石墨烯的单个原子层、或者为具有多原子厚度的石墨烯层。石墨烯可以与一个或多个额外材料结合。例如，石墨烯可以掺杂有一个或多个掺杂剂。掺杂剂可以包括碘、氮、硼、钾、砷、镓、铝、铟、或其他。根据本领域技术人员公知的任何适当的技术，诸如石墨的分层、外延生长、石墨的氧化还原、碳纳米管的蚀刻或分割、石墨的超声处理、以及二氧化碳还原反应，可以形成石墨烯。根据本发明的某些实施例，石墨烯通过化学气相沉积生长在衬底上。根据其他替代实施例，在相对低的温度、接近大气压的条件下，石墨烯可以生长在平整的衬底上。例如，通过任何适当的技术，诸如电解抛光、机械抛光、和/或化学抛光其上将生长石墨烯的表面，可以使衬底10平整。然后，衬底10的这个表面在大约250℃至大约2000℃的温度以及在大约10-7大气压力至大约环境压力下与烃气(例如，甲烷)接触。在WO 2012/021677中描述了根据本发明的某些示例性和非限制实施例在衬底10上形成石墨烯作为至少一层材料12的一种适当技术，其全部内容通过引用合并于此。
不管该至少一层材料12的性质，第一衬底10可以由任何适当的材料构成。第一衬底10可以是柔性的或刚性的。根据某些示例性示例，衬底10可以由金属构成。可以被用来形成衬底10的金属的特定非限制示例包括铜、铑、钌、铱、铂、钴、镍、或它们的任何组合。根据一个示例性非限制示例，衬底10由铜构成。
如图所示，例如，在图1中，在形成材料12之前或之后，第一衬底10可以具有施加到其表面上的可选层或涂层11。层或涂层11可以由任何适当的一种材料或多种材料形成。例如，它可以是由聚合物形成，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰胺、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、以及其他。可以通过任何适当的技术(诸如，黏着连接、层压、涂覆、喷射、旋转涂覆、浸渍等)来施加该层或涂层。
如进一步所示，例如，在图1中，第二衬底18可以附着于该至少一层材料的第二表面上。第二衬底18可以由任何适当的材料、或材料的组合构成。根据某些非限制示例，第二衬底18可以由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)构成。可替代地，第二衬底18可以由聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃、硅石、二氧化硅、硅、氧化镁等构成。通过任何适当的技术可以将第二衬底施加到该至少一层材料上。适当的技术包括但不限于黏着连接、层压、涂覆、喷射、旋转涂覆、浸渍等。
接续，上面描述的材料的组合可以被分离或分层。通过施加机械力的组合，以及借助于沿着分离界面16形成的气泡22，可以实现这种分离或分层。在图1(C)中示意性地示出了这个机制。通过任何适当的机制可以形成气泡12。根据一个示例性实施例，由于水的电解发出氢而形成气泡22。本领域技术人员应该熟悉这种机制。在水中，在带负电荷的阴极，发生还原反应，将来自阴极的电子(e-)给氢阳离子以形成氢气(与酸平衡的半反应)：在阴极的还原：2H+(aq)+2e-→H2(g)。在带正电荷的阳极，发生氧化反应，产生氧气且将电子给阳极以完成电路：阳极(氧化)：2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e-。
这里将随后描述用于实施上文记载的电解反应的特定可选实施例。
如上进一步指出的，根据本发明的原理用以分层或分离上述材料的其他组件涉及机械力或压力的施加。这由图1(C)中出现的块箭头示意性地示出。如其中所示，在彼此偏离(diverge)的方向上施加这些力，从而限定分离角α。通过仔细地选取合适的分离角α以及施加的力的大小，可以影响分层操作的有效性和效率。根据本发明的某些实施例，分离角α为大约1度至大约90度，或者大约5度至大约60度。
根据以上描述的技术的另一替代实施例，该至少一层材料12还可以被转移至额外的第三衬底。在图2中示意性地示出该替代过程的示例。如其中所示，第二衬底用作转移膜18'。这个转移膜18'可以由任何适当的材料或材料的组合构成。它可以由与第二衬底18相同的材料构成，如上面之前所描述的。可替代地，转移膜18'可以由不同的材料构成，诸如传热带(heat transfertape)、PET、PE、PVC、PTFE、PMMA等等。根据一个特定的、非限制示例，转移膜18'可以由暴露于高温时会分解的热敏粘合剂构成。这允许相对简单的机制来从至少一层材料12释放转移膜18'。继从该至少一层材料12和转移膜18'分离第一衬底10和可选层或涂层11之后，将第三衬底24附着于至少一层材料12的表面上。参照例如图2(D)。接续，从至少一层材料12去除转移膜18'，留下至少一层材料12被放置在最终使用的衬底24上。可以由任何适当的技术(诸如，上面提到的热敏粘合剂的加热、机械力、化学分离技术、化学溶解、化学蚀刻、光诱导降解、以及解聚作用)来完成这种去除。这个可替代技术的一个优势是至少一层材料12可以被转移至刚性衬底24。当然，衬底24还可以是柔性的。衬底24可以由任何适当的材料(诸如陶瓷、金属或聚合物)形成。具体示意性和非限制示例包括：刚性衬底上的硅、玻璃、石英、半导体膜。
本发明还包含可以被例如用来实施上述方法的装置。图3-图5示出了根据本发明的原理构造的装置。使用与图1-图2中所用的相同的附图标号来标识如上关于上述方法所描述的图中所示的那些特征。如图所示，例如，在图3中，上述方法可以被实施为卷到卷工序(roll-to-roll process)。图3中绘示的装置适合于这种卷到卷工序，但是不限于这种方式。如其中所示，该装置可以包括所示特征的多个不同组合。例如，可以提供包括一卷复合材料28的供应轧辊26。复合材料可以包括第一衬底10、与第一衬底接触从而限定界面16的至少一层材料12、附着于至少一层材料12的第二表面的第二衬底18、以及布置在第一衬底10的表面上的可选额外层或涂层11。这些材料可以采用之前如上描述的特定形式或组成成分。
通过任何适当的装置(诸如一个或多个引导辊44、46)将该复合材料28提供到相当于电解槽的部件中。电解槽包括含有溶液32的容器30，所述溶液32包括水和至少一种电解质。可以使用任何适当的电解质、或电解质的组合。根据某些可选实施例，电解质例如包括氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、和/或氯化钠。溶液包括每升水0.05摩尔至1摩尔的电解质。可替代地，溶液包含一或多种掺杂剂材料。适当的掺杂剂包括但不限于：碘、氮、硼、钾、砷、镓、铝、铟、铬，或多个有机分子，诸如2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷、7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(F4-TCNQ)。溶液可以包含任何适当量的掺杂剂，其高度地依赖于所使用的掺杂剂。
对于某些应用(例如，透明导体)，通过掺杂石墨烯可以精炼和改善膜的重要特性。例如，利用合适的掺杂，石墨烯中的电载流子密度将增大，从而增大对于透明接触部的导电性。作为其中所有的材料都是暴露表面的二维材料，可以在沉积之后掺杂石墨烯，因为掺杂剂无需扩散至更深的层(因为没有更深的层)。
在转移过程中通过将掺杂剂掺入至电解质溶液可以实现石墨烯的掺杂。随着石墨烯从金属沉积衬底分离，石墨烯暴露于溶液中。溶液中的电解质或其他添加剂作为掺杂剂，在这个过程中粘附于石墨烯的表面。分离过程不需要特定的电解质来起作用。电解质增大了溶液的导电性，以使得能够通过溶液进行电荷转移。存在许多可以增大溶液导电性的电解质添加剂。因此，可以选择并混合多种溶液添加剂来实现目标掺杂浓度和有效的石墨烯-金属分离。通过分离槽的几何结构来控制电解质组成和暴露时间，从而可以控制和精炼这个过程。
石墨烯作为电解池中电极之一的一部分，石墨烯上的电偏压可以被用来将掺杂剂引至石墨烯表面，掺杂剂在石墨烯表面结合或者被吸附。
这个过程可以使用多于一种电解质。多种电解质可以被用来控制掺杂，同时维持分离过程的溶液电导。
通过在复合材料处形成阴极34、以及在远离阴极的位置处(或者，相对阴极“遥远地”)放置阳极36来完成这个电解槽。为了最优化分层过程的精确度和效率，阳极可以位于分离点16附近。通过放置阳极，氢气泡的形成可以被朝向分离界面16聚集。另外，在第一衬底10上存在的可选涂层11可以用于防止在被涂层或层11覆盖的第一衬底10的那些表面上发生电解反应，从而在分层或分离过程中有效地将反应聚集在界面16处。阴极是负偏压的，且阳极是正偏压的，且两者均被连接至提供通过溶液32的电流的电源38。可以使用任何适当的电源，且可以施加任何合适的电压和电流条件。例如，电源可以被构造和布置来产生具有0.5A/cm2的电流密度的电流和10V的电压。电压高度依赖于电极的定位。气体形成发生的主要位置是在分离点16处。在沉浸于溶液中的复合材料阴极的每个暴露的导电表面处将出现气泡。电源构造是在分离点和其他地方处的所有电流的成因。结果是，在阴极34(其是复合材料28)处氢以气态形式散发出，特别地，至少在第一衬底10与至少一层材料12之间的界面16处形成气泡22。
可替代地，通过使用不同的化学品以及阳极和阴极的布置，用于辅助分离的气体形成可以具有不同的成分。电解作用或其他电化学反应可以利用的其他气泡例如包括氧、氮、或氯。
如图3进一步所示，该装置还可以包括第一收集轧辊40，该第一收集轧辊附着于第二衬底18以及布置在其表面上的至少一层材料12。如图4所示，可以使用引导膜50来促进将这些材料连接至收集轧辊40。引导膜50可以由任何适当的材料构成，诸如聚合物。适当的聚合物包括PET、PMMA、聚酰胺、PTFE和聚乙烯。通过放置第一收集轧辊40，在第一方向上以机械方式拉起第二衬底18和材料12。第一衬底10和可选额外层或涂层11可以被连接至第二收集轧辊42。如图3所示，且可以利用可选引导辊48来影响由收集轧辊42拉起第一衬底10和可选额外层或涂层11的方向。因此，如图3清楚地示出，至少一层材料12和第二衬底18在不同的方向上远离分离轧辊46而行进。更具体地，根据图3中示出的实施例，第一衬底10和可选涂层11从分离轧辊46表面的弯曲路径分离开，同时至少一层材料12和第二衬底18在远离分离轧辊46行进之前继续沿着分离轧辊46的弯曲表面前进一额外距离。当然，根据替代实施例可以修改该装置。例如，可以转换轧辊的相对位置和/或复合材料的层，使得至少一层材料12和第二衬底18与分离轧辊46表面的弯曲路径分离开，同时第一衬底10和可选涂层11在远离分离轧辊46行进之前继续沿着分离轧辊46的弯曲表面前进一额外距离。
此外，如图4所示，通过引导膜52的连接，可以将第一衬底10和可选额外层或涂层11附着于收集轧辊42。引导膜52可以由任何适当的材料构成。这种材料的一个示例例如是聚合物，与引导膜50的描述有关的上述任何材料都是可以的。如这里之前所解释的，拉起第二衬底18和至少一层材料12的方向偏离于拉起第一衬底10和可选额外层或涂层11的方向。这个偏离限定了分离角α。分离角可以具有任何适当的值，取决于分层过程的性质、在界面处产生的氢气或气泡的量、以及许多不同的因素。根据某些示例性实施例，合适的分离角α为大约5度到大约60度。因此，发散开的机械力和在分离界面16处产生的气泡22的结合允许层从复合材料28分离。根据示出的非限制实施例，利用这个技术将第二衬底18和至少一层材料12从第一衬底10和可选涂层或额外层11分离。
根据本发明的额外替代方案，提供构成直进式(in-line)过程的方法和装置。在图5中示意性地示出这种方法和装置的一个非限制示例。使用与图1-图4中所用的相同的附图标号来标识关于上述方法和装置中描述且示出的那些特征。在图5中之前描述和标识的多种材料和组件可以具有任何之前描述的特征组成成分和/或配置。如图所示，例如，在图5中，方法和装置可以以第一衬底10开始。可选地，可以以供应轧辊8的形式来提供该第一衬底10。至少一层材料12形成在第一衬底10的表面的至少一部分上。可以通过任何适当的技术(如这里之前所描述的)来形成至少一层材料12。根据一个可选实施例，至少一层材料12可以包括石墨烯，其可以通过化学气相沉积技术来沉积。这个技术的细节已经关于其他实施例在之前进行了描述，且通过引用合并于此。为了实施石墨烯的化学气相沉积，提供化学气相沉积装置54。经过化学气相沉积室54可以持续地馈送第一衬底10，以便以连续的方式在其上沉积至少一层材料12。
第一衬底10和至少一层材料12离开化学气相沉积室54，且第一衬底10可选地在第一衬底10的另一表面上设置有额外层或涂层11。通过本文之前描述的任何适当的技术可以来施加这个额外层或涂层11。在图5中元件56处示意性地示出用于施加额外层或涂层11的合适装置。
然后，将连同至少一层材料12以及可选额外层或涂层11的第一衬底10与第二衬底18结合。使用任何适当的技术，第二衬底18可以以连续的方式被施加至该至少一层材料的第二表面。用于施加第二衬底的示例性技术已经在上文描述，并且通过引用合并于此。在图5中元件58处示意性地示出了根据前述适当技术施加第二衬底18的适当装置。
在施加第二衬底18之后，所得的复合材料28包括第一衬底10、至少一层材料12、第二衬底18，以及可选地包括额外层或涂层11。然后这个复合材料28经受分层或分离过程。根据示例性实施例，第一衬底10以及可选额外层或涂层11从至少一层材料12和第二衬底18分离。虽然可以利用任何适当的技术来进行这种分层或分离，但是这里描述的本发明的方法和装置在这方面尤其有效。由此，例如，可以利用图3的装置、以及本文之前描述的其相关方法来提供上面记载的连续的分层或分离。在图5中元件60处示意性地示出了这个装置。如本文之前所描述的，在收集轧辊上可以连续地取得这些分层或分离的部分。
根据另一个实施例，使用如之前实施例中的第一衬底10(除了这个第一衬底10可以是刚性的)可以来执行这个过程。经过化学气相沉积室54可以来馈送第一刚性衬底10，以便将至少一层材料12沉积其上，如之前描述的(例如，图1A、图5)。然后，将连同至少一层材料12以及可选额外层或涂层11的第一刚性衬底10与第二衬底18结合(例如，图1B)。使用任何适当的技术，由柔性材料组成的第二衬底18可以以连续的方式被施加到该至少一层材料的第二表面。然后这个复合材料28经受分层或分离过程，如图1C’所示。根据示例性实施例，第一刚性衬底10以及可选额外层或涂层11从至少一层材料12和第二衬底18分离。根据又一可选实施例，该过程可以继续以便将至少一层材料12转移至第三衬底24。在这个替代实施例中，第二衬底18用作转移膜18'。这个额外可选过程和其装置的相关组件被包含在图5中的虚线圈定的区域内。如其中进一步所示，第三衬底24被施加至至少一层材料12的表面(例如参见图2)。可以以任何适当的技术来施加第三衬底24，如这里之前所描述的。在图5中元件62处示意性地示出与第三衬底24的施加相关的装置。随后，通过任何适当的技术从该至少一层材料去除转移膜18'。这些技术包括这里之前描述的本发明的分层过程，在图3中示出其一个实施例。还可以利用之前描述的额外去除技术且其通过引用合并于此。在图5中元件64处示意性地示出与去除转移膜18'相关的装置。最终的结构由第三衬底24和布置在其上的至少一层材料12组成。这个替代实施例在至少一层材料12将被施加至其上的最终使用衬底是相对刚性和自然(nature)的情形下是有用的。由此，第三衬底24可以是由任何适当的物质构成的相对刚性材料，如之前连同以上图2的描述所述的。
考虑本文公开的本发明的说明或实践，本文权利要求范围内的其他实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书仅仅旨在示例性的，且由权利要求书来指示本发明的范围和精神。
鉴于上述，可以看出实现了本发明的几个优点且得到了其他优点。
因为在不偏离本发明的范围的情形下，上述方法和组成成分可以进行各种改变，所以包含在上述说明中的所有事宜应该被解释为示例性的且非限制意义的。
在本说明书中引用的所有参考通过引用合并于此。这里参考的讨论仅仅旨在总结作者的主张并且不允许任何参考构成先前技术。申请人保留对所引用参考的精确度和相关性进行质疑的权利。
在本说明书中使用的表达成分数量、构成、反应条件等的任何数字可以被理解为在所有示例中被术语“大约”所修饰。尽管陈述了数字范围和参数，但本文呈现的主题的宽范围是近似值，所陈述的数值被尽可能准确地表示。然而，任何数值可以固有地包含一定误差或不准确度，从它们的相应测量技术发现的标准偏差中可以明显地看出。这里列举的特征都不应被解释为援引35U.S.C.§112,6，除非明确地使用术语“器件(means)”。

Claims (30)

1.一种方法，包括：
在第一衬底的至少一部分表面上形成至少一层材料，其中所述至少一层材料的第一表面与所述第一衬底接触从而限定一界面；
将第二衬底附着于所述至少一层材料的第二表面上；
在所述界面处形成气泡；以及
施加机械力；
从而将所述第二衬底和所述至少一层材料从所述第一衬底共同地分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一层材料具有小于1nm的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一层材料包括石墨烯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一层材料包括石墨烯的单个原子层或多个原子层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过化学气相沉积将所述至少一层材料形成在所述第一衬底上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一衬底包括铜、铑、钌、铱、铂、钴、镍、或它们的任何组合，并且所述第二衬底包括聚合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一衬底包括铜，并且所述第二衬底包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过至少下述之一将所述第二衬底附着于所述至少一层材料上：粘合剂的粘附、层压、涂覆、喷射和浸渍。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述界面处形成气泡包括：
形成包括水和电解质的溶液；
至少将所述界面沉浸在所述溶液中；
在所述第一衬底、至少一层材料以及第二衬底处形成阴极；
在所述溶液中远离所述阴极的位置处放置阳极；以及
将电源连接至所述阴极和阳极，并且使所述电源产生的电流流过所述溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电解质包括氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、和/或氯化钠，并且所述溶液包括每升水0.05摩尔到1摩尔的电解质；所述电流具有0.1–2A/cm2的电流密度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述阳极布置在分离点附近。
12.根据权利要求1所述的方法，其中施加机械力包括在第一方向上拉起所述第一衬底，并且在第二方向上拉起所述第二衬底以及所述至少一层材料，所述第一方向和第二方向彼此偏离，从而限定分离角。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述分离角包括大约1度到大约90度。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一衬底的相对表面的至少一部分上形成至少一层第二材料，并且其中所述至少一层第二材料包括聚合物。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一或第二衬底中的一个比另一个衬底柔性小。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述至少一层材料附着于第三衬底，并且去除所述第二衬底。
17.根据权利要求1所述的方法，其中：
以供应轧辊的形式提供所述第一衬底；
所述至少一层材料以连续的方式形成在所述第一衬底上；
所述第二衬底以连续的方式被施加至所述至少一层材料的所述第二表面；
所述第二衬底和所述至少一层材料以连续的方式被收集在第一收集轧辊上；并且
所述第一衬底以连续的方式被收集在第二收集轧辊上。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括将第一引导膜附着于所述第二衬底和至少一层材料，并且将第二引导膜附着于所述第一衬底。
19.一种用于将至少一层材料从第一衬底转移至第二衬底的装置，所述装置包括：
供应轧辊，包括一卷复合材料，所述复合材料包括第一衬底、与所述第一衬底接触从而限定一界面的至少一层材料、以及附着于所述至少一层材料的第二表面上的第二衬底；
容器，包含溶液，所述溶液包括水和至少一种电解质；
阴极，当被布置在所述溶液中时被限定在所述复合材料处；
阳极，布置在所述溶液中远离所述阴极的位置处；
电源，连接至所述阴极和阳极；
第一收集轧辊，所述第一收集轧辊附着于所述第二衬底/至少一层材料；
第二收集轧辊，所述第二收集轧辊附着于所述第一衬底；
其中所述阴极被构造和布置为在所述界面处产生气泡，并且其中所述第二收集轧辊被构造和布置为在第一方向上拉起所述第一衬底，并且所述第一收集轧辊被构造和布置为在第二方向上拉起所述第二衬底以及所述至少一层材料，所述第一方向和第二方向彼此偏离，从而限定分离角。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述至少一层材料包括石墨烯。
21.根据权利要求19所述的装置，其中所述至少一层材料包括石墨烯的单个原子层或多个原子层。
22.根据权利要求19所述的装置，其中阳极当被布置在所述溶液中时被限定在所述复合材料处，并且阴极被布置在所述溶液中远离所述阳极的位置处。
23.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一衬底包括铜、铑、钌、铱、铂、钴、镍、或它们的任何组合，并且所述第二衬底包括聚合物。
24.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一衬底包括铜，并且所述第二衬底包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
25.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一衬底、以及连同所述至少一层材料的第二衬底在不同的方向上远离分离轧辊行进。
26.根据权利要求25所述的装置，其中所述第一衬底从弯曲的轧辊表面分离，同时连同所述至少一层材料的所述第二衬底在远离所述轧辊行进之前继续沿着所述弯曲的轧辊表面行进一额外距离。
27.根据权利要求25所述的装置，其中连同所述至少一层材料的所述第二衬底从弯曲的轧辊表面分离，同时所述第一衬底在远离所述轧辊行进之前继续沿着所述弯曲的轧辊表面行进一额外距离。
28.根据权利要求19所述的装置，其中所述分离角包括大约1度到大约90度。
29.根据权利要求19所述的装置，其中所述复合材料还包括在所述第一衬底的相对表面的至少一部分上的第二材料，并且其中至少一层所述第二材料包括聚合物。
30.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一或第二衬底中的一个比另一个衬底柔性小。
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