CN105621401B - 一种石墨烯多层堆叠转移方法 - Google Patents

一种石墨烯多层堆叠转移方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯多层堆叠转移方法，操作步骤为：步骤S01，在转移目标基底表面涂布一层弹性透明涂层；步骤S02，通过滚压方式将生长有石墨烯的铜箔与涂布弹性透明涂层的目标基底热压合；步骤S03，将得到压合结构继续通过滚压压紧，浸于电解质溶液中，同时加电鼓泡使石墨烯与铜箔分离并贴合转移到目标基底上；步骤S04，对转移石墨烯表面进行冲洗并吹干；步骤S05，重复步骤S02到步骤S04，在已转移石墨烯表面再次叠层转移石墨烯，直到所需石墨烯层数。本发明通过对石墨烯转移目标基底涂布弹性涂层改性，结合电化学鼓泡剥离方法，实现石墨烯快速完整转移，根据实际需求转移多层堆叠石墨烯，提高石墨烯电学性能均匀性和稳定性。

Description

一种石墨烯多层堆叠转移方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯多层堆叠转移方法，属于石墨烯生产技术领域。
背景技术
石墨烯是近年来发现的二维纳米材料，具有众多优异性能。其中，极高的透过率及超高的载流子迁移率，使其可作为全新的透明导电材料而备受工业界关注。
现有成熟的石墨烯规模化制备的方法是化学气相沉积法(CVD)，CVD法制备石墨烯一般选用不透明的金属作为生长基底，例如铜箔、镍箔等。然而，实际应用中通常需将石墨烯转移到其它基底，例如柔性透明的PET、PEN基底。现有石墨烯转移方法需借助过度支撑材料，如PMMA，硅胶薄膜、热释胶带等，并配合湿法溶铜工艺，通过两次贴合过程将石墨烯转移到目标基底。存在操作过程复杂，石墨烯易破损，转移效率低、成本高，溶铜废液污染等问题。此外，CVD生长石墨烯方阻较高，不能直接应用，必须对其进行掺杂以降低方阻，而掺杂所用的小分子掺杂剂，例如乙二胺、硝酸、氯金酸等，与石墨烯作用力弱，易挥发迁移，放置过程中导致石墨烯方阻不断增加，均匀性恶化，严重限制了石墨烯的实际应用。
发明内容
为克服上述背景技术中的不足，本发明提供一种石墨烯多层堆叠转移方法，避免不稳定的掺杂工艺，提高石墨烯电性能均匀稳定性，简化生产工艺。
本发明提供的一种石墨烯多层堆叠转移方法，该方法步骤如下：
步骤S01，在转移目标基底(01)表面涂布一层弹性透明涂层(02)，形成目标基底/弹性透明涂层的复合结构1；所述弹性透明涂层(02)为聚二甲基硅氧烷、聚苯基硅氧烷及它们的共聚物，或者为甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯中一种或几种的共聚物，或者为包含聚环氧丙烷软连段的聚氨酯；所述弹性透明涂层(02)的厚度为10～40um；
步骤S02，通过滚压方式将生长有石墨烯的铜箔与步骤S01中得到的复合结构1压合，形成由目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、石墨烯(03)和生长基底铜箔(04)依次组成的复合结构2；其中，压合的压力范围为0.1MPa至0.6Mpa，加热温度范围为50～130℃；
步骤S03，将步骤S02所述复合结构2通过滚压压紧，浸于电解质溶液中，同时加电，鼓泡使石墨烯与生长基底铜箔(04)分离并贴合转移到目标基底上(01)，形成目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、石墨烯(03)依次组成的复合结构3；其中，所施加压力范围为0.1MPa至1Mpa，加电电流范围为1～10A；
步骤S04，将步骤S03中所述复合结构3进行冲洗并吹干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04，在已转移石墨烯表面再次叠层转移石墨烯，直到所需石墨烯层数，形成目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、多层石墨烯(03)依次组成的复合结构4。
本发明通过对石墨烯转移目标基底涂布弹性透明涂层改性，结合电化学鼓泡剥离方法，实现石墨烯快速完整转移，根据实际需求转移多层堆叠石墨烯，降低石墨烯方阻并提高石墨烯电学性能均匀性和稳定性，简化了石墨烯薄膜生产工艺，克服了上述背景技术中的不足。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种石墨烯多层堆叠转移方法步骤流程图，其中，S01为步骤S01，S02为步骤S02，S03为步骤S03，S04为步骤S04，S05为步骤S05。
图2为本发明中所述复合结构1示意图。
图3为本发明中所述复合结构2示意图。
图4为本发明中所述复合结构3示意图。
图5为本发明中所述复合结构4示意图。
图2至图5中，各标号所代表的部件为：01为目标基底，02为弹性透明涂层，03为石墨烯，04为生长基底铜箔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明所涉及的方法进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的方法流程如图1所示，转移过程中涉及的复合结构如图2至图5所示；
实施例一
本实施例为本发明所涉及的一种石墨烯多层堆叠转移方法，具体步骤如下：
步骤S01，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂布于目标基底聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)01表面，加热固化干燥后形成厚度约15微米的弹性透明涂层02，形成PET/PDMS的复合结构1如图2；
步骤S02，将步骤S01得到的复合结构1与生长石墨烯03滚压贴合，压力为0.2Mpa，加热温度为50℃，形成PET/PDMS/石墨烯/铜箔基底的复合结构2如图3；
步骤S03，对步骤S02中所得到复合结构2再次加压贴合，压力为0.5MPa，同时施加电流为4A，浸于电解质水溶液中，通电鼓泡使石墨烯03与生长基底铜箔04分离，形成PET/PDMS/石墨烯的复合结构3如图4；
步骤S04，对步骤S03中得到的复合结构3进行水冲洗处理并烘干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04两次，得到三层堆叠石墨烯复合结构4如图5。
本实施例中得到的三层堆叠石墨烯方阻为167±11欧方，室温放置三个月后方阻为165±9欧方，方阻值均匀稳定。
实施例二
本实施例为本发明所涉及的一种石墨烯多层堆叠转移方法，具体步骤如下：
步骤S01，将二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷共聚物涂布于目标基底聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)01表面，加热固化干燥后形成厚度约15微米的弹性透明涂层02，形成PET目标基底/共聚硅氧烷弹性透明涂层的复合结构1如图2；
步骤S02，将步骤S01得到的复合结构1与生长石墨烯03滚压贴合，压力为0.3Mpa，加热温度为80℃，形成PET目标基底/共聚硅氧烷弹性透明涂层/石墨烯/铜箔基底的复合结构2如图3；
步骤S03，对步骤S02中所得到复合结构2再次加压贴合，压力为0.1MPa，同时施加电流为3A，浸于电解质水溶液中，通电鼓泡使石墨烯03与生长基底铜箔04分离，形成PET目标基底/共聚硅氧烷弹性透明涂层/石墨烯的复合结构3如图4；
步骤S04，对步骤S03中得到的复合结构3进行水冲洗处理并烘干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04四次，得到五层堆叠石墨烯复合结构4如图5。
本实施例中得到的三层堆叠石墨烯方阻为89±8欧方，室温放置三个月后方阻为85±6欧方，方阻值均匀稳定。
实施例三
本实施例为本发明所涉及的一种石墨烯多层堆叠转移方法，具体步骤如下：
步骤S01，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯及丙烯酸四氢呋喃酯共聚物溶液涂布于目标基底(PET)01表面，加热固化干燥后形成厚度约30微米的弹性透明涂层02，得到PET目标基底/共聚丙烯酸酯弹性透明涂层的复合结构1如图2；
步骤S02，将步骤S01得到的复合结构1与生长石墨烯03滚压预贴合，压力为0.5Mpa，加热温度为90℃，形成PET目标基底/共聚丙烯酸酯弹性透明涂层/石墨烯/铜箔基底的复合结构2如图3；
步骤S03，对步骤S02中所述复合结构2再次加压贴合，压力为0.8MPa，同时施加1A电流。并浸于电解质水溶液中，通电鼓泡使石墨烯03与生长基底铜箔04分离，形成PET目标基底/共聚丙烯酸酯弹性透明涂层/石墨烯的复合结构3如图4；
步骤S04，对步骤S03中得到的复合结构3进行水冲洗处理并烘干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04一次，得到两层堆叠石墨烯结构。
本实施例中得到的两层层堆叠石墨烯方阻为207±13欧方，室温放置三个月后方阻为201±10欧方，方阻值均匀稳定。
实施例四
本实施例为本发明所涉及的一种石墨烯多层堆叠转移方法，具体步骤如下：
步骤S01，将含有聚环氧丙烷软段和异氟尔酮二异氰酸酯硬段的聚氨酯(PU)溶液涂布于(PET)表面，加热固化干燥后形成厚度约37微米的弹性透明涂层02；
步骤S02，将涂布有弹性涂层的PET基底01与生长石墨烯03滚压预贴合，压力为0.4Mpa，热压温度为60℃，形成PET/PU弹性透明涂层/石墨烯/铜箔基底的复合结构2如图3；
步骤S03，对步骤S02中所述复合结构再次滚压加压，压力为0.3MPa，同时施加2A电流，并浸于电解质水溶液中，通电鼓泡使石墨烯03与生长基底铜箔04分离，形成PET/PU弹性透明涂层/石墨烯的复合结构3如图4；
步骤S04，对步骤S03中得到的复合结构3进行水冲洗处理并烘干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04三次，得到四层堆叠石墨烯结构4如图5。
本实施例中得到的四层堆叠石墨烯方阻为107±7欧方，室温放置三个月后方阻为101±7欧方，方阻值均匀稳定。

Claims (1)

1.一种石墨烯多层堆叠转移方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤S01，在转移目标基底(01)表面涂布一层弹性透明涂层(02)，形成目标基底/弹性透明涂层的复合结构1；所述弹性透明涂层(02)为聚二甲基硅氧烷、聚苯基硅氧烷及它们的共聚物，或者为甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯中一种或几种的共聚物，或者为包含聚环氧丙烷软连段的聚氨酯；所述弹性透明涂层(02)的厚度为10～40um；
步骤S02，通过滚压方式将生长有石墨烯的铜箔与步骤S01中得到的复合结构1压合，形成由目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、石墨烯(03)和生长基底铜箔(04)依次组成的复合结构2；其中，压合的压力范围为0.1MPa至0.6MP a，加热温度范围为50～130℃；
步骤S03，将步骤S02所述复合结构2通过滚压压紧，浸于电解质溶液中，同时加电，鼓泡使石墨烯与生长基底铜箔(04)分离并贴合转移到目标基底上(01)，形成目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、石墨烯(03)依次组成的复合结构3；其中，所施加压力范围为0.1MPa至1MPa，加电电流范围为1～10A；
步骤S04，将步骤S03中所述复合结构3进行冲洗并吹干；
步骤S05，重复步骤S02至步骤S04，在已转移石墨烯表面再次叠层转移石墨烯，直到所需石墨烯层数，形成目标基底(01)、弹性透明涂层(02)、多层石墨烯(03)依次组成的复合结构4。
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