CN110143588B - 一种基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，属于石墨烯转移领域。本发明使用液体绷带作为有机物保护层，使得转移后的石墨烯具有很好的完整性、很少的有机物残留和优异的性能，保证了石墨烯的转移完整度且增强了界面强度。同时整个转移过程不对目标基底做特殊要求，所以理论上可以转移到任意柔性基底上，具有普适性。本发明转移所需的液体绷带保护层的价格约为原PMMA方案的1％，极大降低了转移成本，转移后的高性能石墨烯可以作为石墨烯工业化应用的基础。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯转移领域，具体涉及一种可以方便快捷低廉地将石墨烯从生长基底上转移并保持其优越性能的方法。
背景技术
石墨烯，一种新型的二维薄膜碳材料，因为其超越诸多材料的优异性质，使得世界上迅速的掀起了一股石墨烯研究狂潮。迄今为止，石墨烯的制备方法以及其力学、电学、化学等各方面性质的研究都取得了非常好的进展。CVD方法获得的石墨烯附着于铜箔上，不能直接使用。因此需要可靠的转移方法将石墨烯转移至合适的基底上。
传统的将石墨烯转移至基底的方法主要为基于PMMA的湿法转移，其具体转移过程为：1.使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)旋涂在石墨烯表面从而形成一层厚度合适的保护层。2.将铜箔片飘在FeCl3腐蚀溶液液面上刻蚀铜基底，使石墨烯与铜基底分离。3.利用玻璃片从溶液下方将刻蚀干净的石墨烯从溶液中捞起放入去离子水中反复清洗2～3次。4.使用目标基底将石墨烯捞起垂直晾干，利用重力让石墨烯与基底之间的水分慢慢流失。5.水分控干若干小时之后加热基底，去除基底和石墨烯之间残留的水分并且加强石墨烯与基底的结合。6.使用丙酮或二氯甲烷等有机溶剂去除石墨烯表面的PMMA。7.用异丙醇清洗样品表面。例如申请号为CN201810226950.4的发明专利公开的用于石墨烯转移时铜箔定向腐蚀的方法，就是属于此类方法。
传统法主要存在如下问题：
1.严重的杂质残留，PMMA会和腐蚀溶液发生反应，造成有些区域的PMMA难以被有机溶剂溶解，导致PMMA不能完全去除干净，残留较多，严重影响石墨烯的电子迁移率，降低使用石墨烯制作器件的电学性能。
2.转移过程中会出现不可避免的石墨烯褶皱和破损。褶皱的产生主要是三种情况：提捞过程石墨烯受力不均形成褶皱，基底疏水性与残留液滴形成褶皱，加热过程中热应力形成褶皱。这些褶皱在去除PMMA后会造成石墨烯薄膜缺陷。
3.PMMA价格比较昂贵(Allresist款约5000元/50毫升)，转移成本高。
发明内容
本发明的目的在于解决传统转移方法导致石墨烯完整性差、缺陷多、残留物多等问题，并提供一种可以方便快捷低廉地将石墨烯从生长基底上转移并保持其优越性能的方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于液体创可贴(即液体绷带)保护层转移石墨烯的方法，其步骤如下：
S1：在待转移的石墨烯/铜箔样品的石墨烯表面旋涂或喷涂液体绷带，使石墨烯表面形成一层的液体绷带保护膜，得到液体绷带/石墨烯/铜箔样品；
S2：将液体绷带/石墨烯/铜箔样品漂浮在能腐蚀铜箔的溶液液面上进行刻蚀，使石墨烯与铜基底分离，得到液体绷带/石墨烯样品；
S3：刻蚀完毕后，利用玻璃片从液体绷带/石墨烯样品下方将捞起，并放入去离子水中反复清洗；
S4：使用目标基底将清洗后的液体绷带/石墨烯样品捞起垂直晾干，利用重力让石墨烯与基底之间的水分慢慢流失；
S5：待水分控干若干小时之后对基底进行加热，去除基底和石墨烯之间残留的水分，得到液体绷带/石墨烯/基底样品；
S6：利用有机溶剂对液体绷带/石墨烯/基底样品中石墨烯表面的液体绷带进行溶解去除，得到石墨烯/基底样品；
S7：对石墨烯/基底样品表面进行清洗，晾干。
作为优选，所述能腐蚀铜箔的溶液为FeCl3溶液。
作为优选，所述液体绷带/石墨烯样品在去离子水中清洗2～3次。
作为优选，所述的目标基底为硅片。
作为优选，所述的有机溶剂为二氯甲烷。
作为优选，对石墨烯表面的液体绷带进行溶解去除的方法为：将液体绷带/石墨烯/基底样品浸没于有机溶剂中，加热，使液体绷带被完全溶解于有机溶剂中。
作为优选，采用异丙醇对石墨烯/基底样品表面进行清洗。
作为优选，所述石墨烯/基底样品行清洗后的晾干方式为：将石墨烯/基底样品垂直静置，利用重力使石墨烯和基底之间的水分逐渐流失。
作为优选，所述的基底为硅片。
作为优选，所述的石墨烯/铜箔样品为化学气相沉积方法(CVD)获得的表面附着石墨烯的铜箔。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明使用液体绷带作为有机物保护层，使得转移后的石墨烯具有很好的完整性、很少的有机物残留和优异的性能，保证了石墨烯的转移完整度且增强了界面强度。同时整个转移过程不对目标基底做特殊要求，所以理论上可以转移到任意柔性基底上，具有普适性。本发明转移所需的液体创可贴保护层的价格约为原方案的1％，极大降低了转移成本，转移后的高性能石墨烯可以作为石墨烯工业化应用的基础。
附图说明
图1为基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法流程图。
图2为使用PMMA(a)和液体创可贴(b)转移结果对比图(样品实物)。
图3为使用PMMA(a)和液体创可贴(b)转移结果对比图(100倍光学显微镜下所得光镜图)。
图4为图3中a图的破损位置标记示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。
实施例1
本实施例中，石墨烯/铜箔样品由CVD方法制备的，石墨烯附着于铜箔上，不能直接使用，需要将石墨烯从铜箔基底上转移至目标基底上。本实施例中的目标基底是硅片，液体创可贴即液体绷带型号为3M Nexcare。如图1所示，其转移过程分为多步，下面详述具体的转移过程：
1.剪取一块2cm*2cm石墨烯/铜箔样品作为待转移的样品。
2.在石墨烯/铜箔样品的石墨烯表面滴上液体绷带，并以2000r/min转速进行旋涂，使石墨烯表面形成一层液体绷带保护膜，得到液体绷带/石墨烯/铜箔样品。
3.将液体绷带/石墨烯/铜箔样品漂浮在1mol/L FeCl3溶液液面上进行刻蚀，铜箔逐渐被FeCl3溶液腐蚀，待完全腐蚀完毕后，石墨烯与铜箔基底分离，得到液体绷带/石墨烯样品。
4.利用玻璃片从漂浮液体绷带/石墨烯样品的溶液下方伸入，将刻蚀干净的石墨烯从溶液中平托捞起，然后放入去离子水中对液体绷带/石墨烯样品反复清洗2～3次。
5.使用硅片作为目标基底将石墨烯捞起，捞起后石墨烯层平铺于硅片上，得到液体绷带/石墨烯/硅片。然后将其垂直静置晾干，利用重力让石墨烯与硅片之间的水分慢慢流失。
6.水分控干若干小时之后，加热液体绷带/石墨烯/硅片20分钟，去除硅片和石墨烯之间残留的水分并且加强石墨烯与硅片的结合。
7.将二氯甲烷加热至50℃，然后将上一步处理后的液体绷带/石墨烯/硅片浸没于二氯甲烷中，十五分钟后石墨烯表面的液体绷带被溶解去除完毕，得到石墨烯/硅片。
8.将石墨烯/硅片捞起，并用异丙醇进行喷淋清洗，去除多余的二氯甲烷等杂质。
9.再将石墨烯/硅片垂直晾干，利用重力使石墨烯和硅片之间的水分慢慢流失，由此完成石墨烯从铜箔基底到目标基底的转移过程。
用液体创可贴作为石墨烯表面保护膜，液体创可贴相比PMMA具有更高的强度和更低的刚度，可以使在溶液阶段的石墨烯尽可能展平，保证了石墨烯的完整性和良好性能。为了展示两者的区别，以PMMA为保护膜进行了相同的转移试验，其结果如图2所示。从图中可以看出，使用PMMA的石墨烯/硅片(图2a)表面存在肉眼可见的大量褶皱。进一步通过100倍光学显微镜对两者进行观察，其结果如图3所示，为了便于分辨，在图4中对图3a中的破损位置进行了圈出标记。从图中可以看出，使用PMMA转移获得的样品会出现更多的破损(图示圈出部分)，而本发明的样品则具有很好的完整性。因此相比较而言，本发明中采用液体创可贴转移的样品上有机物残留更少。而且，石墨烯表面的这些褶皱和破损，在去除PMMA后会造成石墨烯薄膜缺陷。综上所述，本发明的方法明显优于传统的PMMA转移方法。
实施例2
本实施例中，与实施例1的区别在于，步骤2中液体绷带不采用旋涂，而是通过喷涂的方式，在石墨烯表面形成一层液体绷带保护膜。因此其操作更为方便。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，各种有机溶剂、铜箔腐蚀溶液可以进行替换，不做限定。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，步骤如下：
S1：在待转移的石墨烯/铜箔样品的石墨烯表面旋涂或喷涂液体绷带，使石墨烯表面形成一层的液体绷带保护膜，得到液体绷带/石墨烯/铜箔样品；所述液体绷带的型号为3MNexcare；
S2：将液体绷带/石墨烯/铜箔样品漂浮在能腐蚀铜箔的溶液液面上进行刻蚀，使石墨烯与铜基底分离，得到液体绷带/石墨烯样品；
S3：刻蚀完毕后，利用玻璃片从液体绷带/石墨烯样品下方将捞起，并放入去离子水中反复清洗；
S4：使用目标基底将清洗后的液体绷带/石墨烯样品捞起垂直晾干，利用重力让石墨烯与基底之间的水分慢慢流失；
S5：待水分控干若干小时之后对基底进行加热，去除基底和石墨烯之间残留的水分，得到液体绷带/石墨烯/基底样品；
S6：利用有机溶剂对液体绷带/石墨烯/基底样品中石墨烯表面的液体绷带进行溶解去除，得到石墨烯/基底样品；
S7：对石墨烯/基底样品表面进行清洗，晾干。
2.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述能腐蚀铜箔的溶液为FeCl3溶液。
3.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述液体绷带/石墨烯样品在去离子水中清洗2～3次。
4.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述的目标基底为硅片。
5.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为二氯甲烷。
6.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，对石墨烯表面的液体绷带进行溶解去除的方法为：将液体绷带/石墨烯/基底样品浸没于有机溶剂中，加热，使液体绷带被完全溶解于有机溶剂中。
7.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，采用异丙醇对石墨烯/基底样品表面进行清洗。
8.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述石墨烯/基底样品行清洗后的晾干方式为：将石墨烯/基底样品垂直静置，利用重力使石墨烯和基底之间的水分逐渐流失。
9.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述的基底为硅片。
10.如权利要求1所述的基于液体创可贴保护层转移石墨烯的方法，其特征在于，所述的石墨烯/铜箔样品为化学气相沉积方法获得的表面附着石墨烯的铜箔。
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