CN112551517A - 一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法 - Google Patents

一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，通过将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，并向所述水槽中注入清洗液，对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；将所述清洗液抽出，石墨烯薄膜和保护膜附着转移至目标衬底上，取出目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥；将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，将丙酮溶液抽出；取出目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移，实现大面积转移金属基底的石墨烯，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂的技术效果。

Description

一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法
技术领域
本发明涉及二维材料技术领域，特别涉及一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法。
背景技术
石墨烯是碳原子按杂化轨道组成六角型晶格的单原子层平面薄膜，作为一种新型半导体材料具有很多的优良特性。因具备有特殊的纳米结构以及电学和热力学特性，如高的力学强度，高的热导率，高的比表面积和高的电子迁移率等，在微纳电子器件、光电催化、生物传感、燃料电池等领域表现出巨大的应用潜力，成为了近些年来的国际研究热点。
目前，工业化大规模制备单层石墨烯薄膜主要采用的是化学气相沉积法，其原理是利用甲烷等含碳化合物作为碳源,通过碳源在催化基底表面的高温分解生长得到石墨烯，而制约化学气相沉积法石墨烯的大批量应用的关键是石墨烯的高性能转移方法。石墨烯的常规转移技术分为铜衬底湿法刻蚀转移技术和电化学剥离技术。
由于现有技术中转移过程中容易引起石墨烯的褶皱或破损，破坏石墨烯完整性的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，用以解决现有技术中转移过程中容易引起石墨烯的褶皱或破损，破坏石墨烯完整性的技术问题，达到了控制石墨烯转移的具体位置，实现大面积转移金属基底的石墨烯，确保石墨烯与目标衬底有较好的接触，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的技术效果。
为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，所述方法包括：将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移。
优选地，所述保护膜为PMMA保护膜。
优选地，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液。
优选地，所述清洗液为去离子水。
第二方面，本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的装置，所述装置包括：水槽；目标衬底，所述目标衬底放置在所述水槽的底面，且所述目标衬底的面积小于所述水槽的底面面积；刻蚀液，所述刻蚀液充斥在所述水槽内，且所述刻蚀液在所述水槽内具有第一液面；注射器，所述注射器紧挨所述水槽的侧壁进入所述刻蚀液中。
优选地，所述装置还包括：金属基底，所述金属基底上覆盖一层石墨烯薄膜，且所述金属基底沉浸在所述刻蚀液的第一液面处。
优选地，所述装置还包括：保护膜，所述保护膜覆盖在所述石墨烯薄膜上。
优选地，所述水槽容积范围为10ml～1000mL。
优选地，所述水槽、所述液体流入管与所述液体流出管的材质采用聚四氟、陶瓷、聚碳酸酯、玻璃或石英。
优选地，所述石墨烯薄膜的尺寸范围可以为1mm～305mm。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，通过将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移，实现大面积转移金属基底的石墨烯，调控石墨烯转移到目标衬底上的具体位置，确保石墨烯与目标衬底有较好的接触，保留石墨烯薄膜固有的优良特性，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本说明书实施例中转移金属基底上石墨烯薄膜的方法的流程图；
图2为本说明书实施例中转移金属基底上石墨烯薄膜的装置的结构示意图；
图3为本说明书实施例中转移金属基底上石墨烯薄膜后得到石墨烯薄膜的光学显微镜照片。
附图标记说明：水槽1，注射器2，目标衬底3，金属基底4，石墨烯薄膜5，保护膜6，刻蚀液7。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，用以解决现有技术中转移过程中容易引起石墨烯的褶皱或破损，破坏石墨烯完整性的技术问题，达到了控制石墨烯转移的具体位置，保留石墨烯薄膜固有的优良特性，便于实现大面积转移金属基底的石墨烯，调控石墨烯转移到目标衬底上的具体位置，确保石墨烯与目标衬底有较好的接触，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的技术效果。
本发明实施例中的技术方案，通过将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移，实现大面积转移金属基底的石墨烯，调控石墨烯转移到目标衬底上的具体位置，确保石墨烯与目标衬底有较好的接触，保留石墨烯薄膜固有的优良特性，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的技术效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，请参考图1、图3，所述方法包括S110-S150：
S110：将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；
进一步的，所述保护膜为PMMA保护膜。进一步的，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液。
具体而言，将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层PMMA保护膜。将水槽中加入刻蚀液过硫酸铵溶液至所述水槽的第一刻度，如水槽的50mL处。将带有保护膜的石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀。刻蚀完成后，只剩所述保护膜和所述石墨烯薄膜漂浮在刻蚀液中。
S120：将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；
S130：用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；
进一步的，所述清洗液为去离子水。
具体而言，将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，如去离子水。稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗，用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上。
S140：将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；
S150：取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移。
具体而言，将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中将所述目标衬底完全覆盖住，将所述石墨烯薄膜上的保护膜溶解掉，所述石墨烯薄膜紧贴附着在所述目标衬底上，不会与所述目标衬底发生分离。用所述注射器将所述丙酮溶液抽出，取出紧贴在一起的所述石墨烯薄膜与所述目标衬底，且对所述目标衬底第二次加热干燥，提高所述石墨烯薄膜在所述目标衬底表面的粘附力，完成所述石墨烯薄膜的转移。转移所得石墨烯薄膜的光学显微镜照片如图3所示，可以看出所述石墨烯薄膜完整干净无破损，而通过常规湿法转移过程所得石墨烯薄膜会产生许多褶皱和孔洞，从而达到了降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的效果。
实施例二
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的装置，请参考图2，所述装置包括：
水槽1；目标衬底3，所述目标衬底3放置在所述水槽1的底面，且所述目标衬底3的面积小于所述水槽1的底面面积；刻蚀液7，所述刻蚀液7充斥在所述水槽1内，且所述刻蚀液7在所述水槽1内具有第一液面；
进一步的，所述水槽1容积范围为10ml～1000mL。进一步的，所述水槽1的材质采用聚四氟、陶瓷、聚碳酸酯、玻璃或石英。
具体而言，本申请实施例提供了转移金属基底上石墨烯薄膜的装置，所述装置包括：水槽1、注射器2、目标衬底3等。本申请实施例中的所述水槽1容积范围为10ml～1000mL，作为优选，所述水槽1容积为200mL。所述水槽1的材质采用聚四氟、陶瓷、聚碳酸酯、玻璃或石英等，作为优选，所述水槽1的材质为玻璃。所述水槽1的截面可以为圆形、椭圆、方形等，作为优选，水槽截面为圆形。所述目标衬底3放置在所述水槽1的底面，且所述目标衬底3的面积小于所述水槽1的底面面积。在所述水槽1内注入所述刻蚀液7，且所述刻蚀液7在所述水槽1内具有第一液面，即所述刻蚀液7能够完全覆盖所述目标衬底3。
注射器2，所述注射器2紧挨所述水槽1的侧壁进入所述刻蚀液7中。
进一步的，所述装置还包括：金属基底4，所述金属基底4上覆盖一层石墨烯薄膜5，且所述金属基底4沉浸在所述刻蚀液7的第一液面处。进一步的，所述装置还包括：保护膜6，所述保护膜6覆盖在所述石墨烯薄膜5上。进一步的，所述石墨烯薄膜5的尺寸范围可以为1mm～305mm。
具体而言，在所述金属基底4上生长一层石墨烯薄膜5，通过旋涂一层较薄的PMMA保护膜作为所述石墨烯薄膜5转移的所述保护膜6。将所述金属基底4沉浸在所述刻蚀液7的第一液面处，便于刻蚀金属基底4。所述金属基底4沉浸在所述刻蚀液9中，其中所述刻蚀液9为过硫酸铵溶液。所述石墨烯薄膜5的尺寸范围可以为1mm～305mm，作为优选，所述石墨烯薄膜5的尺寸为50mm。当刻蚀完成，将所述注射器2紧挨所述水槽1的侧壁进入所述刻蚀液7中，将所述刻蚀液7抽出。再通过所述注射器2向所述水槽1中注入和抽出清洗液清洗所述石墨烯薄膜5和所述保护膜6，随后通过所述注射器2向所述水槽1中注入和抽出丙酮溶液溶解所述保护膜6，完成所述石墨烯薄膜5的转移。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供了一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，通过将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移，实现大面积转移金属基底的石墨烯，调控石墨烯转移到目标衬底上的具体位置，确保石墨烯与目标衬底有较好的接触，保留石墨烯薄膜固有的优良特性，降低石墨烯薄膜在转移过程中的破裂，提高转移石墨烯的质量的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种转移金属基底上石墨烯薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括：
将生长在金属基底上的石墨烯薄膜上旋涂一层保护膜，将水槽中加入刻蚀液，将带有所述石墨烯薄膜的所述金属基底放置在水槽中的刻蚀液中，对所述金属基底进行完全刻蚀；
将所述水槽内的刻蚀液用注射器抽出，用所述注射器向所述水槽中注入清洗液，稀释残余的所述刻蚀液对所述石墨烯薄膜和所述保护膜进行多次清洗；
用所述注射器将所述清洗液从所述水槽中抽出，所述石墨烯薄膜和所述保护膜附着转移至目标衬底上，取出所述目标衬底且对所述目标衬底第一次加热干燥，所述石墨烯薄膜紧贴在所述目标衬底上；
将加热干燥后的所述目标衬底放在所述水槽的底面，用所述注射器将丙酮溶液注入所述水槽中溶解所述保护膜，用所述注射器将所述丙酮溶液抽出；
取出所述目标衬底且对所述目标衬底第二次加热干燥，完成所述石墨烯薄膜的转移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护膜为PMMA保护膜。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗液为去离子水。
5.一种转移金属基底上石墨烯薄膜的装置，其特征在于，所述装置包括：
水槽；
目标衬底，所述目标衬底放置在所述水槽的底面，且所述目标衬底的面积小于所述水槽的底面面积；
刻蚀液，所述刻蚀液充斥在所述水槽内，且所述刻蚀液在所述水槽内具有第一液面；
注射器，所述注射器紧挨所述水槽的侧壁进入所述刻蚀液中。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
金属基底，所述金属基底上覆盖一层石墨烯薄膜，且所述金属基底沉浸在所述刻蚀液的第一液面处。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
保护膜，所述保护膜覆盖在所述石墨烯薄膜上。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述水槽容积范围为10ml～1000mL。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述水槽、所述液体流入管与所述液体流出管的材质采用聚四氟、陶瓷、聚碳酸酯、玻璃或石英。
10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述石墨烯薄膜的尺寸范围为1mm～305mm。
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