CN115246657B - 一种转移二维材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种转移二维材料的方法，其包括以下步骤：(1)将PMMA涂覆至带有SiO2基片的二维材料的表面上；(2)将热释放胶带平整贴合至PDMS软膜，制得复合支撑层；(3)将所述复合支撑层的PDMS侧平整贴合至步骤(1)产品的PMMA侧；(4)将步骤(3)制得的产品置于热碱性溶液中，使得SiO2基片从步骤(3)制得的产品上脱离；(5)将步骤(4)制得的产品的二维材料侧平整贴合至目标衬底；(6)将步骤(5)制得的产品加热，使得热释放胶带从步骤(5)制得的产品上脱离；(7)将步骤(6)制得的产品置于有机溶剂中，使得PDMS/PMMA从步骤(6)制得的产品上脱离，得到二维材料/目标衬底。本发明的方法可以以原子级平整度转移大面积的二维材料。
Description
技术领域
本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及一种转移二维材料的方法。
背景技术
二维材料因为其有趣的物理和化学特性得到了广泛的研究。此外，二维材料通过范德瓦尔斯力与衬底结合，所以理论上它可以和任意衬底结合，这大大拓展了其使用场景。在这个过程中，二维材料转移技术就变得至关重要。
现有技术中转移二维材料的技术通常是采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)去捞位于基片上的二维材料(参见J.Pu,Y.Yomogida,K.-K.Liu,L.-J.Li,Y.Iwasa and T.Takenobu,Nano Letters 2012,12,4013.)。通过该现有技术的方法无法实现大面积(如高达3mm×3mm)的二维材料以原子级平整度进行转移。通过该现有技术的方法去转移大面积的二维材料时，会导致二维材料出现褶皱，以及因为冲洗不干净带来的杂质。
目前，急需一种能够以原子级平整度转移大面积二维材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简洁方便且确保可以以原子级平整度转移大面积二维材料的方法。
本发明的上述目的是通过如下技术方案进行的。
本发明提供一种二硫化钼转移二维材料的方法，其包括以下步骤：
(1)将PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)涂覆至带有SiO2基片的二维材料的表面上，制得PMMA/二维材料/SiO2基片；
(2)将热释放胶带平整贴合至PDMS(聚二甲基硅氧烷)软膜，制得复合支撑层，即热释放胶带/PDMS；
(3)将所述复合支撑层的PDMS侧平整贴合至步骤(1)得到的PMMA/二维材料/SiO2基片的PMMA侧，制得热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料/SiO2基片；
(4)将步骤(3)制得的产品置于热碱性溶液中，使得SiO2基片从步骤(3)制得的产品上脱离，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料；
(5)将步骤(4)制得的产品的二维材料侧平整贴合至目标衬底，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料/目标衬底；
(6)将步骤(5)制得的产品加热，使得热释放胶带从步骤(5)制得的产品上脱离，得到PDMS/PMMA/二维材料/目标衬底；
(7)将步骤(6)制得的产品置于丙酮中，使得PDMS/PMMA从步骤(6)制得的产品上脱离，得到二维材料/目标衬底。
本申请的发明人出乎意料的发现，通过在本发明的方法中采用本发明的复合支撑层，即热释放胶带/PDMS，可以实现以原子级平整度转移大面积的二维材料。不希望受理论束缚，这可能是由于热释放胶带赋予了复合支撑层一定的硬度，可以使得二维材料不会出现褶皱。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中的涂覆是通过旋涂进行的。
优选地，在本发明所述的方法中，所述旋涂是在如下条件下进行的：旋涂转速为3000-4000rpm，旋涂时间为1-2min。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中PDMS软膜的厚度为0.2-0.5mm。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的热碱性溶液的温度为80-100℃。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的热碱性溶液为热NaOH溶液和/或热KOH溶液。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的热碱性溶液的浓度为0.23-0.25g/ml。
优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的将步骤(5)制得的产品加热是在如下条件下进行的：将步骤(5)制得的产品于80-100℃加热2-5min。
本申请的发明人出乎意料的发现，当步骤(7)中的有机溶剂为丙酮时，可以使得PDMS/PMMA更容易脱离步骤(6)制得的产品，且被转移的二维材料不会出现褶皱。不希望受理论束缚，这主要是由于丙酮可以溶解PMMA，进而使PDMS/PMMA脱离步骤(6)制得的产品。
优选地，在本发明所述的方法中，所述二维材料为二硫化钼、二碲化钼或二硫化钨等。
本发明的方法对本发明的SiO2基片并无特别限定，通常可以采用290-300nm厚度的SiO2基片，比如300nm厚度的SiO2基片。此外，本发明的SiO2基片不贴合二维材料的一侧也可以与Si基片相连。
本发明具有如下有益效果：
本发明的方法操作简洁方便且确保可以以原子级平整度转移大面积(高达3mm×3mm)的二维材料。由于本发明的方法可以将大面积的二维材料以原子级平整度转移到任意目标衬底上，因此，本发明的方法为后续二维材料研究提供了良好基础。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明的实施例1中的二硫化钼转移前的原子力显微镜(AFM)图；
图2为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的原子力显微镜图；
图3为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的拉曼图；
图4为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的照片；
图5为对比例1中的二硫化钼转移后的照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
(1)将市售的PMMA(泰州巨纳新材料有限公司)旋涂至带有SiO2基片(300nm厚)的二硫化钼的表面(3mm×3mm)上，之后热台烤1min，以制得PMMA/二硫化钼/SiO2基片；其中，旋涂是在如下条件下进行的：旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为1min；
(2)将市售的热释放胶带(泰州巨纳新材料有限公司)放置平整，然后将市售的0.5mm厚度的PDMS软膜(泰州巨纳新材料有限公司)与平整放置的热释放胶带贴合，制得复合支撑层，即热释放胶带/PDMS；
(3)将所述复合支撑层的PDMS侧平整贴合至步骤(1)得到的PMMA/二硫化钼/SiO2基片的PMMA侧，制得热释放胶带/PDMS/PMMA/二硫化钼/SiO2基片；
(4)将步骤(3)制得的产品置于0.23g/ml的100℃的NaOH溶液中，使得SiO2基片脱离步骤(3)制得的产品，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二硫化钼；
(5)用镊子将步骤(4)制得的产品提取出来，并使用流动的去离子水冲洗，之后用气枪吹干；然后将其二硫化钼侧平整贴合至目标衬底钛酸钡，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二硫化钼/目标衬底；
(6)将步骤(5)制得的产品加热至100℃持续约2min，使得热释放胶带脱离步骤(5)制得的产品，得到PDMS/PMMA/二硫化钼/目标衬底；
(7)将步骤(6)制得的产品置于丙酮中，使得PDMS/PMMA脱离步骤(6)制得的产品，得到二硫化钼/目标衬底，然后用流动的丙酮冲洗数次，并用气枪吹干。
对比例1
该对比例转移二维材料二硫化钼的方法同实施例1，除了不包含实施例1的复合支撑层的步骤。具体地，采用以下方法：
(1)将市售的PMMA(泰州巨纳新材料有限公司)旋涂至带有SiO2基片(300nm厚)的二硫化钼的表面(5mm×5mm)上，之后热台烤1min，以制得PMMA/二硫化钼/SiO2基片；其中，旋涂是在如下条件下进行的：旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为1min；
(2)将步骤(1)制得的产品置于0.23g/ml的100℃的NaOH溶液中，使得SiO2基片脱离步骤(1)制得的产品，得到PMMA/二硫化钼；
(3)用镊子将步骤(2)制得的产品提取出来，并使用流动的去离子水冲洗，之后用气枪吹干；然后将其二硫化钼侧平整贴合至目标衬底钛酸钡衬底，得到PMMA/二硫化钼/目标衬底；
(4)将步骤(3)制得的产品加热至100℃持续约2min，使得热释放胶带脱离步骤(3)制得的产品，得到PDMS/PMMA/二硫化钼/目标衬底；
(5)将步骤(4)制得的产品置于丙酮中，使得PDMS/PMMA脱离步骤(4)制得的产品，得到二硫化钼/目标衬底，然后用流动的丙酮冲洗数次，并用气枪吹干。
图1为本发明的实施例1中的二硫化钼转移前的原子力显微镜(AFM)图。图2为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的原子力显微镜图。由图1和图2的对比可以看出，转移之后二硫化钼表面依旧可以保持原子级的平整度。
图3为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的拉曼图。图3示出了转移之后的二硫化钼的特性没有改变。
图4为本发明的实施例1中的二硫化钼转移后的照片。图4示出了本发明可以以原子级平整度转移大面积(3mm×3mm)的二维材料。
图5为对比例1中的二硫化钼转移后的原子力显微镜图。图5示出了当不采用本发明的复合支撑层时，无法以原子级平整度转移大面积(3mm×3mm)的二维材料。
Claims (8)
1.一种转移二维材料的方法，其包括以下步骤：
(1)将PMMA涂覆至带有SiO2基片的二维材料的表面上，制得PMMA/二维材料/SiO2基片；
(2)将热释放胶带平整贴合至PDMS软膜，制得复合支撑层，即热释放胶带/PDMS；
(3)将所述复合支撑层的PDMS侧平整贴合至步骤(1)得到的PMMA/二维材料/SiO2基片的PMMA侧，制得热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料/SiO2基片；
(4)将步骤(3)制得的产品置于热碱性溶液中，使得SiO2基片从步骤(3)制得的产品上脱离，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料；
(5)将步骤(4)制得的产品的二维材料侧平整贴合至目标衬底，得到热释放胶带/PDMS/PMMA/二维材料/目标衬底；
(6)将步骤(5)制得的产品加热，使得热释放胶带从步骤(5)制得的产品上脱离，得到PDMS/PMMA/二维材料/目标衬底；
(7)将步骤(6)制得的产品置于丙酮中，使得PDMS/PMMA从步骤(6)制得的产品上脱离，得到二维材料/目标衬底；
所述步骤(6)中的将步骤(5)制得的产品加热是在如下条件下进行的：将步骤(5)制得的产品于80-100℃加热2-5min。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)中的涂覆是通过旋涂进行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述旋涂是在如下条件下进行的：旋涂转速为3000-4000rpm，旋涂时间为1-2min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)中PDMS软膜的厚度为0.2-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(4)中的热碱性溶液的温度为80-100℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(4)中的热碱性溶液为热NaOH溶液和/或热KOH溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(4)中的热碱性溶液的浓度为0.23-0.25g/ml。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二维材料为二硫化钼、二碲化钼或二硫化钨。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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