JP2018506494A - グラフェンおよび疎水性基板上にcvd成長させたグラフェンを転写するための高分子不使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施例1において、OTS処理済み「Willow」ガラスサンプル25.4×25.4mm×150μm厚を転写に使用する。グラフェン源は、スペイン国のGrapheneaから得た銅上のCVD成長単層グラフェンであり、受け取ったまま使用される。シラン化前に、この「Willow」ガラスサンプルを、先に記載した表面洗浄手順にしたがって洗浄する。このサンプルのシラン化は、5.0時間に亘りトルエン中に1.5体積%のOTSを含有するOTS溶液内の浸漬被覆によって行う。処理後工程は、ヘキサンおよびエタノール中での濯ぎ、並びに30分間に亘る110℃での焼成を含む。単層グラフェンは、先の工程3に記載された転写手順にしたがってOTS処理済みガラス上に転写される。転写された膜は、その膜の連続性および品質および光透過率をそれぞれ決定するために、ラマン分光法、および紫外線−可視線分光光度法によって特徴付けられる。その結果は、転写されたグラフェンは、欠陥密度がなく、良好な透過率を有する連続単層膜であることを示す(図6Aおよび6B参照)。転写膜の性質が表2に示されている。
実施例2において、PFOTS処理済み「Willow」ガラスサンプル25.4×25.4mm×150μm厚を転写に使用する。グラフェン源および「Willow」ガラスサンプルの前処理は、実施例1と同じである。サンプルのシラン化は、1.0時間に亘りメタノール中に1.5体積%のPFOTSを含有するPFOTS溶液中の浸漬被覆により行われる。処理後工程は、メタノール中での濯ぎ、および30分間に亘る110℃での焼成を含む。グラフェン転写および転写膜の特徴付けは、実施例1と同じ様式で行われる。膜の品質および被覆率は実施例1と同じである(図7Aおよび7B参照)。転写膜の性質が表2に示されている。
実施例3において、OTS処理済み「EagleXG」(「EXG」)ガラスサンプル25.4×25.4mm×150μm厚を転写に使用する。グラフェン源およびEXGガラスサンプルの前処理は、実施例1と同じである。サンプルのシラン化は、1.5時間に亘りトルエン中に3.2体積%のOTS、2.5体積%のHClを含有するOTS溶液中の浸漬被覆により行われる。処理後工程は、トルエンおよびエタノール中での濯ぎ、並びに30分間に亘る110℃での焼成を含む。グラフェン転写および転写膜の特徴付けは、実施例1と同じ様式で行われる。膜は連続的であり、欠陥密度は非常に低い(図8Aおよび8B参照)。転写膜の性質が表2に示されている。
比較例1において、超洗浄した「Willow」ガラスサンプル25.4×25.4mm×150μm厚を転写に使用する。グラフェン源は、実施例1と同じである。図5に示されたPMMA方法により、グラフェン膜を「Willow」サンプル上に転写する。このPMMAは、最初に、50秒間に亘り4000rpmの回転速度でGr/銅箔の上面に回転塗布される。次いで、そのサンプルを1時間に亘り120℃のオーブン内で加熱して、どのような溶媒も除去し、1MのFeCl3溶液上に浮かせて、銅箔をエッチングにより除去する。残りのPMMA/Grサンプルを脱イオン(DI)水中で濯ぎ、サンプルをガラス基板に転写する。グラフェン/PMMA積層体を3.5時間に亘りNMP中に漬ける。このPMMAは、アセトンを使用して溶かし、次いで、メタノール−水(体積で1:1)中で濯ぐ。ラマンスペクトルおよびマッピング画像が、図9Aおよび9Bに示されている。ICFOから得られる転写グラフェンの測定性質が、表2に報告されている。グラフェンのPMMA転写を再現するために、いくつかの試みが失敗に終わる。しかしながら、この方法は、転写過程を行うための非常に複雑な技能を必要とする。
方法において、
a.形成基板上に無垢な表面および無垢ではない表面を有するグラフェン層を形成する工程であって、前記無垢な表面が前記形成基板と接触している表面である工程;
b.前記形成基板上に形成された前記グラフェン層を標的基板に、
i.前記グラフェン層の前記無垢ではない表面を、該グラフェン層を前記標的基板に付着させるのに十分な力で、前記標的基板に接触させ、
ii.前記形成基板および前記標的基板を分離する、
ことによって、転写する工程と;
を有してなり、
前記標的基板は、約90°から約150°の接触角を有する疎水性表面を有する材料から作られており、
転写後、前記グラフェン層の前記無垢な表面が5原子%未満の有機不純物を有する、方法。
前記標的基板が無機材料から作られている、実施形態1に記載の方法。
前記無機材料がガラスを含む、実施形態1または2に記載の方法。
前記ガラスが、約0.5mm以下の厚さを有する可撓性ガラス基板、もしくは熱または化学強化ガラスから作られている、実施形態3に記載の方法。
前記接触させる工程が、前記形成基板および前記標的基板を100psi(約690kPa)超の圧力で互いに加圧する工程を含む、実施形態1から4いずれか1つに記載の方法。
前記分離する工程が、前記形成基板をエッチングする工程を含む、実施形態1から5いずれか1つに記載の方法。
前記標的基板の疎水性表面が、化学的、熱的、物理的、または電気的方法によって形成される、実施形態1から6いずれか1つに記載の方法。
前記疎水性表面が、前記標的基板上の有機コーティングを備える、実施形態1から7いずれか1つに記載の方法。
前記有機コーティングがシランから作られている、実施形態8に記載の方法。
前記標的基板を化学修飾する工程をさらに含む、実施形態1から9いずれか1つに記載の方法。
前記標的基板が無機材料から作られている、実施形態10に記載の方法。
前記無機材料が、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミックを含む、実施形態11に記載の方法。
前記無機材料が、約0.5mm以下の厚さを有する可撓性ガラス基板、もしくは熱または化学強化ガラスから作られている、実施形態12に記載の方法。
前記疎水性表面が、前記標的基板上に高分子コーティングを備える、実施形態10から13いずれか1つに記載の方法。
前記高分子コーティングがシランから作られている、実施形態14に記載の方法。
前記標的基板を化学修飾する前に、該標的基板を洗浄する工程をさらに含む、実施形態10から15いずれか1つに記載の方法。
前記洗浄工程が、以下の工程:
a.O2プラズマ処理による洗浄、
b.H2O2およびNH4OH水溶液による洗浄、または
c.H2O2およびHCl水溶液による洗浄、
の1つ以上を含む、実施形態16に記載の方法。
物品において、
a.約90°から約150°の接触角を有する少なくとも1つの化学修飾された疎水性表面を持つガラス、ガラスセラミック、またはセラミック基板と;
b.5原子%未満の有機不純物を有する無垢な表面および無垢ではない表面を持つグラフェン層と;
を備え、
前記疎水性表面および前記無垢ではない表面が互いに接触している、物品。
前記疎水性表面が有機コーティングを備える、実施形態18に記載の物品。
前記有機コーティングがシランから作られている、実施形態19に記載の物品。
前記基板がガラスである、実施形態18から20いずれか1つに記載の物品。
前記ガラスが可撓性ガラスである、実施形態21に記載の物品。
前記ガラスが化学または熱強化ガラスである、実施形態21に記載の物品。
前記グラフェン層が約10%以上の被覆率レベルを有する、実施形態18から23いずれか1つに記載の物品。
Claims (10)
- 方法において、
a.形成基板上に無垢な表面および無垢ではない表面を有するグラフェン層を形成する工程であって、前記無垢な表面が前記形成基板と接触している表面である工程;
b.前記形成基板上に形成された前記グラフェン層を標的基板に、
i.前記グラフェン層の前記無垢ではない表面を、該グラフェン層を前記標的基板に付着させるのに十分な力で、前記標的基板に接触させ、
ii.前記形成基板および前記標的基板を分離する、
ことによって、転写する工程と;
を有してなり、
前記標的基板は、約90°から約150°の接触角を有する疎水性表面を有する材料から作られており、
転写後、前記グラフェン層の前記無垢な表面が5原子%未満の有機不純物を有する、方法。 - 前記接触させる工程が、前記形成基板および前記標的基板を100psi(約690kPa)超の圧力で互いに加圧する工程を含む、請求項1記載の方法。
- 前記分離する工程が、前記形成基板をエッチングする工程を含む、請求項1または2記載の方法。
- 前記標的基板の疎水性表面が、化学的、熱的、物理的、または電気的方法によって形成される、請求項1から3いずれか1項記載の方法。
- 前記疎水性表面が、前記標的基板上の有機コーティングを備える、請求項1から4いずれか1項記載の方法。
- 前記標的基板を化学修飾する工程をさらに含む、請求項1から5いずれか1項記載の方法。
- 前記標的基板が、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミックから作られている、請求項1から6いずれか1項記載の方法。
- 物品において、
a.約90°から約150°の接触角を有する少なくとも1つの化学修飾された疎水性表面を持つガラス、ガラスセラミック、またはセラミック基板と;
b.5原子%未満の有機不純物を有する無垢な表面および無垢ではない表面を持つグラフェン層と;
を備え、
前記疎水性表面および前記無垢ではない表面が互いに接触している、物品。 - 前記ガラスが、化学または熱強化ガラス、もしくは可撓性ガラスである、請求項8記載の物品。
- 前記グラフェン層が約10%以上の被覆率レベルを有する、請求項8または9記載の物品。
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