很难将原子级薄膜(例如石墨烯、石墨烯基材料和其它二维材料)从生长基片移除，然后将该薄膜转移到第二基片。在去除和转移过程中，会发生撕裂和保形性问题。通过操控二维材料如石墨烯或石墨烯基材料形成复合结构的方法包括：提供附着至生长基片的二维材料；在二维材料附着于生长基片的同时将支撑层沉积于二维材料上；和将二维材料从生长基片上释放，在二维材料从生长基片上释放后，所述二维材料仍保持与支撑层相接触。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119，本申请要求2014年1月31日提交的美国临时专利申请61/934,537的优先权益，其全部内容通过引用纳入本文。关于联邦资助的研究或开发的声明不适用领域本专利技术主要涉及原子级的薄膜，更具体地，涉及一种操作石墨烯、石墨烯基材料及其它二维材料的方法。背景石墨烯是一种原子级的薄层碳，其中碳原子位于稠合六元环的单层或者少数堆叠层中(例如，20层或更少)，从而形成互相连接的六角型分子平面延展晶格，尽管平面晶格并非只有六元环一种基本结构。就此而言，石墨烯代表了SP2和SP杂化碳原子的平面排布，其可能或可能不表现出长程结晶顺序。在其不同形式下，石墨烯在很多应用领域中都获得了广泛的关注，主要是因为其具有高电导率和热导率，良好的机械延展性和独特的光学及电学特性的有利组合。在许多方面，石墨烯的性质都可以与碳纳米管材料媲美，因为这两种纳米材料都是基于一种延展的电学共轭连接碳框架。其它具有平面延展结构的二维材料也在不同应用中得到了关注。本文中所用的术语“二维材料”指的是任何具有原子厚度的延展平面结构，包括其单层或多层。多层二维材料可包含最多约20个堆叠层。由于石墨烯的延展平面结构，其具有了碳纳米管所没有的几个特征。工业特别感兴趣的是大面积石墨烯薄膜的应用，例如，特殊的阻隔层、涂层、大面积的导电元件(例如，无线电射频反射器或天线)、集成电路、透明电极，太阳能电池、气障、柔性电子件等。另外，石墨烯薄膜在目前相比较于碳纳米管材料能够更廉价地批量生产。原子厚度的和含单层或多层石墨烯的大面积石墨烯薄膜可以通过多种化学气相沉积法(CVD)生产。CVD生长发生在含金属的生长基片上，例如铜或者是镍箔，石墨烯在合成后牢牢地附着在生长基片上。甚至在空间上与生长基片表面隔离的多层石墨烯中的外层石墨烯也可以牢牢地与生长基片保持附着。石墨烯对其生长基片的牢固粘附使得石墨烯薄膜的完整剥离变得困难。金属生长基片对于利用石墨烯薄膜的下游应用往往是不理想的。例如，化学、电或者功能上的不兼容可能会导致当试图利用石墨烯薄膜时，它仍然附着或者与金属生长基片接触。因此，经常需要将石墨烯膜从金属生长基片上转移到第二基片上，在这里也被称为“功能基片”或“接收基片”。所述第二基片可以表现出更适合满足特定应用需求的特征。因为诸多原因，将石墨烯薄膜从其生长基片上去除，随后再把这层石墨烯薄膜转移到第二基片上是很困难的。尽管在原子基础上，石墨烯具有高机械强度，但是一旦将其它从其生长基片上脱离，其在宏观上是非常脆弱的。例如，撕裂、断裂和/或弯曲都可能在将石墨烯从它的生长基片上释放出来的过程中发生。在将石墨烯薄膜转移到第二基片上后，撕裂和弯曲能导致表面保形性和覆盖性较差。有些影响将石墨烯薄膜从生长基片上去除的方法也会对石墨烯薄膜产生不良的化学损伤，继而降低其所需的特性。一个解决无支撑石墨烯薄膜的困难的方案包括在石墨烯薄膜上沉积一个支撑层从而在转移的过程中暂时提供机械稳定性。聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)层已经应用到这方面。一旦完成到第二基片的转移，就将支撑层从石墨烯薄膜上去除，这就意味着支撑层是牺牲性的，它并不会在石墨烯薄膜最终的部署配置中与其保持相连。使用牺牲性支撑层来提升石墨烯薄膜转移不是理想的，其有很多原因，包括：例如，转移后层去除不完全、在(支撑)层去除过程中对石墨烯薄膜和/或第二基片的化学损伤，由于支撑层的束缚导致石墨烯薄膜到第二基片的表面保形性差，以及支撑层可能会渗入石墨烯薄膜的穿孔内。用于影响支撑层的去除过程的化学物质通常是明确与形成第二基片的聚合物材料不相容的。此外，从时间和成本的观点来看，沉积然后去除牺牲性支撑层的额外处理操作是不理想的。鉴于上述观点，不使用牺牲性支撑层来操作石墨烯薄膜的技术在本领域会有相当大的益处。本专利技术满足了上述需求，并同时提供了相关的优势。概述本文在不同实施例中对操作二维材料的方法进行了描述。在一些实施例中，所述方法可包括：提供附着至生长基片的二维材料，在该二维材料附着于生长基片的同时将支撑层沉积于该二维材料上，和将该二维材料从生长基片上释放。在该二维材料从生长基片上释放后，所述二维材料仍保持与支撑层相接触。在一些实施例中，本专利技术的方法可包括：提供附着于生长基片的石墨烯或石墨烯基薄膜，对膜进行打孔(穿孔)以在其中形成多个孔，在所述的膜附着于生长基片的同时将支撑层沉积在膜上，并将石墨烯或石墨烯基薄膜自生长基片上释放。所述石墨烯或石墨烯基薄膜在膜从生长基片释放后仍保持与支撑层相接触。在一些实施例中，所述生长基片包括金属，且所述支撑层含有多个孔。在另一些实施例中，本文描述了含有打孔石墨烯或石墨烯基薄膜和支撑层的过滤膜。所述过滤膜的制备方法包括：提供附着于生长基片的石墨烯或石墨烯基薄膜，对薄膜进行打孔从而在中形成多个孔，在所述的薄膜附着于生长基片的同时将支撑层沉积在薄膜上，并将石墨烯或石墨烯基薄膜自生长基片上释放。所述石墨烯或石墨烯基在薄膜从生长基片释放后仍保持与支撑层相接触。在一些实施例中，所述生长基片包括金属，且所述支撑层含有多个孔。上文相当宽泛地概括了本专利技术特征，从而使后文的具体描述更易理解。下文中将对本专利技术额外的特征和优点进行描述。结合下文描述及附图，此中及其它优点和特征将更为凸显。附图简述为了更完整地理解本专利技术及其优点，将结合参考下文的描述和附图对本专利技术的具体实施例进行描述，其中：图1是夹在生长基片和支撑层之间的石墨烯或石墨烯基薄膜的示意图；图2是在去除生长基片并释放石墨烯或石墨烯基薄膜后，石墨烯或石墨烯基薄膜仅与支撑层接触的示意图；图3是示意性方法的示意图，其中在生长基片上可以形成石墨烯或石墨烯基薄膜或其它二维材料，随后以支撑形式进行移除；图4和图5显示了示意性方法，其中通过蚀刻溶液可以使石墨烯或石墨烯基薄膜和多孔或渗透性支撑层从生长基质上脱离，然后连续转移至第二基片；和图6显示了其上沉积有大量静电纺丝PVDF纤维的石墨烯或石墨烯基薄膜的示意性SEM照片。图7显示了当(a)石墨烯或石墨烯基材料施用于现有的第二基片上和(b)第二基片施用于石墨烯或石墨烯基材料上时，位于石墨烯或石墨烯基材料和第二基片之间的碎片所引起的破坏的示意图。图8显示了图7(a)中所示在膜和现有第二基片之间的碎片引起的石墨烯或石墨烯基破坏的示意性SEM照片。详述本专利技术部分涉及形成复合结构的方法，所述复合结构含有非牺牲性支撑层和石墨烯、石墨烯基或其它二维材料。石墨烯基材料包括(但不限于)单层石墨烯、多层石墨烯或相互连通的单层或多层石墨烯域及其组合。在实施例中，多层石墨烯包括2-20层、2-10层或2-5层。在实施例中，石墨烯是石墨烯基材料的主要材料。例如，石墨烯基材料包括至少30％的石墨烯、或至少40％的石墨烯、或至少50％的石墨烯、或至少60％的石墨烯、或至少70％的石墨烯、或至少80％的石墨烯、或至少90％的石墨烯、或至少95％的石墨烯。在实施例中，石墨烯基材料包括石墨烯范围选自30％-95％，或40％-80％或50％-70％。如本文所用，“域”指的是材料中原子在晶格中排序一致的区域。域在其界限内是一致的，但与邻近区域有所不同。例如，单晶材料具有有序原子的单一域。在一实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括：提供附着至生长基片的二维材料；在二维材料附着于生长基片的同时将支撑层沉积于二维材料上；和将二维材料从生长基片上释放，在二维材料从生长基片上释放后，所述二维材料仍保持与支撑层相接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 US 61/934,5371.一种方法，包括：提供附着至生长基片的二维材料；在二维材料附着于生长基片的同时将支撑层沉积于二维材料上；和将二维材料从生长基片上释放，在二维材料从生长基片上释放后，所述二维材料仍保持与支撑层相接触。2.如权利要求1所述的方法，其中，将二维材料从生长基片上释放包括对所述生长基片进行蚀刻。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述二维材料包括石墨烯或石墨烯基薄膜、过渡金属的二硫化物、α-氮化硼、硅烯、锗烯或其组合。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述支撑层的厚度为1mm或更低。5.如权利要求1所述的方法，还包含：向所述支撑层引入多个孔。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述支撑层包括通过湿性静电纺丝法或干性静电纺丝法在二维材料上形成的大量聚合物丝，在沉积支撑层的同时在支撑层中引入多个孔。7.如权利要求5所述的方法，其中，所述支撑层包括涂覆于所述二维材料上的聚合薄膜，所述聚合薄膜还包括牺牲性材料，其在沉积在所述支撑层后降解、去除或溶解以在支撑层引入多个孔。8.如权利要求5所述的方法，其中，所述支撑层在其整个厚度中具有多孔性梯度。9.如权利要求5所述的方法，其中，所述支撑层包括通过原子层沉积法沉积的陶瓷材料。10.如权利要求5所述的方法，还包括：在二维材料上打孔从而向其引入多个孔，所述二维材料中的多个孔比在所述支撑层中的多个孔至少小10倍。11.如权利要求10所述的方法，其中，在支撑层沉积之前，对二维材料进行打孔。12.如权利要求10所述的方法，其中，在二维材料沉积从生长基片释放后，对所述二维材料进行打孔。13.如权利要求10所述的方法，还包括，将所述二维材料和所述支撑层转移至...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·L·辛萨鲍夫，P·V·贝得沃斯，D·F·小凯希，S·E·海瑟，S·W·辛顿，R·M·斯托豋伯格，J·L·斯维特，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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