一种石墨烯薄膜的转移方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯薄膜的转移方法，所述方法至少包括步骤：首先提供一金属基底，在所述金属基底表面依次形成有石墨烯薄膜、有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层，所述有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层均具有表面能或粘性；之后将所述石墨烯薄膜与金属基底剥离，然后将所述石墨烯薄膜与目标衬底贴合；最后依次剥离所述聚合物框架支撑层和有机聚合物保护层。本发明专利技术利用有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层具有的合适表面能或本身粘性，两者可以直接贴合而不需要胶粘，并在转移后具有可无损剥离的特性同时满足简化、稳定工艺并保证石墨烯薄膜的完整转移以及金属基底的重复利用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，所述方法至少包括步骤：首先提供一金属基底，在所述金属基底表面依次形成有石墨烯薄膜、有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层，所述有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层均具有表面能或粘性；之后将所述石墨烯薄膜与金属基底剥离，然后将所述石墨烯薄膜与目标衬底贴合；最后依次剥离所述聚合物框架支撑层和有机聚合物保护层。本专利技术利用有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层具有的合适表面能或本身粘性，两者可以直接贴合而不需要胶粘，并在转移后具有可无损剥离的特性同时满足简化、稳定工艺并保证石墨烯薄膜的完整转移以及金属基底的重复利用。【专利说明】
本专利技术涉及材料制备加工领域，特别是涉及。
技术介绍
石墨烯是一种单层碳原子以六边形结构排布而成的具有蜂窝状结构的二维材料， 自2004年首次通过微机械剥离制取以来，因其独特的光学、电学、热学以及力学性质，得到 了来自世界各地的研究人员的广泛关注。在过去的十年中，多种方法和工艺被开发应用于 石墨烯薄膜的制备，主要为微机械剥离法、氧化还原法、外延生长法以及金属催化的化学气 相沉积（CVD)法。因为金属催化CVD法在生长大面积连续石墨烯薄膜方面存在优势，所以， 该方法成为现在石墨烯薄膜的主要生长方式。其采用金属基底如铜、镍等作为基底和催化 齐U，催化甲烷、乙炔等碳源的分解与沉积，从而实现石墨烯薄膜的连续生长，获得附着于金 属基底上的石墨烯薄膜。在实际应用中，通常要求石墨烯薄膜位于石英玻璃、硅、聚对苯二 甲酸乙二醇酯等基底或者器件的功能层薄膜上，因此，如何将生长在金属基底上的石墨烯 薄膜转移到目标衬底上至关重要。 生长于金属基底上的石墨烯薄膜的转移方法很多，其中使用聚合物作为保护层并 溶解金属基底的方法是非常重要的一种方法。该方法是在生长于金属基底上的石墨烯表 面旋涂一层聚合物支撑层，通过腐蚀溶液将金属溶解，得到自由的聚合物/石墨烯薄膜，再 将其转移到目标衬底。该方法是目前被研究最多的方法，有着工艺稳定、转移技术成熟、操 作过程较简单等优点，但同时该方法也具有金属基底不可重复利用性以及时间消耗长等缺 点。从而，电化学鼓泡这种能降低时间消耗并能同时保证金属基底可重复利用的技术应运 而生。电化学鼓泡技术是在生长在金属基底上的石墨烯表面形成一层聚合物保护层，并将 其置于电解液中与电源负极相连，采用石墨等导电电极置于电解液中并与电源正极相连， 利用电解水过程中在金属基底与石墨烯之间形成的气泡实现石墨烯与金属衬底的分离，再 将其转移到目标衬底上。在已有技术中，仅在石墨烯表面旋涂聚合物保护层后鼓泡转移的 方法有着工艺不稳定的缺点，在转移过程中容易造成聚合物保护膜的卷曲以及石墨烯薄膜 的破裂。而CV sar J. Lockhart de la Rosa提出的在聚合物保护层外再附加聚对苯二甲 酸乙二醇酯（PET)支撑框架的方法虽能提高转移过程的工艺稳定性，但仅能转移框架内部 的石墨烯，而未能实现石墨烯薄膜的完整转移。同时，该方法中的PET与下层聚合物保护层 之间采用胶粘的方式，需要通过滴加在液体中还具有粘性的聚合物液滴（如聚甲基丙烯酸 甲酯PMMA)的方式实现PET与下层聚合物保护层的贴合，工艺过程较繁琐。 因此，本专利技术针对上述问题，拟引入新材料，利用其合适表面能或本身粘性，可以 直接与下层聚合物材料贴合而不需要胶粘，并在转移后可无损剥离的特性，以期能够同时 满足简化、稳定工艺并保证石墨烯薄膜的完整转移以及金属基底的重复利用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯薄膜的转移方 法，用于解决现有技术中支撑框架和聚合物保护层之间需要滴加粘性液滴来增强贴合力 度，并且石墨烯后续不能完整转移等问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，所述 石墨烯薄膜的转移方法至少包括步骤： 1)提供一金属基底，在所述金属基底表面依次形成有石墨烯薄膜、有机聚合物保 护层和聚合物框架支撑层，所述有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层均具有表面能或粘 性； 2)将所述石墨烯薄膜与金属基底剥离，然后将所述石墨烯薄膜与目标衬底贴合； 3)依次剥离所述聚合物框架支撑层和有机聚合物保护层。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述金属基底为的材料为 Au、Co、Pt、Pd、Ir、Ru、Ni、Cu中的一种或多种的合金材料、或镀有以上金属材料的金属箔。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述有机聚合物保护层选自 聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、透明氟树脂、聚二甲基硅氧烷中的 一种。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，采用浸渍提拉、旋涂、刮刀、 喷涂、湿涂、丝网印刷、滚轮涂布或板式涂布中的一种工艺来制备所述有机聚合物保护层。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述工艺中，采用苯甲醚、氯 苯、氯仿、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种作为溶剂溶解所述有机聚合物保护层形成工艺浆 料。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述工艺中，需要进行热处 理以实现所述有机聚合物保护层的固化。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述有机聚合物保护层厚度 为300?800纳米。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述聚合物框架支撑层包括 热剥离胶带或者聚二甲基硅氧烷。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述聚合物框架支撑层厚度 为0. 1?5毫米。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，采用裁剪工艺制备所述聚合 物框架支撑层。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述聚合物框架支撑层的框 架形状与所述金属基底一致，边框外沿与金属基底边缘对齐，框架边宽范围为1?10毫米。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述步骤2)中采用电化学 鼓泡法将所述石墨烯薄膜与金属基底剥离。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述步骤2)中将石墨烯薄 膜与目标衬底贴合的步骤具体包括： 2-1)用超声清洗所述目标衬底，并将剥离获得的包括石墨烯薄膜的整体结构置于 所述目标衬底上，去离子水清洗，再自然晾干； 2-2)进行热处理，使所述石墨烯薄膜与目标衬底之间的结合力增强。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案，所述步骤2-1)中自然晾干 的时间范围为0. 1?3小时。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案所述步骤2-2)中加热温度为 90?180°C，加热时间为5?30分钟。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案所述步骤3)中采用机械剥离 的方法剥离所述聚合物框架支撑层，在进行热处理后趁热将所述聚合物框架支撑层取下。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案所述步骤3)中采用有机溶剂 溶解和/或还原性气氛下退火的方式来剥离所述有机聚合物保护层。 作为本专利技术石墨烯薄膜的转移方法的一种优选方案所述有机溶剂选自丙酮、乙 酸、甲苯、氯苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、甲基乙基甲酮、乙酸丁酯、二氧杂环乙 烷、正己烷、环己烷、二甲基甲酰胺中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜的转移方法至少包括步骤：1)提供一金属基底，在所述金属基底表面依次形成有石墨烯薄膜、有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层，所述有机聚合物保护层和聚合物框架支撑层均具有表面能或粘性；2)将所述石墨烯薄膜与金属基底剥离，然后将所述石墨烯薄膜与目标衬底贴合；3)依次剥离所述聚合物框架支撑层和有机聚合物保护层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方小红，蔡伟，王聪，杨立友，陈小源，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31