一种转移石墨烯的方法技术

本发明专利技术提供一种转移石墨烯的方法，包括以下步骤：提供位于第一衬底上的石墨烯；在所述石墨烯上覆盖缓冲层；在所述缓冲层上粘附热释放胶带；利用腐蚀液浸泡去除所述石墨烯下方的所述第一衬底；将去除了所述第一衬底的所述石墨烯覆盖到目标衬底上；加热使所述热释放胶带失去粘性，然后揭去所述热释放胶带；利用溶解液浸泡去除所述石墨烯上方的缓冲层，得到位于所述目标衬底上的石墨烯，完成所述石墨烯的转移。本发明专利技术利用缓冲层辅助转移石墨烯，所需要的步骤少、程序快速便捷，石墨烯的上下表面干净且无吸附物，降低微观尺寸的褶皱，提高石墨烯的有效使用面积，为后期制备石墨烯的电子器件奠定了良好的基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米科学和低维材料制备
，特别是涉及一种转移石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是二维蜂窝状晶格结构的单层二维纳米材料，具有很多奇特的物理化学性质，其在能量储存、晶体管、超级电容器、传感器等电子器件方面有广泛的应用前景。石墨烯具有高强度、高比表面积和良好的导热性；在室温下的量子霍尔效应、表面性质的尺寸效应；理想的石墨烯中每个碳原子都呈现sp2杂化键结构，同时多余的电子在二维尺度上形成大π键，π电子在二维平面的自由运动使得石墨烯具有优异的导电性，其载流子迁移率高达20000cm2V-1S-1，是传统硅材料的100倍。保持石墨烯良好的本征特性是器件研究和应用开发的基础。性能优异的大面积石墨烯要获得广泛的应用,需要将其从金属衬底上转移至我们想要的绝缘介质、半导体衬底或柔性衬底上。但目前现有的湿法化学转移技术在转移石墨烯的过程中，不可避免的会带来结构破损、表面褶皱、界面污染等弊端。大大影响了石墨烯的本征物理特性，降低了石墨烯载流子迁移率，制约了后期的石墨烯器件设计制备。理想的转移技术应有以下特点：1)确保转移后的石墨烯的宏观结构完整、微观尺寸的平整。2)转移过程对石墨烯表界面无污染。3)转移工艺稳定，具有重复性。因此，如何提供一种转移石墨烯的方法，避免转移过程对石墨烯的表面污损、避免转移后石墨烯微观结构的起伏不平，可获得高质量大面积石墨烯，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种转移石墨烯的方法，用于解决现有技术中湿法转移制备的石墨烯结构破损、界面污染、表面褶皱等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种转移石墨烯的方法，包括以下步骤：S1提供位于第一衬底上的石墨烯；S2在所述石墨烯上覆盖缓冲层；S3在所述缓冲层上粘附热释放胶带；S4利用腐蚀液浸泡去除所述石墨烯下方的所述第一衬底；S5将去除了所述第一衬底的所述石墨烯覆盖到目标衬底上；S6加热使所述热释放胶带失去粘性，然后揭去所述热释放胶带；S7利用溶解液浸泡去除所述石墨烯上方的缓冲层，得到位于所述目标衬底上的石墨烯，完成所述石墨烯的转移。可选地，在步骤S1中，所述石墨烯通过化学气相沉积法生长在所述第一衬底上。可选地，所述第一衬底的材料为Cu、Ni、Pt、Mo、Pd、Ge、Fe、Co中的一种，或为Cu、Ni、Pt、Mo、Pd、Ge、Fe、Co中的两种或三种组成的合金。可选地，在步骤S2中，所述缓冲层是通过机械旋涂方式覆盖在所述石墨烯的上表面，旋涂转速为2000-4000转每分。进一步可选地，所述机械旋涂方式为静态涂层或动态涂层。可选地，所述缓冲层的材料为甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊二酰亚胺、聚丁二烯中的一种或多种。可选地，所述缓冲层的厚度为50～800nm。可选地，在步骤S2中，在所述石墨烯上覆盖缓冲层之后，还包括加热固化所述缓冲层。进一步可选地，加热固化所述缓冲层的温度为30～150℃，加热时间为1～10分钟。可选地，在步骤S4中，所述腐蚀液为三氯化铁溶液、过硫酸铵溶液、或盐酸与硫酸铜混合溶液；浸泡温度为20～80℃，浸泡时间为6～12小时。可选地，所述目标衬底的材料为绝缘材料、半导体材料或柔性有机材料。可选地，所述目标衬底的材料为石英、氧化铝、氮化硅、硅、锗、碳化硅、砷化镓、氮化铝、氧化锌中的一种或多种；或者为聚乙烯对苯二甲酸脂PET、聚酰亚胺PI、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、聚萘二酸乙二醇酯PEN、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种。可选地，在步骤S6中，加热使所述热释放胶带失去粘性的加热温度为80～150℃，加热时间为2～10分钟。可选地，在步骤S7中，所述溶解液为丙酮、乙醇、三氯乙烯或聚乙二醇辛基苯基醚；浸泡温度为10～80℃，浸泡时间为10～300秒。可选地，在步骤S7中，利用溶解液浸泡去除所述石墨烯上方的缓冲层之后，还包括对所述石墨烯进行退火处理。进一步可选地，所述退火处理的温度为100～350℃，所述退火处理的保护气氛包括氩气、氮气中的至少一种，退火时间为10～30分钟。可选地，所述石墨烯为单晶石墨烯或石墨烯连续膜。可选地，所述石墨烯连续膜为单层或多层。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种获得多层石墨烯的方法，包括以下步骤：以被转移后的石墨烯为目标衬底，利用上述转移石墨烯的方法，得到多层石墨烯。如上所述，本专利技术的转移石墨烯的方法，具有以下有益效果：本专利技术利用缓冲层辅助连续转移，得到上下表面褶皱密度较低且界面干净的石墨烯，转移方法条件简单、成本低、重复性好、且对环境友好，这种利用缓冲层的干法转移成功避免了湿法转移过程中因对金属生长衬底腐蚀所引入的金属离子和化学基团，避免缺陷的引入，确保了石墨烯的宏观结构完整、微观尺寸的平整，更确保了石墨烯的有效使用面积。同时也避免了在去除PMMA胶等过程中对石墨烯表面形貌的破损更避免了残胶的去除不干净的可能性。本专利技术通过缓冲层干法转移从金属生长衬底上转移剥离的石墨烯所需要的步骤少、程序快速便捷，石墨烯的上下表面干净且无吸附物，降低微观尺寸的褶皱，提高石墨烯的有效使用面积，为后期制备石墨烯的电子器件奠定了良好的基础。附图说明图1显示为本专利技术的转移石墨烯的方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术实施例一中将缓冲层旋涂于石墨烯表面的示意图。图3显示为本专利技术实施例一中在缓冲层上粘附热释放胶带的示意图。图4显示为本专利技术实施例一中腐蚀第一衬底的示意图。图5显示为本专利技术实施例一中将去除了第一衬底的石墨烯覆盖到目标衬底上的示意图。图6显示为本专利技术实施例一中揭去热释放胶带的示意图。图7显示为本专利技术实施例一中溶解缓冲层的示意图。图8显示为本专利技术实施例一转移得到的单晶石墨烯的光学显微镜图像。图9显示为本专利技术实施例一转移得到的单晶石墨烯的拉曼图。图10显示为本专利技术实施例一转移得到的石墨烯的AFM高度相图。图11显示为本专利技术实施例一转移得到的石墨烯的AFM相图。图12显示为本专利技术实施例二转移得到的连续石墨烯的光学显微镜图像。图13显示为本专利技术实施例二转移得到的连续石墨烯的拉曼面扫描图。图14显示为本专利技术实施例三转移得到的单晶石墨烯的光学显微镜图像。图15显示为本专利技术实施例四转移得到的石墨烯的光学显微镜图像。图16显示为本专利技术实施例五转移得到的双层连续石墨烯的光学显微镜图像。图17显示为本专利技术实施例五转移得到的双层连续石墨烯的拉曼图。元件标号说明S1～S6 步骤1 缓冲层2 石墨烯3 第一衬底4 热释放胶带5 腐蚀液6 目标衬底7 溶解液具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转移石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1提供位于第一衬底上的石墨烯；S2在所述石墨烯上覆盖缓冲层；S3在所述缓冲层上粘附热释放胶带；S4利用腐蚀液浸泡去除所述石墨烯下方的所述第一衬底；S5将去除了所述第一衬底的所述石墨烯覆盖到目标衬底上；S6加热使所述热释放胶带失去粘性，然后揭去所述热释放胶带；S7利用溶解液浸泡去除所述石墨烯上方的缓冲层，得到位于所述目标衬底上的石墨烯，完成所述石墨烯的转移。

【技术特征摘要】
1.一种转移石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1提供位于第一衬底上的石墨烯；S2在所述石墨烯上覆盖缓冲层；S3在所述缓冲层上粘附热释放胶带；S4利用腐蚀液浸泡去除所述石墨烯下方的所述第一衬底；S5将去除了所述第一衬底的所述石墨烯覆盖到目标衬底上；S6加热使所述热释放胶带失去粘性，然后揭去所述热释放胶带；S7利用溶解液浸泡去除所述石墨烯上方的缓冲层，得到位于所述目标衬底上的石墨烯，完成所述石墨烯的转移。2.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述石墨烯通过化学气相沉积法生长在所述第一衬底上。3.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：所述第一衬底的材料为Cu、Ni、Pt、Mo、Pd、Ge、Fe、Co中的一种，或为Cu、Ni、Pt、Mo、Pd、Ge、Fe、Co中的两种或三种组成的合金。4.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：在步骤S2中，所述缓冲层是通过机械旋涂方式覆盖在所述石墨烯的上表面，旋涂转速为2000-4000转每分。5.根据权利要求4所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：所述机械旋涂方式为静态涂层或动态涂层。6.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：所述缓冲层的材料为甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊二酰亚胺、聚丁二烯中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：所述缓冲层的厚度为50～800nm。8.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：在步骤S2中，在所述石墨烯上覆盖缓冲层之后，还包括加热固化所述缓冲层。9.根据权利要求8所述的转移石墨烯的方法，其特征在于：加热固化所述缓冲层的温度为30～150℃，加热时间为1～10分钟。10.根据权利要求1所述的转移石墨烯的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉，吴天如，王浩敏，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31