一种大面积无水转移纳米材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积无水转移纳米材料的方法，以二氧化硅或表面富含羟基的其它材料为衬底，将需要转移的纳米材料制备在疏水处理过的硅片上，在带有样品的硅片上旋涂一层高分子薄膜，再用PDMS薄膜作为辅助材料将其盖到旋涂了高分子膜的硅片上，缓慢揭起来。样品会随高分子膜一起转移到PDMS薄膜上。将携带样品的PDMS盖到目标衬底上，用热处理的方法将PDMS膜取走，而高分子薄膜和样品留在目标衬底上。退火一段时间，用高分子的可溶性溶液将高分子洗掉，目标材料即可被转移到目标衬底上。

Method for large-area anhydrous transfer of nano material

The invention discloses a method for nano materials in large area of anhydrous transfer, with other material or with hydroxyl group on the surface of silica substrates, silicon nanomaterials will need to transfer the processed in the preparation of hydrophobic, coated with a layer of polymer film on a silicon wafer with a sample, and then PDMS film as the auxiliary material the cover to the spin coated polymer film on the silicon wafer, slowly lifted. The sample will be transferred to the PDMS film along with the polymer film. The PDMS of the sample is carried to the target substrate, and the PDMS film is removed by heat treatment, while the polymer film and sample remain on the target substrate. After annealing for a period of time, the polymer is washed out with a soluble polymer solution, and the target material can then be transferred to the target substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种大面积无水转移纳米材料的方法
本专利技术属于纳米材料的制备领域，具体涉及一种可大面积干法转移纳米材料的方法。
技术介绍
现如今纳米材料已经成为所有科研人所关注的热点，它有体积小，性质，性能广泛，已经被运用到晶体管、催化剂、太阳能电池等多种领域。然而这些纳米材料的制备受条件限制，不是任意的材料都适合作为材料制备的衬底，而且不同的纳米材料性质大为不同，所以单一的材料在使用中往往受到限制，这就要求我们把制备好的纳米材料进行转移。目前最多的转移方法主要是用高分子薄膜辅助将衬底刻蚀的方法。这种方法有时会由于材料对水或刻蚀试剂敏感而受到限制。专利号为201510536297.8，名称为“一种干法转移银纳米线透明电极的方法”其技术方案是向银纳米线透明电极上滴加PMMA胶至完全覆盖整个银纳米线透明电极，再旋涂获得厚度为0.2～1μm的PMMA包覆，刮掉基片四周边缘2mm宽度的区域，使得中间薄膜断开与边缘的连接，得到银纳米线/PMMA复合薄膜；转移复合薄膜到PDMS，剥离PDMS以及移除PMMA胶，实现银纳米线透明电极的转移。但是，该技术方案在转移复合薄膜到PDMS上时，采用了向中间薄膜一侧滴加水，然后从加水的一侧的PDMS开始将其抬起，银纳米线/PDMA复合薄膜粘附在PDMS上且与基底剥离。其在剥离过程中使用了水，不属于干法转移的范畴，同时由于部分材料对水或其他含水溶剂敏感而无法使用上述方法进行转移，因此亟待开发一种无水大面积转移纳米材料的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种大面积无水转移纳米材料的方法，本专利技术的方法适合用于大多数纳米材料的转移，包括从零维度到三维的绝大部分纳米材料。本专利技术通过以下步骤实现：(1)衬底材料硅片经等离子清洗机处理，或用强氧化剂清洗衬底表面，强氧化剂采用浓硫酸或双氧水等。对经过清洗的硅片进行疏水处理，本专利技术技术方案中硅片作为衬底材料，其表面富含羟基，将硅片放入疏水试剂中，本技术方案所指疏水试剂是指与水的接触角在100°-180°且可与羟基发生化学键合的试剂，进行疏水处理的疏水试剂可以采用链长大于3个碳的甲氧基硅烷或者乙氧基硅烷，优选的疏水试剂为十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液。将硅片放入十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，在温度60摄氏度下，修饰5-12小时；十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液在硅片表面进行自组装，形成疏水的十八烷基的单分子层。(2)在疏水处理的硅片上制备纳米材料，该过程要求所制备的纳米材料与衬底没有粘合作用。(3)在带有纳米材料的硅片上旋涂高分子层，旋涂的高分子层采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚乳酸成膜性较好的高分子溶液；涂膜所用的高分子层采用成膜性好，可溶于某些特定溶剂的高分子材料，配置的高分子溶液的质量体积比为1％～20％；聚甲基丙烯酸甲酯的二氯甲烷溶液的质量体积比为0.3％-10％。(4)在高分子层的表面盖上做好的聚二甲基硅氧烷膜，聚二甲基硅氧烷做的薄膜的厚度为1mm以上不等，可根据实际需要采用不同的厚度。(5)待聚二甲基硅氧烷膜与高分子膜充分接触，轻轻将聚二甲基硅氧烷膜膜揭起；硅片上的纳米材料随高分子膜和聚二甲基硅氧烷膜脱离硅片；将取下的聚二甲基硅氧烷膜盖到洗干净的目标硅片上；(6)用加热处理的方法将膜与硅片间的气泡除去；(7)将聚二甲基硅氧烷膜取下，在加热条件下，高分子膜和硅片的贴合能力大于高分子膜与聚二甲基硅氧烷膜的贴合能力，实现高分子膜与聚二甲基硅氧烷的分离；(8)用溶剂将高分子膜洗掉，二硫化钼就留在目标硅片上了，纳米材料成功转移，采用的溶剂为二氯甲烷或丙酮溶剂的一种或两种；将带有已转移的纳米材料的硅片放入二氯甲烷溶剂中，加热至10-100摄氏度可加快高分子膜溶解速度。本专利技术的有益效果：采用本专利技术的技术方案，定位转移只需显微镜辅助即可实现，该方法解决了部分材料由于对水或其他含水溶剂敏感而无法使用湿法转移的问题，对材料没有任何损坏，可用于大面积材料的转移(大至数平方厘米级)，其具有良好的保真性，无褶皱、无缺陷，可实现纳米材料的大面积的定位转移。该方法适用于绝大部分的纳米材料定位转移。本专利技术为纳米材料复合材料的制备开辟了新的有利途径。附图说明图1为机械剥离法制备的二硒化钨样品的光学图片；图2为机械剥离法制备的石墨烯样品的光学图片；图3是将二硒化钨样品定位转移到石墨烯样品上做成二硒化钨和石墨烯的异质结的光学图片。具体实施方式下面结合附图1至3对专利技术的技术方案的一个实例进行说明。用等离子清洗机处理的硅片，清洗的干净的硅片在十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中在温度60摄氏度修饰12小时，硅片表面形成一层硅烷基层，使硅片达到疏水效果。用机械剥离法在修饰好的硅片上制备二硒化钨样品，如图1所示为二硒化钨样品。在硅片上的二硒化钨材料上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯的二氯甲烷溶液，聚甲基丙烯酸甲酯的二氯甲烷溶液的质量体积比为3％；旋涂转速视材料差异调整。在旋涂形成的聚甲基丙烯酸甲酯的二氯甲烷的高分子薄膜上盖上聚二甲基硅氧烷做的薄膜，聚甲基丙烯酸甲酯的二氯甲烷溶液的质量体积比为3％。聚二甲基硅氧烷膜的厚度可根据需要自由制备。在10-100度的温度环境下赶走气泡，在温度为60摄氏度时，聚甲基丙烯酸甲脂与衬底的作用力会大于聚甲基丙烯酸甲脂与聚二甲基硅氧烷的作用力；待聚二甲基硅氧烷膜与高分子膜充分接触，轻轻地将聚二甲基硅氧烷缓慢揭起，缓慢揭下聚二甲基硅氧烷；高分子薄膜和二硒化钨会随聚二甲基硅氧烷一起从硅片上取下。将取下的聚二甲基硅氧烷盖到如图2所示的石墨烯样品上做成二硒化钨和石墨烯的异质结；退火半个小时以上，除去表面残留的有机物，增加材料与基底或目标样品的结合力，用二氯甲烷将高分子膜洗掉，二硒化钨就留在目标硅片上了，材料转移成功，如图3所示，形成二硒化钨和石墨烯的异质结。以上示意性地对本专利技术的创造及其实施方式进行了描述，本专利技术的保护范围包括但不限于上述的描述。附图中所示的也只是本专利技术创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受到本实用新的启示，在不脱离本专利技术的创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与本专利技术的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大面积无水转移纳米材料的方法，其特征在于：(1)对硅片进行疏水处理，将硅片放入十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，在温度60摄氏度下，修饰5‑12小时；十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液在硅片表面进行自组装，形成疏水的十八烷基的单分子层；(2)在疏水处理的硅片上制备纳米材料，该过程要求所制备的纳米材料与衬底没有粘合作用；(3)在带有纳米材料的硅片上旋涂高分子层，旋涂的高分子层采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚乳酸成膜性较好的高分子溶液；(4)在高分子层的表面盖上做好的聚二甲基硅氧烷膜；(5)待聚二甲基硅氧烷膜与高分子膜充分接触，轻轻将聚二甲基硅氧烷膜膜揭起；硅片上的纳米材料随高分子膜和聚二甲基硅氧烷膜脱离硅片；将取下的聚二甲基硅氧烷膜盖到洗干净的目标硅片上；(6)用加热处理的方法将膜与硅片间的气泡除去；(7)将聚二甲基硅氧烷膜取下，在加热条件下高分子膜和硅片的贴合能力大于高分子膜与聚二甲基硅氧烷膜的贴合能力，实现高分子膜与聚二甲基硅氧烷的分离；(8)用溶剂将高分子膜洗掉，二硫化钼就留在目标硅片上了，纳米材料成功转移。

【技术特征摘要】
1.一种大面积无水转移纳米材料的方法，其特征在于：(1)对硅片进行疏水处理，将硅片放入十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，在温度60摄氏度下，修饰5-12小时；十八烷基三甲氧基硅烷的甲苯溶液在硅片表面进行自组装，形成疏水的十八烷基的单分子层；(2)在疏水处理的硅片上制备纳米材料，该过程要求所制备的纳米材料与衬底没有粘合作用；(3)在带有纳米材料的硅片上旋涂高分子层，旋涂的高分子层采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚乳酸成膜性较好的高分子溶液；(4)在高分子层的表面盖上做好的聚二甲基硅氧烷膜；(5)待聚二甲基硅氧烷膜与高分子膜充分接触，轻轻将聚二甲基硅氧烷膜膜揭起；硅片上的纳米材料随高分子膜和聚二甲基硅氧烷膜脱离硅片；将取下的聚二甲基硅氧烷膜盖到洗干净的目标硅片上；(6)用加热处理的方法将膜与硅片间的气泡除去；(7)将聚二甲基硅氧烷膜取下，在加热条件下高分子膜和硅片的贴合能力大于高分子膜与聚二甲基硅氧烷膜的贴合能力，实现高分子膜与聚二甲基硅氧烷的分离；(8)用溶剂将高分子膜洗掉，二硫化钼就留在目标硅片上了，纳米材料成功转移。2.根据权利要求1所述的一种大面积无水转移纳米材料的方法，其特征在于：所述衬底表面富含羟基。3.根据权利要求2所述的一种大面积无水转移纳米材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海，冉飞荣，杨鹏，张昊，房向茹，石晓桐，吴诗语，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32