一种石墨烯转移与掺杂方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯转移与掺杂方法，其包括如下步骤：在衬底两面生长石墨烯；将生长石墨烯后衬底的一面与过渡基底贴合；在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层；将生长石墨烯后衬底的另一面涂布有掺杂质胶层的目标基底贴合；固化胶层；将衬底与石墨烯完全剥离；将生长在目标基底上的石墨烯和生长在过渡基底上的石墨烯贴合，再去掉过渡基底；目标基底上转移多层石墨烯层。本发明专利技术实现大尺寸高质量的石墨烯的转移并且转移与掺杂同时进行不需要额外进行掺杂，石墨烯掺杂分布均匀且稳定性好，转移多层石墨烯时目标基底的附着力好。

A method of transfer and doping of graphene

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯转移与掺杂方法
本专利技术涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯转移与掺杂方法。
技术介绍
石墨烯是碳原子呈六角形网状键合的材料，具有很多出色的电特性与机械特性，有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜等。自从2004年被发现后，石墨烯一直以来是前沿研究热点。在其所有的潜在应用中，透明导电膜是最接近实用化的应用例，能作为目前普遍使用的透明导电膜的替代材料，用于触摸面板、柔性液晶面板及有机发光二极管等。透明导电膜这一用途备受期待的原因在于石墨烯具备较高的载流子迁移率且厚度较薄，透明性较高。然而，石墨烯作为透明导电膜应用，得先解决如何能把石墨烯无缺陷转移到需要的材料上，并通过掺杂使得石墨烯与掺杂质之间电荷迁移，改变石墨烯的费米能级分布，从而改变其电性能。目前用气泡剥离转移石墨烯的方法，一般是先在生长有石墨烯的生长基底表面涂覆PMMA，然后通过气泡剥离方法将生长基底与PMMA/石墨烯复合层剥离，然后将PMMA/石墨烯复合层与目标基底的结合，然后再将PMMA溶解去除。该方法工艺步骤繁琐，时间长；气泡剥离过程中产生的气泡尺寸不易控制，容易产生大气泡破坏石墨烯结构；PMMA/石墨烯复合层薄，容易皱，在与目标基体结合的时候会存在铺不平，导致部分石墨烯发生褶皱，石墨烯转移不完整，无法实现大尺寸高质量的石墨烯转移；同时石墨烯与目标基底的附着力差，在实际应用中容易受限制。石墨烯的掺杂一般在生长石墨烯的过程中，通入少量的NH3气体，使N原子取代部分C原子，让石墨烯电子分布发生改变。这种替位式掺杂虽然改变了其电子分布状态，但也破坏了石墨烯的结构，因而其机械性能等均会改变。此外，通过浸泡，蒸镀等方式，使掺杂质吸附到石墨烯表面，也可成功的改善石墨烯电性能。由于这种掺杂方式中，掺杂质吸附在石墨烯表面，在热或潮湿环境易挥发或脱落，因而掺杂效果不稳定。目前转移和掺杂技术尚存在无法实现大尺寸高质量的石墨烯转移、掺杂不稳定的、转移多层石墨烯时目标基底附着力差的缺点，因此现有技术有待改进。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种石墨烯转移与掺杂方法，解决了现有石墨烯转移和掺杂无法实现大尺寸高质量的石墨烯转移、掺杂不稳定、转移多层石墨烯时与目标基底贴合附着力差的缺点。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：在衬底两面生长石墨烯；将生长石墨烯后衬底的一面与过渡基底贴合；在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层；将生长石墨烯后衬底的另一面涂布有掺杂质胶层的目标基底贴合；固化胶层；将衬底与石墨烯完全剥离；将生长在目标基底上的石墨烯和生长在过渡基底上的石墨烯贴合，再去掉过渡基底；贴有胶层的目标基底上转移多层石墨烯层。优选的，所述过渡基底为粘性膜或热释放膜，所述粘性膜为硅胶粘性膜、亚克力胶粘性膜或树脂类粘性膜。优选的，所述步骤在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层包括：将掺杂质和胶按照重量比为1:10～1:30的比例混合；在室温条件下超声20～30min使掺杂质和胶充分溶解；在目标基底上涂布5～50μm厚度均匀的掺杂质和胶溶解后的液体；将目标基底在500～1000W的紫外光下辐射1～3min；所述胶为UV胶、UV压敏胶或UV热溶胶，所述掺杂质为FeCl3或AuCl3；所述胶包括黏度调节剂、光固化剂以及粘合剂，所述粘合剂为烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯。优选的，所述将衬底与石墨烯完全剥离通过气泡剥离方法，该方法包括：以目标基底、胶层、石墨烯、衬底、石墨烯、过渡基底的多层复合结构做阴极，碳棒做阳极，接入直流电源；将阴极和阳极一起浸入电解质中，让石墨烯与生长衬底结合的界面产生大量微小气泡，形成持续温和的剥离力；将石墨烯与生长衬底完全剥离。优选的，所述阴极电压保持在2-10V，所述电解质为0.01-5M的NaOH溶液、NaCl溶液或Na2SO4溶液，所述电解质加入添加剂，该添加剂为离子型表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠。优选的，所述在目标基底上再次生成掺杂层的过程为：配置掺杂液；将掺杂液雾化后，将目标基底放入掺杂液中；从掺杂液中取出目标基底进行固化处理。优选的，所述掺杂液为粉末状FeCl3或AuCl3溶解于无水乙醇、甲醇、异丙醇或丙酮中。由上述对本专利技术的描述可知，和现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术提供了一种石墨烯转移与掺杂方法，生长衬底与目标基底贴合平整，石墨烯转移后结构更加完整，方阻更低，石墨烯与目标基底附着力更好；过渡基底剥离下来的石墨烯可以转移到任意目标基底上，可以实现大尺寸高质量的石墨烯转移。气泡剥离过程中，在电解质中加入表面活性剂，防止大气泡的产生，促使小气泡均匀稳定的产生，为石墨烯的剥离提供持久均匀的力，避免石墨烯剥离时结构遭到破坏。而且转移与掺杂同时进行，节省时间成本，大面积石墨烯掺杂分布均匀且稳定性好，掺杂质处于目标基底与石墨烯中间，不易脱落，在热和潮湿环境下也能长期保持稳定性能。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术石墨烯转移与掺杂方法的过程示意图；图2是本专利技术石墨烯转移与掺杂方法的气泡剥离过程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1～图2所示本专利技术提供了一种石墨烯转移与掺杂方法，包括如下步骤：在衬底11两面生长石墨烯；将生长石墨烯后衬底的一面12-2与过渡基底13贴合；在具体实施例中，过渡基底13为粘性膜或热释放膜，所述粘性膜为硅胶粘性膜、亚克力胶粘性膜或树脂类粘性膜；在目标基底15上涂布带有掺杂质的胶层14；将生长石墨烯后衬底的另一面12-1与涂布有掺杂质胶层14的目标基底15贴合；用UV光源固化胶层14；将衬底11与石墨烯完全剥离，得到贴有胶层14和石墨烯的目标基底15、衬底11、贴有石墨烯的过度基底13；然后将生长在目标基底15上的石墨烯和生长在过渡基底13上的石墨烯贴合，再去掉过渡基底13；实现在贴有胶层14的目标基底15上转移多层石墨烯层。其中通过气泡剥离方法将衬底11与石墨烯完全剥离包括：以目标基底15、胶层14、衬底11、石墨烯、过渡基底13的多层复合结构做阴极31，碳棒做阳极32，接入直流电源；将阴极31和阳极32一起浸入电解质33中，让石墨烯与衬底11结合的界面产生大量微小气泡34，形成持续温和的剥离力；将石墨烯与生长衬底11完全剥离。所述阴极31电压保持在2-10V，所述电解质33为0.01-5M的NaOH溶液、NaCl溶液或Na2SO4溶液，所述阴极31电压保持在2-10V，所述电解质33为含有添加剂的0.01-5M的NaOH溶液、NaCl溶液或Na2SO4溶液；所述添加剂为0.1-1mM的离子型表面活性剂、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，SDS(十二烷基硫酸钠)。气泡剥离电解质中加入表面活性剂，防止气泡剥离时大气泡的产生，使小气泡均匀稳定的产生，为石墨烯的剥离提供持久均匀的力，避免石墨烯剥离时结构遭到破坏。在目标基底15上涂布有掺杂质的胶层14包括：将掺杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯转移与掺杂方法，其特征在于，其包括如下步骤：在衬底两面生长石墨烯；将生长石墨烯后衬底的一面与过渡基底贴合；在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层；将生长石墨烯后衬底的另一面涂布有掺杂质胶层的目标基底贴合；固化胶层；将衬底与石墨烯完全剥离；将生长在目标基底上的石墨烯和生长在过渡基底上的石墨烯贴合，再去掉过渡基底；目标基底上转移多层石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯转移与掺杂方法，其特征在于，其包括如下步骤：在衬底两面生长石墨烯；将生长石墨烯后衬底的一面与过渡基底贴合；在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层；将生长石墨烯后衬底的另一面涂布有掺杂质胶层的目标基底贴合；固化胶层；将衬底与石墨烯完全剥离；将生长在目标基底上的石墨烯和生长在过渡基底上的石墨烯贴合，再去掉过渡基底；目标基底上转移多层石墨烯层。2.根据权利要求1所述的石墨烯转移与掺杂方法，其特征在于：所述过渡基底为粘性膜或热释放膜，所述粘性膜为硅胶粘性膜、亚克力胶粘性膜或树脂类粘性膜。3.根据权利要求1所述的石墨烯转移与掺杂方法，其特征在于：所述步骤在目标基底上涂布带有掺杂质的胶层包括：将掺杂质和胶按照重量比为1:10～1:30的比例混合；在室温条件下超声20～30min使掺杂质和胶充分溶解；在目标基底上涂布5～50μm厚度均匀的掺杂质和胶溶解后的液体；将目标基底在500～1000W的紫外光下辐射1～3min；所述胶为UV胶、UV压敏胶或UV热溶胶，所述掺杂质为FeCl3或AuCl3；所述胶包括黏度调节剂、光固化剂以及粘合剂，所述粘合剂为烯酸羟乙酯、丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨与畅，
申请(专利权)人：福建新峰二维材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35