用于使用水凝胶转移石墨烯基材料的方法技术

用于转移石墨烯基材料的方法包括步骤：提供在容纳基底(104)上形成的石墨烯基材料层(102)，将水凝胶溶液倾倒在石墨烯基材料层(102)上以形成具有石墨烯基材料层(102)和水凝胶层(108)的石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)，将石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)从容纳基底(104)剥离，将石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)浸入水中以启动石墨烯基材料层(102)从水凝胶层(108)的释放，以及将释放的石墨烯基材料层(102)转移到有源基底(110)上。

Method for transferring graphene based materials using hydrogels

The method for transferring graphene based materials includes the steps of providing a graphite allyl material layer (102) formed on the base (104), dumping the hydrogel solution on the graphite allyl material layer (102) to form a graphene base material layer (106) with a graphene base material layer (102) and a water coagulation layer (108), and the stone (106). The hydrogel layered structure (106) is stripped from the substrate (104), and the graphene based hydrogel layered structure (106) is immersed in water to start the release of the graphene based material layer (102) from the water gel layer (108), and to transfer the released graphene material layer (102) to the active substrate (110).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用水凝胶转移石墨烯基材料的方法专利
本专利技术的实施方案涉及用于转移石墨烯层的方法，更具体地，涉及用于使用水凝胶将石墨烯基材料转移到目标基底上的方法。此外，其是简易、有效、可重复且环保的方法。另外，其提供了低生产成本的优势。专利技术背景近年来，已经活跃地进行对包括富勒烯、碳纳米管、石墨、石墨烯和氧化石墨烯(GO)的碳材料的研究和开发。其中，石墨烯基材料已经吸引科学和技术方面的关注，这是因为它们在广泛的应用中(例如在能源、通信和化学/生物传感器的领域中)的多功能性。已经开发出用于将石墨烯转移到目标基底上的多种技术。本领域已知的多种用于转移石墨烯的技术包括卷对卷方法、热释放胶带、热压、湿法蚀刻、晶片规格的外延石墨烯转移和微构图弹性印章。卷对卷方法的发展相对于热释放胶带方法在使石墨烯层的损伤最小化方面具有值得信赖的优点。在卷对卷方法中，通过施加热和压力从聚合物移除石墨烯层。然而，快速的旋转速度的经历引发剪切应力，其仍会导致对石墨烯层的损伤。用于转移大面积的石墨烯层的常规方法包括晶片石墨烯层生长于晶片上且粘附于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底或聚合物，同时浸入蚀刻溶液，通过催化蚀刻将石墨烯层转移到PDMS基底。通过将PDMS的石墨烯层转移到各种电子装置的基底(诸如聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺膜和玻璃)的工艺，可以进行石墨烯层的大面积转移。在该方法中，催化蚀刻在FeCl3、Fe(NO3)3或(NH4)2S2O8溶液中进行，由此蚀刻需要大量的时间。US20120258311A1描述了能够将大面积石墨烯层转移到各种类型的柔性和/或可延展的基底的石墨烯卷对卷转移方法、石墨烯卷对卷转移设备、由石墨烯卷对卷转移方法制造的石墨烯卷、及其用途。该设备包括：第一卷筒单元，其形成包括基底-石墨烯层-第一柔性基底的层状结构；和第二卷筒单元，其通过将由第一卷筒单元提供的层状结构浸入蚀刻溶液而从层状结构移除基底并且将石墨烯层转移到第一柔性基底上。US20120244358A1描述了用于从金属箔的干法石墨烯转移的方法。石墨烯生长在生长基底上，并且转移基底被化学改性以增强其对石墨烯的粘附。在生长基底上的石墨烯与转移基底接触，并且将具有粘附的石墨烯的转移基底与生长基底分离。生长基底可以是铜箔。转移基底可以是聚合物，例如聚苯乙烯或聚乙烯，或无机基底。US20140174640A1描述了转移石墨烯的方法，其中在第一基底上依次地形成牺牲层和石墨烯层。将石墨烯层粘合于目标层，并且使用激光移除牺牲层，然后将第一基底与石墨烯层分离。特别地，用于转移石墨烯基材料层的常规方法的至少一个优势是它们可以从聚合物支撑物移除石墨烯基材料层，然后将石墨烯基材料层转移到目标基底上。此外，常规方法使用在电学、机械和化学方面稳定且具有优异导电性的石墨烯。尽管转移石墨烯基材料层的常规方法可以提供多种优势(诸如上述的那些)，但是常规方法受限于各种其他事项，例如由热和加压的影响造成的对石墨烯层的损害导致了石墨烯基材料层的导电性退化。此外，这些方法可以导致在石墨烯的生长和冷却过程中的裂纹、撕裂、涟漪和褶皱。此外，这些方法需要目标基底是平坦的，以从牺牲基底转移石墨烯。此外，对长时间蚀刻过程的需求可以导致在大批量生产膜时的时间低效和高成本，因此，可能难以应用于实际生产。因此，仍在现有技术中仍需要具有克服前述问题和缺陷的用于转移石墨烯基材料的改进方法。然而，本领域仍需要使用水凝胶将诸如氧化石墨烯(GO)的石墨烯基材料转移到不同程度的轮廓和几何尺寸的目标基底上的方法。此外，提议的方法不包括蚀刻、不包括加热或在从水凝胶分离石墨烯基材料层时不使用任何有害溶剂。此外，其是简易、有效且环保的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施方案旨在与通过使用热和压力将石墨烯基材料层转移到其目标基底上的常规方法相比，提供用于使用水凝胶将石墨烯基材料转移到不同程度的轮廓和几何尺寸的目标基底上的方法。此外，本专利技术的使用消除了在石墨烯基材料层与水凝胶分离期间对石墨烯基材料层的任何损伤风险，而不必使用加热和蚀刻。用于转移石墨烯基材料的方法通过权利要求1所提及的步骤进行，本专利技术可以额外地通过以任何合适的顺序进行权利要求1的步骤来进行。根据本专利技术的实施方案，用于转移石墨烯基材料的方法包括步骤：提供在容纳基底(holdingsubstrate)上形成的石墨烯基材料层，将水凝胶溶液倾倒在石墨烯基材料层上以形成具有石墨烯基材料层和水凝胶层的石墨烯基材料-水凝胶层状结构，将石墨烯基材料-水凝胶层状结构从容纳基底剥离，将石墨烯基材料-水凝胶层状结构浸入水中以启动石墨烯基材料层从水凝胶层的释放，以及将释放的石墨烯基材料层转移到有源基底上(activesubstrate)。根据本专利技术的实施方案，石墨烯基材料选自石墨烯、石墨烯纳米带和氧化石墨烯(GO)。优选地，石墨烯基材料是氧化石墨烯(GO)。根据本专利技术的实施方案，氧化石墨烯(GO)被还原以形成还原的氧化石墨烯(rGO)。此外，还原的氧化石墨烯(rGO)被官能化以形成官能化的还原的氧化石墨烯(rGO)。根据本专利技术的实施方案，官能化是共价官能化。根据本专利技术的实施方案，官能化是非共价官能化。根据本专利技术的实施方案，官能化的还原的氧化石墨烯(rGO)具有在极性溶剂中的增加的溶解度。根据本专利技术的实施方案，官能化的还原的氧化石墨烯(rGO)具有在非极性溶剂中的增加的溶解度。根据本专利技术的实施方案，水凝胶层具有(但不限于)聚乙烯醇(PVA)片。根据本专利技术的实施方案，通过石墨烯基材料层与水凝胶层之间的范德华力作用来制备石墨烯基材料-水凝胶层状结构。根据本专利技术的实施方案，有源基底选自但不限于：氧化铟锡(ITO)玻璃、铜箔和铝箔。有源基底具有带有0-360°的不同角度的不同形状。此外，形状是(但不限于)圆柱状、球形等。根据本专利技术的实施方案，容纳基底是(但不限于)带盖子的盘。优选地，带盖子的盘是皮氏培养皿(petridish)。尽管经由使用实施方案和附图在本文描述了本专利技术，但是本领域技术人员会认识到，本专利技术不限于附图的实施方案和所述附图，并且不旨在代表各种组件的规格。此外，出于简便目的，可以形成本专利技术的一部分的一些组件可以未示于某些附图中，并且这样的省略不以任何方式限制所概述的实施方案。应理解，附图及其详细描述不旨在将本专利技术限定于所公开的特定形式，相反地，本专利技术覆盖了落入由所附权利要求定义的本专利技术的范围内的所有调整、等同和改变。本文所用的标题仅出于组织目的，而不旨在用于限制说明书和权利要求的范围。如本说明书通篇所用，措词“可以”以许可含义(即，表示具有可能)使用，然不是强制含义(即，表示必须)。此外，措词“一”表示“至少一”，除非另外提及。此外，本文使用的术语和语法仅用于描述目的，并且不应解释为限制范围。诸如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变体的语言旨在是宽泛的，并且涵盖之后所列举的主题、等同物和未列举的其他主题，并且不旨在排出其他添加物、组件、整数或步骤。同样地，出于适用的法律目的，术语“包含”被认为与术语“包括”或“含有”同意。文献、动作、材料、装置、物体等的任何讨论包含在本说明书中，仅用于提供本专利技术的背景。从未建议或表示，任何或所有的这些事项形成现有技术基础的一部分，或者是与本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于转移石墨烯基材料的方法，包括步骤：提供在容纳基底(104)上形成的石墨烯基材料层(102)；将水凝胶溶液倾倒在所述石墨烯基材料层(102)上以形成具有所述石墨烯基材料层(102)和水凝胶层(108)的石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)；从所述容纳基底(104)剥离所述石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)；将所述石墨烯基材料‑水凝胶层状结构(106)浸入水中以启动所述石墨烯基材料层(102)从所述水凝胶层(108)的释放；以及将所述释放的石墨烯基材料层(102)转移到有源基底(110)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.18 MY PI20157020751.用于转移石墨烯基材料的方法，包括步骤：提供在容纳基底(104)上形成的石墨烯基材料层(102)；将水凝胶溶液倾倒在所述石墨烯基材料层(102)上以形成具有所述石墨烯基材料层(102)和水凝胶层(108)的石墨烯基材料-水凝胶层状结构(106)；从所述容纳基底(104)剥离所述石墨烯基材料-水凝胶层状结构(106)；将所述石墨烯基材料-水凝胶层状结构(106)浸入水中以启动所述石墨烯基材料层(102)从所述水凝胶层(108)的释放；以及将所述释放的石墨烯基材料层(102)转移到有源基底(110)上。2.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯基材料选自石墨烯、石墨烯纳米带和氧化石墨烯(GO)。3.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯基材料层是氧化石墨烯(GO)层。4.如权利要求2所述的方法，其中所述氧化石墨烯(GO)被还原以形成还原的氧化石墨烯(rGO)。5.如权利要求4所述的方法，其中所述还原的氧化石墨烯(rGO)被官能化以形成官能化的还原的氧化石墨烯(rGO)。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鸿仪，穆赫德·阿齐尔·马赫迪，苏拉雅·阿卜杜·拉喜德，陈伟奇，吴志辉，哈姆拉·阿斯亚玛·阿卜杜·巴喜德，范能平，
申请(专利权)人：马来西亚博特拉大学，
类型：发明
国别省市：马来西亚,MY