一种石墨烯转移方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯转移方法，属于石墨烯转移技术领域，包括：在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在石墨烯的表面形成聚合物薄膜；在第一预设温度下对聚合物薄膜烘烤第一预设时间，使得聚合物薄膜固化并与石墨烯粘接；将与聚合物薄膜粘接的石墨烯从生长基底上剥离；将与聚合物薄膜粘接的石墨烯贴合到目标基底上；将目标基底浸入第二预设温度的溶解液中，以溶解聚合物薄膜，实现石墨烯的转移。该石墨烯转移方法能够避免溶液腐蚀过程，减少腐蚀液或副产物残留导致的石墨烯性能损伤，可以反复利用生长基底进行多次生长，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯转移方法
本专利技术涉及石墨烯转移
，尤其涉及一种石墨烯转移方法。
技术介绍
目前，石墨烯的合成方法研究取得了巨大的研究进展，其中化学气相沉积法(CVD)以及外延生长等方法已经展示出合成大面积石墨烯单晶薄膜的巨大潜力，为石墨烯在电子器件等领域的应用奠定了坚实的基础。然而，这些合成方法对生长温度以及生长基底有苛刻的要求，需要将合成得到的石墨烯薄膜转移到各种基底上进行后续的器件制备，因此转移成为石墨烯合成与应用之间的桥梁。石墨烯薄膜在高温生长过程中与基底形成极强的相互作用力，难于进行剥离与转移。在转移过程中会引入结构缺陷、形变、掺杂及表面污染等，急剧降低了石墨烯的性能。因此，石墨烯在转移过程中的损伤已经成为其在高性能电子器件领域应用的重要瓶颈。围绕石墨烯薄膜的转移，国内外开展了相关的研究工作，但现有的各种方法都有其局限性。石墨烯薄膜现有的转移方法可以大致分为两类：湿法转移与干法转移。其中，湿法转移多以PMMA薄膜为转移媒介，以酸、Fe(NO3)3等溶液腐蚀Ni、Cu等生长基底，之后将PMMA薄膜与石墨烯薄膜一起贴合在目标基底上，最后将PMMA溶解，完成转移过程。另一类转移方法为干法转移，即石墨烯与目标基底贴合时不经过溶液。最具代表性的干法转移为卷对卷转移(roll-to-roll)，即将生长于铜箔上的成卷的石墨烯以卷对卷的方式通过腐蚀去除基底并借助热释放胶带转移到成卷的柔性基底上，这一转移方法有助于推动石墨烯在柔性器件领域的应用。但现有技术的湿法转移与干法转移方法存在如下缺陷：1、湿法转移过程存在的主要问题在于湿法转移会引入残留聚合物、离子吸附等导致石墨烯迁移率显著下降，且湿法转移难以实现大规模应用。此外，由于要腐蚀除去生长基底，因而生长基底经历转移过程后无法继续使用，增加了生产成本。2、干法转移存在的主要问题是：无法将石墨烯转移到刚性基底上，并且得到的石墨烯缺陷较多，且仍需借助化学腐蚀法去除基底。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种石墨烯转移方法，以可溶解的聚合物作为转移媒介，通过物理剥离的方式将石墨烯从生长基底上转移下来并放置到目标基底上，再通过溶解的方式去除转移媒介，使得该转移方法能够避免溶液腐蚀过程，减少腐蚀液或副产物残留导致的石墨烯性能损伤，可以反复利用生长基底进行多次生长，降低成本。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种石墨烯转移方法，包括：在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在所述石墨烯的表面形成聚合物薄膜；在第一预设温度下对所述聚合物薄膜烘烤第一预设时间，使得所述聚合物薄膜固化并与所述石墨烯粘接；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从生长基底上剥离；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯贴合到目标基底上；将所述目标基底浸入第二预设温度的溶解液中，以溶解所述聚合物薄膜，实现所述石墨烯的转移。该转移方法，采用聚合物薄膜作为转移媒介，可以通过溶解去除，使得该聚合物薄膜可以温和、洁净地去除，避免了溶液腐蚀过程，减少腐蚀液或副产物残留导致的石墨烯性能损伤，生长基底与转移媒介可以反复使用，最大程度上降低生产成本。进一步，所述聚合物溶液包括第一聚合物溶液和第二聚合物溶液；所述在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在所述石墨烯的表面形成聚合物薄膜的步骤包括：在所述石墨烯的表面以第一预设转速对所述第一聚合物溶液旋涂第二预设时间，以在所述石墨烯的表面形成所述第一聚合物层；在所述第一聚合物层的表面以第二预设转速对所述第二聚合物溶液旋涂第三预设时间，以在所述第一聚合物层的表面形成所述第二聚合物层；所述第一聚合物层和所述第二聚合物层形成所述聚合物薄膜。该石墨烯转移方法通过第一聚合物层与石墨烯形成强的作用力，通过第二聚合物层增加了第一聚合物层的强度与韧性，避免了聚合物薄膜在剥离过程中被破损。进一步，所述第一聚合物溶液包括5-10wt％聚乙烯吡咯烷酮、10-20wt％乙烯基吡咯烷酮、wt％8水、余量为乙醇；和/或所述第二聚合物溶液包括8-12wt％聚乙烯醇，余量为水。进一步，所述第一预设转速的范围为2000-3000转/分钟，所述第二预设时间的范围为1-2分钟；和/或所述第二预设转速的范围为2000-3000转/分钟，所述第三预设时间的范围为1-2分钟。进一步，所述将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从生长基底上剥离的步骤包括：在固化后的所述聚合物薄膜上粘贴热释放胶带，通过所述热释放胶带将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从所述生长基底上剥离。进一步，所述通过所述热释放胶带将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从所述生长基底上剥离的步骤包括：将所述热释放胶带的一端固定在位移杆上，所述位移杆水平移动使得所述热释放胶带带动与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从所述生长基底上剥离。进一步，所述将所述目标基底浸入第二预设温度的溶解液中的步骤之前，还包括：将所述目标基底加热到第三预设温度，使得所述热释放胶带与所述聚合物薄膜分离。进一步，所述第三预设温度的范围为80-110℃。进一步，所述第一预设温度的范围为70-90℃，所述第一预设时间的范围为1-2分钟；和/或所述第二预设温度的范围为60-90℃。进一步，所述溶解液为水和乙醇中的至少一种。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：1、本专利技术提供的石墨烯转移方法，转移过程不涉及化学反应，无任何废液、废气排放，避免了溶液腐蚀过程，减少腐蚀液或副产物残留导致的石墨烯性能损伤，生长基底与转移媒介可以反复使用，最大程度上降低生产成本。解决了现有技术的湿法转移，转移过程由于要腐蚀除去生长基底，因而生长基底经历转移过程后无法继续使用，增加了生产成本的技术问题。2、本专利技术提供的石墨烯转移方法，石墨烯的转移过程最大程度上避免掺杂与残留，保持石墨烯薄膜的本征优异特性，满足石墨烯单晶薄膜在高性能电子器件领域的应用需求。解决了现有技术中的湿法转移会引入残留聚合物、离子吸附等导致石墨烯迁移率显著下降，以及干法转移得到的石墨烯缺陷较多，且仍需借助化学腐蚀法去除基底的技术问题。3、本专利技术提供的石墨烯转移方法，可以适用于任何目标基底，兼容柔性基底与刚性基底，具有突出的普适性。解决了现有技术中的干法转移无法将石墨烯转移到刚性基底上的技术问题。4、本专利技术提供的石墨烯转移方法，降低了转移过程的复杂程度，转移效率高，整个过程都为物理过程，可以在几分钟之内完成。附图说明图1是本专利技术一实施例提供的石墨烯转移方法的流程图；图2是本专利技术一实施例提供的石墨烯转移过程示意图；图3是本专利技术另一实施例提供的石墨烯转移方法的流程图；图4a是现有技术中采用PMMA作为转移媒介通过湿法转移得到的石墨烯薄膜的图像；图4b是采用本专利技术的石墨烯转移方法通过物理转移得到的石墨烯薄膜的图像。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1是本专利技术一实施例提供的石墨烯转移方法的流程图。图2是本专利技术一实施例提供的石墨烯转移过程示意图。请参照图1和图2，在本专利技术一实施例中，提供一种石墨烯转移方法，包括：S100，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯转移方法，其特征在于，包括：在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在所述石墨烯的表面形成聚合物薄膜；在第一预设温度下对所述聚合物薄膜烘烤第一预设时间，使得所述聚合物薄膜固化并与所述石墨烯粘接；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从生长基底上剥离；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯贴合到目标基底上；将所述目标基底浸入第二预设温度的溶解液中，以溶解所述聚合物薄膜，实现所述石墨烯的转移。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯转移方法，其特征在于，包括：在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在所述石墨烯的表面形成聚合物薄膜；在第一预设温度下对所述聚合物薄膜烘烤第一预设时间，使得所述聚合物薄膜固化并与所述石墨烯粘接；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯从生长基底上剥离；将与所述聚合物薄膜粘接的所述石墨烯贴合到目标基底上；将所述目标基底浸入第二预设温度的溶解液中，以溶解所述聚合物薄膜，实现所述石墨烯的转移。2.根据权利要求1所述的石墨烯转移方法，其特征在于，所述聚合物溶液包括第一聚合物溶液和第二聚合物溶液；所述在石墨烯的表面旋涂聚合物溶液，以在所述石墨烯的表面形成聚合物薄膜的步骤包括：在所述石墨烯的表面以第一预设转速对所述第一聚合物溶液旋涂第二预设时间，以在所述石墨烯的表面形成所述第一聚合物层；在所述第一聚合物层的表面以第二预设转速对所述第二聚合物溶液旋涂第三预设时间，以在所述第一聚合物层的表面形成所述第二聚合物层；所述第一聚合物层和所述第二聚合物层形成所述聚合物薄膜。3.根据权利要求2所述的石墨烯转移方法，其特征在于，所述第一聚合物溶液包括5-10wt％聚乙烯吡咯烷酮、10-20wt％乙烯基吡咯烷酮、wt％8水、余量为乙醇；和/或所述第二聚合物溶液包括8-12wt％聚乙烯醇，余量为水。4.根据权利要求2所述的石墨烯转移方法，其特征在于，所述第一预设转速的范围为2000-3000转/分钟，所述第二预设时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦丽颖，卢至行，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11