一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用技术

本发明专利技术提供了一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)对待处理膜片进行图案化处理，得到图案化区域和其余区域；其中，所述待处理膜片包括依次设置的牺牲层、石墨烯片层和电子束胶层；所述图案化处理包括将石墨烯片部分区域裸露；(2)依次除去所述其余区域和牺牲层，然后将图案化区域转移至衬底上，得到所述悬空石墨烯结构。本发明专利技术提供的制备方法不涉及腐蚀性液体，操作过程简单，易于进行石墨烯的转移和组装。本发明专利技术提供的制备方法可以实现不同形状以及不同尺寸的石墨烯材料的悬空结构的制备，也可以用于任意衬底。

Preparation method of suspended graphene structure and its obtained suspended graphene structure and Application

【技术实现步骤摘要】
一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用
本专利技术属于石墨烯制备领域，涉及一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子组成的拥有蜂窝状结构的二维薄膜。由于其优异的电子迁移率、单原子层的厚度及超高的机械强度而被认为在信息技术、半导体、生物传感、能源和环境保护等众多领域有广阔的应用前景。在半导体
，石墨烯因其优异的电学性能而被认为可能取代硅成为下一代半导体技术的基础材料。传统的石墨烯一般生长在绝缘衬底之上或转移到绝缘衬底之上，然后用于制备功能器件。然而，石墨烯与衬底的相互作用会降低石墨烯的电子迁移率，进而降低石墨烯功能器件的性能。另外，石墨烯在分子探测领域有广阔的应用前景，制备高质量的悬空石墨烯是其关键的一步。例如，基于石墨烯的纳米孔被认为有潜力应用于生物传感领域，特别是下一代DNA测序技术。因此，制备悬空石墨烯一直是相关领域内科学技术人员努力的方向之一。CN109824046A公开了一种制备Janus结构的悬空石墨烯支撑膜的方法，该方法包括：通过化学气相沉积法在金属基底表面生长石墨烯薄膜，再制备悬空石墨烯薄膜，最后将所得悬空石墨烯置于等离子体清洗机中，对石墨烯表面进行功能化处理，得到亲疏水性可控、完整度高(>80％)的Janus石墨烯支撑膜。目前，制备悬空石墨烯主要是转移法或者刻蚀法。前者是将制备的石墨烯转移到有结构的衬底上，形成悬空的功能区；后者则将石墨烯下面的衬底刻蚀掉，得到悬空石墨烯。刻蚀的方法通常用到腐蚀液，制备过程繁琐，控制难度大，并且其中不可避免的化学污染会影响到悬空石墨烯的潜在性能。CN104787754A公开了一种悬空石墨烯的制备方法，包括以下步骤：步骤A，采用半导体工艺在碳化硅衬底上制备预期结构，步骤B，在富碳环境下，采用高温分解法制备悬空石墨烯。该专利申请虽然并没有应用刻蚀技术，但是制备得到的悬空石墨烯无法进行转移应用。因此，想要提供一种操作简单的悬空石墨烯结构的制备方法以满足应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种悬空石墨烯结构的制备方法及由其得到的悬空石墨烯结构和应用。本专利技术提供的制备方法不涉及腐蚀性液体，操作过程简单，易于进行石墨烯的转移和组装。本专利技术提供的制备方法可以实现不同形状以及不同尺寸的石墨烯材料的悬空结构的制备，也可以用于任意衬底。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种悬空石墨烯结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)对待处理膜片进行图案化处理，得到图案化区域和其余区域；其中，所述待处理膜片包括依次设置的牺牲层、石墨烯片层和电子束胶层；所述图案化处理包括将石墨烯片部分区域裸露；(2)依次除去所述其余区域和牺牲层，然后将图案化区域转移至衬底上，得到所述悬空石墨烯结构。本专利技术提供的制备方法操作简单，可以利用电子束胶曝光实现石墨烯片的裸露，进而实现后续石墨烯悬空结构的制备。优选地，所述待处理膜片的制备方法包括如下步骤：利用甩胶在基底上制备牺牲层，然后利用胶带在牺牲层上设置单层石墨烯片，最后利用甩胶在石墨烯片层上设置电子胶束层，得到所述待处理膜片。优选地，所述牺牲层选自聚乙烯醇层。优选地，所述电子胶束层选自聚甲基丙烯酸甲酯层。本专利技术选用聚乙烯醇作为牺牲层，聚乙烯醇溶于水，可以使牺牲层极为容易除去，同时，牺牲层的存在不会对石墨烯片以及图案化处理产生任何不利影响。本专利技术通过牺牲层和电子胶束层的配合，可以实现石墨烯片的部分区域裸露，并且不与其他材料粘连，这是后期形成石墨烯悬空结构的必要要求。优选地，所述进行图案化处理的方式为电子束曝光。本专利技术采取了灵活的电子束曝光工艺，可以实现不同形状以及不同尺寸的石墨烯悬空结构的制备以及转移，尤其是由于不需要对衬底进行任何处理，因此不需要考虑转移后的衬底，可以适用于任意衬底。优选地，所述图案化区域与所述其余区域之间存在至少一个连接部连接。优选地，所述连接部的宽度为1-2μm，例如1.2μm、1.5μm、1.8μm等。优选地，所述图案化区域内还设置有开孔区。优选地，所述开孔区的直径为2-3μm，例如2.2μm、2.5μm、2.8μm等。本专利技术进行图案化处理得到的图案化区域与其他部分为弱连接(仅依靠几个宽度极小的连接部连接)，因此，在后续处理过程中，仅需要利用微针(尖端小于1-2μm)通过图案区域设计的开孔区就可以轻松将图案区域进行转移；而石墨烯裸露区域即为后续应用过程中的样品窗口。由于是石墨烯片部分区域裸露，即石墨烯片四周均具有电子束胶，在转移到衬底上后，相比于石墨烯片，电子束胶与衬底具有较好的粘结性，因此，石墨烯片四周的电子束胶与衬底贴合，导致石墨烯片呈鼓起状态，即实现石墨烯片的悬空。优选地，所述除去牺牲层的方法为水浸法。优选地，所述水浸法为将待处理膜片浸入水中，除去牺牲层。优选地，所述水的温度为50-100℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃等。优选地，步骤(2)所述其余区域的除去方法为：在显微镜下，利用微针穿过开孔区，挑出图案化区域，将所述其余区域除去。优选地，所述衬底选自硅片。第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述的制备方法制备得到的悬空石墨烯结构。第三方面，本专利技术提供了一种根据第二方面所述的悬空石墨烯结构在制备微机电系统(MEMS)中的应用。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的制备方法操作简单，可以利用电子束胶曝光实现石墨烯片的裸露，进而实现后续石墨烯悬空结构的制备；(2)本专利技术选用聚乙烯醇作为牺牲层，聚乙烯醇溶于水，可以使牺牲层极为容易除去，同时，牺牲层的存在不会对石墨烯片以及图案化处理产生任何不利影响。本专利技术通过牺牲层和电子胶束层的配合，可以实现石墨烯片的部分区域裸露，并且不与其他材料粘连，这是后期形成石墨烯悬空结构的必要要求；(3)本专利技术采取了灵活的电子束曝光工艺，可以实现不同形状以及不同尺寸的石墨烯悬空结构的制备以及转移，尤其是由于不需要对衬底进行任何处理，因此不需要考虑转移后的衬底，可以适用于任意衬底。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的待处理膜片的结构示意图。图2是本专利技术实施例1除去牺牲层后的结构示意图。其中，1-基底；2-牺牲层；3-电子胶束层；301-连接部；302-开孔区；4-石墨烯片层；401-石墨烯片。图3为实施例1提供的石墨烯悬空结构的高倾转角度扫描电镜照片。图4为未悬空的石墨烯贴附在电极上的高倾转角度扫描电镜照片。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。实施例1一种悬空石墨烯结构的制备方法，包括如下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬空石墨烯结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)对待处理膜片进行图案化处理，得到图案化区域和其余区域；/n其中，所述待处理膜片包括依次设置的牺牲层、石墨烯片层和电子束胶层；/n所述图案化处理包括将石墨烯片部分区域裸露；/n(2)依次除去所述其余区域和牺牲层，然后将图案化区域转移至衬底上，得到所述悬空石墨烯结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬空石墨烯结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)对待处理膜片进行图案化处理，得到图案化区域和其余区域；
其中，所述待处理膜片包括依次设置的牺牲层、石墨烯片层和电子束胶层；
所述图案化处理包括将石墨烯片部分区域裸露；
(2)依次除去所述其余区域和牺牲层，然后将图案化区域转移至衬底上，得到所述悬空石墨烯结构。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待处理膜片的制备方法包括如下步骤：
利用甩胶在基底上制备牺牲层，然后利用胶带在牺牲层上设置单层石墨烯片，最后利用甩胶在石墨烯片层上设置电子胶束层，得到所述待处理膜片。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述牺牲层选自聚乙烯醇层；
优选地，所述电子胶束层选自聚甲基丙烯酸甲酯层。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述进行图案化处理的方式为电子束曝光。


5.根据权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋学锋，曾维军，王尧，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44