【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯转移，具体涉及一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法。
技术介绍
1、石墨烯由于其独特的电子、光学、力学和热学性质，在许多领域(如环境监测、生物医学、能源、电子设备等)中发挥着越来越重要的作用，然而现有的大规模、低成本生产石墨烯，特别是单层石墨烯薄膜的方法主要是化学气相沉积法，该方法的局限性在于它只能利用铜、镍、铂之类的金属基底作为石墨烯的生长基底，因此这种生产方法在实际应用中受到了较大限制，必须将石墨烯从金属基底转移到目标基底才能进一步使用。
2、传统的石墨烯转移方法(doi:10.1039/c2nr31317k)通常涉及金属基底的刻蚀过程，并使用聚甲酯丙烯酸甲酯(pmma)等聚合物作为转移介质，这些转移方法不仅成本高昂，而且聚合物的污染会对二维材料的性能产生负面影响，难以大规模推广应用。虽然目前提出一些使用冰等清洁介质转移二维材料的方法(doi:10.1002/adma.202210503)，减少了污染源，但是这些方法只能转移微米级的二维材料，而且只适用于转移表面光滑的云母片或二氧化硅表面的二维材料，这些表面与二维材料的粘附力较低，无法实现粗糙金属基底表面石墨烯的清洁完整转移。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，实现铜基石墨烯向任意基底的大规模、无污染、高质量转移，降低生产成本和环境污染，推动石墨烯在各个领域的广泛应用。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取
3、一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，利用冰作为转移介质转移铜基底石墨烯，转移过程中，使用氧化亚铜插层削弱石墨烯与原始基底的粘附强度，引入外加电场增强冰与石墨烯的粘附强度，保证冰与石墨烯能够充分接触，使石墨烯能够完整转移。
4、所述一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，包括以下步骤：
5、第一步：制作待转移样品，待转移样品由铜基底2及其上的石墨烯1组成，将铜基底2上的石墨烯1放置在充满蒸馏水3的水槽4的水面上，加热9-11小时，在石墨烯1和铜基底2之间插入氧化亚铜5插层；氧化亚铜5将会在石墨烯1和铜基底2界面中生长，产生初始裂纹并降低石墨烯1与铜基底2的粘附力；
6、第二步：在氧化后的待转移样品上放置一个模具6，并在模具6内滴加蒸馏水3，接着将带有模具6和蒸馏水3的待转移样品置于平行电极板7中，使待转移样品处于平行电场环境中，同时使用半导体制冷板8将温度降至-30℃以下，使蒸馏水3变成冰柱9；
7、第三步：待蒸馏水3完全冻成冰柱9之后，通过机械力使带有石墨烯1的冰柱9从铜基底2的上表面分离，此时，石墨烯1则被粘附在冰柱9的下方；
8、第四步：将粘附有石墨烯1的冰柱9快速放置于目标基底10上，当冰柱9去除后，石墨烯1就被转移至任意目标基底10上；
9、所述第二步中的制冷环境由半导体制冷板8提供，降温过程从石墨烯1的上表面开始，减少体积膨胀导致的冰柱9和石墨烯1界面处的结合力下降问题。
10、所述第二步中的外加电场作用为促进蒸馏水3在铜基底2上的石墨烯1上的完全浸润，提升冰柱9与石墨烯1的接触力。
11、所述第三步中冰柱9的去除过程通过冷冻干燥完成，避免液态水出现。
12、所述目标基底10包括pdms基底、硅基底、特氟龙、硅、二氧化硅等。
13、与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：由于本专利技术采用外部电场增强冰与石墨烯间的结合强度，引入氧化亚铜插层降低石墨烯和铜基底的结合强度，可直接使用冰柱将石墨烯从铜基底完全剥离。本专利技术涉及的石墨烯转移方法，转移过程中除水外，不涉及其它化学物质的引入，所以转移的石墨烯具有质量高、连续性好、无污染的优点，解决了金属基底石墨烯清洁转移的难题。
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1.一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，其特征在于：利用冰作为转移介质转移铜基石墨烯，转移过程中，使用氧化亚铜插层削弱石墨烯与原始基底的粘附强度，引入外加电场增强冰与石墨烯的粘附强度保证冰与石墨烯能够充分接触，使石墨烯能够完整转移。
2.权利要求1所述一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二步中的制冷环境由半导体制冷板(8)提供，降温过程从石墨烯(1)的上表面开始，减少体积膨胀导致的冰柱(9)和石墨烯(1)界面处的结合力下降问题。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二步中的外加电场作用为促进水在铜基底(2)上的石墨烯(1)上的完全浸润，保证冰柱(9)与石墨烯完全接触，提升冰柱(9)与石墨烯(1)的接触力。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第三步中冰柱(9)的去除过程通过冷冻干燥完成，避免液态水出现。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述目标基底(10)为PDMS基底、硅基底或特氟龙。
【技术特征摘要】
1.一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，其特征在于：利用冰作为转移介质转移铜基石墨烯，转移过程中，使用氧化亚铜插层削弱石墨烯与原始基底的粘附强度，引入外加电场增强冰与石墨烯的粘附强度保证冰与石墨烯能够充分接触，使石墨烯能够完整转移。
2.权利要求1所述一种基于电辅助和水相变的石墨烯转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二步中的制冷环境由半导体制冷板(8)提供，降温过程从石墨烯(1)的上表面开始，减少体积膨胀导...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，马河川，韩宇飞，温凯强，邵金友，田洪淼，张洁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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