一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，包括：在金屬銅表面生長石墨烯；在石墨烯表面涂覆PMMA薄膜，將銅基底漂浮于蝕刻劑溶液表面腐蝕去除銅得到PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜；將通過摩擦帶有靜電的PET薄膜接近漂浮在液面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜，利用靜電作用使石墨烯/PMMA復(fù)合薄膜吸附在PET薄膜表面，然后將其與去離子水接觸，同時使PET薄膜表面的靜電釋放，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與PET薄膜的分離并使前者漂浮于水面；重復(fù)上述步驟，對石墨烯進(jìn)行洗滌以完全除去石墨烯表面附著的銅蝕刻溶劑；最后將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底表面并溶解除去表面的PMMA。利用本發(fā)明，不僅可以實(shí)現(xiàn)大尺寸石墨烯的定位轉(zhuǎn)移，同時可以大大降低石墨烯的破損率。
【專利說明】一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]2004年，英國曼徹斯特大學(xué)Geim教授首次制備出石墨稀【K.S.Novoselov,A.K.Geim, S.V.Morozov, D.Jiang, Y.Zhang, S.V.Dubonos，1.V.Grigorieva, A.A.Firsov,Science 2004，306，666.】。石墨烯是由單層碳原子組成的六方蜂巢狀二維結(jié)構(gòu)。石墨稀薄膜室溫下本征電子迀移率可達(dá)200000cm2/Vs，具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)【Κ.1.Bolotin,K.J.Sikes, Z.Jiang, M.Klima，G.Fudenberg，J.Hone，P.Kim, H.L.Stormer，Solid StateCommunicat1ns 2008，146，351.】。此外，石墨稀在整個可見光區(qū)均具有極高的透光率，研宄發(fā)現(xiàn)單層石墨稀的透光率接近97 %【R.R.Nair，P.Blake, A.N.Grigorenko，K.S.Novoselov, T.J.Booth，T.Stauber, N.M.R.Peres, A.K.Geim, Science 2008，320，1308.】，因此石墨烯在電子學(xué)領(lǐng)域、光電子學(xué)領(lǐng)域和導(dǎo)電薄膜等方面具有巨大的應(yīng)用前景。
[0003]實(shí)現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用，首要前提是大面積石墨烯薄膜的生長制備。已有研宄表明在銅基底上利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法可以實(shí)現(xiàn)單層、高性能石墨烯薄膜的生長【X.S.Li, ff.ff.Cai，J.Η.An，S.Kim, J.Nah，D.X.Yang，R.Piner，A.Velamakanni，1.Jung,E.Tutuc，S.K.Baner jee, L.Colombo, R.S.Ruoff, Science 2009，324，1312.】。
[0004]到目前為止，石墨烯在金屬表面的生長已經(jīng)研宄的比較深入，制約石墨烯大規(guī)模應(yīng)用的主要是如何實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面的無損轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)移方法中有直接接觸式和非直接接觸式對石墨烯進(jìn)行清洗和轉(zhuǎn)移，然而，這兩種方法會引起石墨烯破損或者大量消耗資源的缺陷。
[0005]因此，如何高效的實(shí)現(xiàn)石墨烯的無損轉(zhuǎn)移是實(shí)現(xiàn)石墨烯大規(guī)模應(yīng)用的前提條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，以節(jié)省轉(zhuǎn)移過程中的資源消耗，避免轉(zhuǎn)移過程中石墨烯和轉(zhuǎn)移器械的直接接觸，降低石墨烯的破損程度，提高石墨烯薄膜的質(zhì)量。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，該方法包括:
[0010]步驟1:在銅箔表面生長石墨烯；
[0011]步驟2:在生長有石墨烯的銅箔表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為支撐層，然后將銅箔漂浮在三氯化鐵水溶液表面腐蝕去除銅得到PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜；
[0012]步驟3:利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面；
[0013]步驟4:用去離子水對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液；
[0014]步驟5:再次利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面，然后將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與目標(biāo)襯底表面接觸，同時消除該有機(jī)薄膜表面所帶靜電，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜向目標(biāo)襯底表面的轉(zhuǎn)移；
[0015]步驟6:利用溶劑溶解去除PMMA/石墨稀復(fù)合薄膜中的PMMA，實(shí)現(xiàn)石墨稀從金屬表面向目標(biāo)襯底表面的無損轉(zhuǎn)移。
[0016]上述方案中，步驟1中所述在銅箔表面生長石墨烯，包括:將銅箔放入CVD爐中，通入10SCCM的4和2SCCM的CH4，于1000°C下在銅箔表面生長石墨烯。
[0017]上述方案中，步驟3中所述有機(jī)薄膜為能夠通過摩擦產(chǎn)生靜電并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚四氟乙烯薄膜。
[0018]上述方案中，步驟3中所述有機(jī)薄膜采用PET薄膜，步驟3中所述將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于有機(jī)薄膜表面，包括:利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，然后將PET薄膜未摩擦不帶靜電的一表面接近漂浮在三氯化鐵水溶液表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面。
[0019]上述方案中，步驟4中所述用去離子水對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液，包括:將吸附于PET薄膜表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜接觸去離子水，同時用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面以消除PET薄膜表面靜電，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到去離子水的水面；然后再利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面；依次重復(fù)多次，對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌以除去石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液。
[0020]上述方案中，步驟5中所述消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電，是使用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面，以消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電。
[0021]上述方案中，所述目標(biāo)襯底包括玻璃襯底、石英襯底和PET薄膜襯底。
[0022](三)有益效果
[0023]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明提供的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，巧妙地利用帶有靜電的有機(jī)薄膜對PMMA的吸附作用，不僅實(shí)現(xiàn)了石墨烯的高效轉(zhuǎn)移，而且避免了石墨烯和有機(jī)薄膜的直接接觸，從而減小了石墨烯的破損，提高了轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜的質(zhì)量。
[0025]2、本發(fā)明提供的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，不僅實(shí)現(xiàn)了石墨烯的高效轉(zhuǎn)移，節(jié)省了轉(zhuǎn)移過程中的資源消耗，而且避免了轉(zhuǎn)移過程中石墨烯和轉(zhuǎn)移器械的直接接觸，有效降低了石墨烯的破損程度，提高了石墨烯薄膜的質(zhì)量。
[0026]3、本發(fā)明提供的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，實(shí)現(xiàn)了銅基底表面CVD石墨烯在目標(biāo)襯底表面的無損轉(zhuǎn)移，不僅降低了轉(zhuǎn)移過程中的資源消耗，而且提高了石墨烯薄膜的完整性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法流程圖。
[0028]圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的工藝流程圖。
[0029]圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例的使用靜電轉(zhuǎn)移的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]如同1所示，圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0032]步驟1:在銅箔表面生長石墨烯；
[0033]在本步驟中，在銅箔表面生長石墨烯，是將銅箔放入CVD爐中，通入10SCCM的!12和2SCCM的CH4，于1000°C下在銅箔表面生長石墨烯。
[0034]步驟2:在生長有石墨烯的銅箔表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為支撐層，然后將銅箔漂浮在三氯化鐵水溶液表面腐蝕去除銅得到PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜。
[0035]步驟3:利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面；
[0036]在本步驟中，有機(jī)薄膜為能夠通過摩擦產(chǎn)生靜電并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚四氟乙烯薄膜；以PET薄膜為例，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于有機(jī)薄膜表面，是利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，然后將PET薄膜未摩擦不帶靜電的一表面接近漂浮在三氯化鐵水溶液表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面。
[0037]步驟4:用去離子水對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液；
[0038]在本步驟中，以PET薄膜為例，用去離子水對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液，是將吸附于PET薄膜表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜接觸去離子水，同時用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面以消除PET薄膜表面靜電，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與PET薄膜的分離并使前者漂浮于去離子水的水面，進(jìn)而將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到去離子水的水面；然后再利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面；依次重復(fù)多次，對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌以除去石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液。
[0039]同時使PET薄膜表面的靜電釋放，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與PET薄膜的分離并使前者漂浮于水面
[0040]步驟5:再次利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面，然后將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與目標(biāo)襯底表面接觸，同時消除該有機(jī)薄膜表面所帶靜電，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜向目標(biāo)襯底表面的轉(zhuǎn)移；
[0041]在本步驟中，消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電，是使用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面，以消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電。
[0042]步驟6:利用溶劑溶解去除PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜中的PMMA，實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面的無損轉(zhuǎn)移；
[0043]其中，目標(biāo)襯底包括玻璃襯底、石英襯底或PET薄膜襯底。
[0044]實(shí)施例1:利用靜電作用實(shí)現(xiàn)銅箔表面CVD石墨烯向玻璃表面的轉(zhuǎn)移。
[0045]將銅箔放入CVD爐中，在lOsccm氫氣和2sccm甲烷混合氣氛中，在1000°C高溫條件下利用化學(xué)氣相沉積在銅表面生長石墨烯；在生長了石墨烯的銅箔表面涂覆PMMA ;將銅箔漂浮在三氯化鐵水溶液表面腐蝕除去金屬銅得到PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜；利用絲綢摩擦聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜的一個表面使其帶靜電，然后將PET薄膜未摩擦的另一表面接近漂浮在三氯化鐵溶液上的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜，通過靜電作用使其吸附在PET薄膜表面；將吸附在PET薄膜表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜接觸去離子水，同時用濕的無紡布擦拭PET經(jīng)絲綢摩擦過的表面消除所帶靜電，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到水面；依次重復(fù)多次，對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌以除去石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液；再次利用一個表面帶靜電的PET薄膜，使PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附在PET薄膜表面，將其與玻璃表面接觸，同時用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面消除所帶靜電，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜在玻璃表面的轉(zhuǎn)移；利用丙酮溶解除去石墨烯表面的PMMA薄膜最終實(shí)現(xiàn)石墨稀在玻璃表面的轉(zhuǎn)移。
[0046]實(shí)施例2:利用靜電作用實(shí)現(xiàn)銅箔表面CVD石墨烯向PET表面的轉(zhuǎn)移。
[0047]具體步驟與實(shí)施例1類似，但最后使用的目標(biāo)襯底是PET薄膜。
[0048]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，該方法包括: 步驟1:在銅箔表面生長石墨烯； 步驟2:在生長有石墨烯的銅箔表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯PMMA作為支撐層，然后將銅箔漂浮在三氯化鐵水溶液表面腐蝕去除銅得到PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜； 步驟3:利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面； 步驟4:用去離子水對PMMA/石墨稀復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨稀表面附著的三氯化鐵溶液； 步驟5:再次利用一個表面帶靜電的有機(jī)薄膜，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于該有機(jī)薄膜表面，然后將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜與目標(biāo)襯底表面接觸，同時消除該有機(jī)薄膜表面所帶靜電，實(shí)現(xiàn)PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜向目標(biāo)襯底表面的轉(zhuǎn)移； 步驟6:利用溶劑溶解去除PMMA/石墨稀復(fù)合薄膜中的PMMA，實(shí)現(xiàn)石墨稀從金屬表面向目標(biāo)襯底表面的無損轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，步驟I中所述在銅箔表面生長石墨烯，包括: 將銅箔放入化學(xué)氣相沉積爐中，通入1SCCM的4和2SCCM的CH4，于1000°C下在銅箔表面生長石墨烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，步驟3中所述有機(jī)薄膜為能夠通過摩擦產(chǎn)生靜電并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的聚對苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜或聚四氟乙烯薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，步驟3中所述有機(jī)薄膜采用PET薄膜，步驟3中所述將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜通過靜電作用吸附于有機(jī)薄膜表面，包括: 利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，然后將PET薄膜未摩擦不帶靜電的一表面接近漂浮在三氯化鐵水溶液表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，步驟4中所述用去離子水對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌，以去除石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液，包括: 將吸附于PET薄膜表面的PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜接觸去離子水，同時用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面以消除PET薄膜表面靜電，將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到去離子水的水面； 然后再利用絲綢摩擦PET薄膜的一個表面使其帶靜電，通過靜電作用將PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜吸附于PET薄膜表面； 依次重復(fù)多次，對PMMA/石墨烯復(fù)合薄膜進(jìn)行洗滌以除去石墨烯表面附著的三氯化鐵溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，步驟5中所述消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電，是使用濕的無紡布擦拭PET薄膜經(jīng)絲綢摩擦過的表面，以消除有機(jī)薄膜表面所帶靜電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底表面無損轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，所述目標(biāo)襯底包括玻璃襯底、石英襯底或PET薄膜襯底。
【文檔編號】C23C16/26GK104451592SQ201410779092
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】張大勇, 金智, 史敬元, 麻芃, 王選蕓 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所