專利名稱：一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透明導(dǎo)電薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，特別是一種基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)制作透明導(dǎo)電薄膜的成熟工藝是以氧化銦錫ITO為材料，通過物理氣相沉積得到，然而銦在地球上的含量極少且提取困難，每年的產(chǎn)量不足500噸；并且ITO不耐酸堿，在酸堿環(huán)境下容易失效。石墨烯自從2004年發(fā)現(xiàn)以來，因其電子遷移速度最快、硬度高、傳熱快的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛關(guān)注。用CVD方法制備出石墨烯薄膜后，現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法是在石墨烯薄膜上面旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物作為支撐層，然后用鐵鹽或者酸腐蝕掉石墨烯薄膜下面的CVD工藝用的金屬基片，將帶有支撐層的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上后，再用有機(jī)溶劑溶解掉石墨烯薄膜上面的支撐層，這樣轉(zhuǎn)移到襯底上的石墨烯 薄膜上不僅殘存了大量金屬顆粒，還因?yàn)镃VD方法的高溫過程使金屬基片變形而使制備的石墨烯薄膜不平坦，導(dǎo)致最后轉(zhuǎn)移后得到的石墨烯薄膜會有裂紋、突起，不能與襯底完好接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，要解決的技術(shù)問題是降低石墨烯透明薄膜轉(zhuǎn)移后的雜質(zhì)、裂紋和突起。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，包括以下步驟一、化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜將金屬基片放入電爐中，然后通入氫氣和氬氣，以5^100C的升溫速度，從室溫升溫至50(Tl200°C，保持2(T30min后，通入碳源氣體，保持5 20min，停止通入碳源氣體，自然冷卻到室溫后，停止通入氫氣和氬氣；對5 10L容積的電爐，氫氣流量為l(T500sccm，氬氣流量為20(Tl000sccm，碳源氣體流量為15 500sccm，碳源氣體是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、乙醇、苯、甲苯中的一種以上；二、在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在40(T600rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)5 10s，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)3(T60s，使聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠厚度為不超過Ιμπι，以5 1(TC /min的升溫速度，從室溫升溫至6(T12(TC，加熱flOmin，自然冷卻至室溫，在石墨烯表面形成支撐層；三、將帶有支撐層的石墨烯薄膜與金屬基片作為負(fù)極插入電解溶液中，在正、負(fù)極之間加上3 15V的電壓，電解f3600s，石墨烯薄膜與金屬基片分離，將支撐層與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上，石墨烯薄膜與指定襯底接觸；電解溶液是濃度為O. 5 2M的NaOH溶液，或濃度為O. 05、. 5M的K2S2O8 ;四、在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在300"500rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T60s，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T50s，使聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠厚度為不超過I μ m，以5 10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至6(Tl2(TC，加熱IOmin,爐內(nèi)自然冷卻至室溫；五、將帶有支撐層的石墨烯薄膜和指定襯底放入金屬-氧化物-半導(dǎo)體電路專用的丙酮溶液中，放置不少于I小時，得到石墨烯薄膜與指定襯底，石墨烯薄膜附著在指定襯底上。本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜，以5 10°C的升溫速度，從室溫升溫至500^1200 °C中的一個較低溫度，保持2(T30min后，再以5 I (TC的升溫速度，升溫至500^1200°C中的一個較高溫度，然后通入碳源氣體。本發(fā)明的金屬基片是銅、鎳、鉬、鐵、鈷中的一種以上，銅、鎳、鉬、鐵、鈷中的兩種以上組合時，為合金或分層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的電解溶液是濃度為IM的NaOH溶液，或濃度為O. 05M的K2S2O8溶液。本發(fā)明的電解正極為鉬電極或石墨電極。本發(fā)明的指定襯底是SiO2襯底、聚二甲基硅氧烷襯底或玻璃襯底。 本發(fā)明在正、負(fù)極之間加上5 15V的電壓，電解9(T3600s。本發(fā)明在正、負(fù)極之間加上IOV的電壓，電解1800s。本發(fā)明在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在30(T400rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T50s，然后在300(T4000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T30s。本發(fā)明在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在400rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)50s，然后在4000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30s。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過電化學(xué)起泡方法把石墨烯薄膜和支撐層組成的膜與金屬基片分離，將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上后通過第二次旋涂膠使石墨烯薄膜與指定襯底平面接觸良好而不出現(xiàn)裂紋，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備方法中普遍存在的CVD制備的石墨烯薄膜雜質(zhì)多，轉(zhuǎn)移后與襯底接觸不良以及成本高的缺點(diǎn)，金屬基片可以反復(fù)使用，降低了制備石墨烯透明薄膜的成本，轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜與襯底接觸良好且雜質(zhì)少。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，先在金屬基片上用CVD方法制備石墨烯薄膜，然后在石墨烯薄膜上旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物作為支撐層，再通過電化學(xué)起泡方法分離石墨烯薄膜與金屬基片，待石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上后，在支撐層上二次旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物，使石墨烯薄膜與襯底平面良好結(jié)合，最后去除支撐層得到石墨烯薄膜與襯底的組合，具體包括以下步驟一、CVD制備石墨烯薄膜將金屬基片放入石英管中，石英管放入電爐中，然后通入氫氣和氬氣，以5 10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至50(Tl20(TC，保持2(T30min后，通入碳源氣體，保持5 20min，停止通入碳源氣體并關(guān)閉電爐加熱電源，爐內(nèi)自然冷卻到室溫后，停止通入氫氣和氬氣，取出金屬基片，石墨烯薄膜已經(jīng)生長在金屬基片表面?？梢砸? 10°C的升溫速度，從室溫升溫至50(Tl20(TC中的一個較低溫度，保持2(T30min后，再以5 10°C的升溫速度，升溫至50(Γ1200 中的一個較高溫度，然后通入碳源氣體。金屬基片是銅、鎳、鉬、鐵、鈷中的一種以上，當(dāng)兩種以上組合時，為合金或分層結(jié)構(gòu)。對5 IOL容積的電爐，氫氣流量為l(T500sccm，氬氣流量為20(Tl000sccm，碳源氣體流量為15 500sccm。碳源氣體是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、乙醇、苯、甲苯中的一種以上。
二、第一次旋涂支撐層并堅(jiān)膜室溫下，在石墨烯表面旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物(膠)作為支撐層，旋涂通過勻膠機(jī)完成，滴膠后先在40(T600rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)5 IOs使其均勻，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)3(T60s甩掉多余的膠，使膠厚度為不超過I μ m。堅(jiān)膜過程在電爐的加熱板上進(jìn)行，以5 1(TC /min的升溫速度，從室溫升溫至6(Tl2(TC，加熱riOmin,自然冷卻至室溫，在石墨烯表面形成堅(jiān)膜支撐層。有機(jī)膠體或高分子聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或光刻膠。三、電化學(xué)氣泡法分離石墨烯薄膜與金屬基片并轉(zhuǎn)移將帶有支撐層的石墨烯薄膜與金屬基片作為負(fù)極插入電解溶液中，常壓室溫下，在正、負(fù)極之間加上:T15V的電壓，電解f3600s。由于電解溶液中的水分子在負(fù)極電解分離產(chǎn)生氫氣，氫氣在金屬基片表面形成氣泡被釋放出，使石墨烯薄膜與金屬基片分離。待分離結(jié)束，將支撐層與石墨烯薄膜從電解溶液中撈出，按現(xiàn)有技術(shù)清洗，轉(zhuǎn)移到指定襯底上，石墨烯薄膜與指定襯底接觸。電解溶液是濃度為O. 5 2M的NaOH溶液，優(yōu)選為IM的NaOH溶液，或濃度為
O.05 O. 5M 的 K2S2O8,優(yōu)選為 O. 05M 的 K2S2O8 溶液。正極為鉬電極或石墨電極。指定襯底是SiO2襯底、聚二甲基硅氧烷PDMS襯底或玻璃襯底。當(dāng)采用NaOH或K2S2O8溶液進(jìn)行電解時，NaOH或K2S2O8溶于水后發(fā)生電離，水溶液產(chǎn)生Na+或K+、OH,H+離子，電解過程中，H+受負(fù)極的吸引到達(dá)金屬基片與薄膜之間，接受金屬基片的電子在基片與薄膜之間析出氫氣形成氣泡，分離基片與薄膜。四、第二次旋涂并堅(jiān)膜在支撐層表面旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物，旋涂通過勻膠機(jī)完成，滴膠后先在30(T500rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T60s使其均勻，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T50s甩掉多余的膠，使膠厚度為不超過I μ m。堅(jiān)膜過程在電爐的加熱板上進(jìn)行，以5 10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至6(Tl20°C，加熱f自然冷卻至室溫。二次旋涂的有機(jī)膠體或高分子聚合物會溶解第一次旋涂形成的堅(jiān)膜，從而使石墨烯薄膜在指定襯底平面上完全鋪開，避免了裂紋和突起，使石墨烯薄膜和指定襯底平面完好結(jié)合。第一次旋涂經(jīng)6(T12(TC加熱f IOmin形成的堅(jiān)膜，聚甲基丙烯酸甲酯和光刻膠在此溫度下只是干燥，并不發(fā)生聚合。有機(jī)膠體或高分子聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或光刻膠。 五、去除支撐層將帶有支撐層的石墨烯薄膜和指定襯底放入金屬-氧化物-半導(dǎo)體電路專用的(MOS級)丙酮溶液中，放置不少于I小時，支撐層被溶解在丙酮溶液中，按現(xiàn)有技術(shù)清洗，得到石墨烯薄膜與指定襯底，石墨烯薄膜附著在指定襯底上。本發(fā)明方法制備的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，用美國Veeco公司di D3100原子力顯微鏡測得膜的厚度為廣50nm，IumX Ium的單位面積上裂紋和突起數(shù)量少于50處，用日本Nikon公司的LV150光學(xué)顯微鏡檢驗(yàn)石墨烯透明薄膜的雜質(zhì),雜質(zhì)密度少于100處/um2,用美國FILMETRICS公司FlO-RT-UV型透光率檢測儀測得波長在20(Tl IOOnm的透光率為90% 以上。本發(fā)明的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，在石墨烯薄膜上旋涂有機(jī)膠體或高分子聚合物作為支撐層，然后對支撐層進(jìn)行堅(jiān)膜，此時支撐層、石墨烯薄膜和金屬基片是一個整體，通過電化學(xué)起泡方法把石墨烯薄膜和支撐層組成的膜與金屬基片分離，將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上后通過第二次旋涂支撐層膠使石墨烯薄膜與指定襯底平面接觸良好而不出現(xiàn)裂紋，然后進(jìn)行堅(jiān)膜，此時支撐層、石墨烯薄膜和指定襯底是一個整體，最后去除支撐層，此時石墨烯薄膜和指定襯底是一個整體。本發(fā)明的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備方法中普遍存在的CVD制備的石墨烯薄膜雜質(zhì)多，轉(zhuǎn)移后與襯底接觸不良以及成本高的缺點(diǎn)，為CVD制備石墨烯薄膜以及其轉(zhuǎn)移提供了研究依據(jù)，本發(fā)明所制備的石墨烯薄膜，金屬基片可以反復(fù)使用從而降低了制備的成本，轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜與襯底接觸良好且雜質(zhì)少。由于石墨烯耐酸堿，且是透明的導(dǎo)體，在金屬基片上化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯為透明平面薄膜狀，因此本發(fā)明的方法基于CVD制備的石墨烯薄膜作為透明導(dǎo)電薄膜，在酸堿環(huán)境下的穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低。實(shí)施例1，一、將25um厚的銅箔放入石英管中，石英管插入容積5L的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為10:300sccm，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至900°C，保持20min，然后以10°C /min的升溫速度，升溫至1100°C，通入甲烷氣70sccm，保持IOmin,關(guān)閉甲烷氣，待石英管冷卻到室溫，取出銅箔，石墨烯薄膜生長在銅箔表面。 二、將第一步處理的銅箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量PMMA在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為400rpm，時間5s，第二階段轉(zhuǎn)速為3000rpm，時間30s。待涂膠完畢，將銅箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至60°C，加熱lOmin。三、連接電解電路，第二步處理的銅箔作為負(fù)極，鉬電極作為正極，電解液是O. 05M的K2S2O8,電壓為5V，電解時間為3600s。待電解完成后，將從銅箔上分離下來的PMMA與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到SiO2襯底，石墨烯薄膜與SiO2襯底接觸。四、把第三步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的SiO2襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量PMMA，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為300rpm，時間20s，第二階段轉(zhuǎn)速為3000rpm，時間為20s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至60°C，加熱lOmin。五、把四步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的SiO2襯底放入適量丙酮容液中，放置I小時，得到石墨烯薄膜與SiO2襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為95%，導(dǎo)電率為600S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為30,雜質(zhì)為90處/um2。實(shí)施例2，一、將25um厚的鎳箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為325: lOOOsccm，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持20min，通入乙炔氣250SCCm，保持5min，關(guān)閉乙炔氣，待石英管冷卻到室溫，取出鎳箔，石墨
烯薄膜生長在鎳箔表面。二、將第一步處理的鎳箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量PMMA在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為600rpm，時間10s，第二階段轉(zhuǎn)速為5000rpm，時間60s。待涂膠完畢，將銅箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至120°C，加熱lmin。三、連接電解電路，第二步處理的鎳箔作為負(fù)極，石墨電極作為正極，電解液是
O.5M的K2S2O8,電壓為15V，電解時間為1800s。待電解完成后，將從鎳箔上分離下來的PMMA與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到玻璃襯底，石墨烯薄膜與玻璃襯底接觸。四、把第三步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的玻璃襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量PMMA，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間60s，第二階段轉(zhuǎn)速為5000rpm，時間為50s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至60°C，加熱IOmin。五、把四步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的玻璃襯底放入適量丙酮容液中，放置3小時，得到石墨烯薄膜與玻璃襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為93%，導(dǎo)電率為500S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為20,雜質(zhì) 為95處/um2。實(shí)施例3，一、將O. 5um厚的鉬箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為500: lOOOsccm，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持30min，通入甲烷和乙炔混合氣15sCCm，保持20min，關(guān)閉甲烷和乙炔混合氣，待石英管冷
卻到室溫，取出鉬箔，石墨烯薄膜生長在鉬箔表面。二、將第一步處理的鉬箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量光刻膠在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間6s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間50s。待涂膠完畢，將鉬箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。三、連接電解電路，第二步處理的鉬箔作為負(fù)極，石墨電極作為正極，電解液是IM的NaOH，電壓為10V，電解時間為90s。待電解完成后，將從鉬箔上分離下來的光刻膠與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS襯底，石墨烯薄膜與PDMS襯底接觸。四、把第三步處理后帶有光刻膠與石墨烯薄膜的PDMS襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量光刻膠，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為400rpm，時間50s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間為30s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。五、把四步處理后帶有光刻膠與石墨烯薄膜的PDMS襯底放入適量丙酮容液中，放置5小時，得到石墨烯薄膜與PDMS襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為94%，導(dǎo)電率為480S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為40,雜質(zhì)為98處/um2。實(shí)施例4，一、將Imm厚的鐵箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為200:200sccm，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持30min,通入純乙醇?xì)釯OOsccm,保持5min,關(guān)閉純乙醇?xì)?待石英管冷卻到室溫,取出鐵箔，
石墨烯薄膜生長在鐵箔表面。二、將第一步處理的鐵箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量光刻膠在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間10s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間50s。待涂膠完畢，將鉬箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。三、連接電解電路，第二步處理的鐵箔作為負(fù)極，石墨電極作為正極，電解液是2M的NaOH，電壓為10V，電解時間為1800s。待電解完成后，將從鉬箔上分離下來的光刻膠與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS襯底，石墨烯薄膜與PDMS襯底接觸。四、把第三步處理后帶有光刻膠與石墨烯薄膜的PDMS襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量光刻膠，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為400rpm，時間50s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間為30s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。五、把四步處理后帶有光刻膠與石墨烯薄膜的PDMS襯底放入適量丙酮容液中，放置5小時，得到石墨烯薄膜與PDMS襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為96%，導(dǎo)電率為510S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為18,雜質(zhì)為88處/um2。實(shí)施例5，一、將Imm厚的鈷箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為200:200sccm，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持30min,通入苯蒸汽IOOsccm,保持IOmin,關(guān)閉苯蒸汽,待石英管冷卻到室溫,取出鈷箔,石
墨烯薄膜生長在鈷箔表面。二、將第一步處理的鈷箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量PMMA在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間10s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間50s。待涂膠完畢， 將鉬箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。三、連接電解電路，第二步處理的鈷箔作為負(fù)極，石墨電極作為正極，電解液是IM的NaOH，電壓為10V，電解時間為1800s。待電解完成后，將從鈷箔上分離下來的PMMA與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS襯底，石墨烯薄膜與PDMS襯底接觸。四、把第三步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的PDMS襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量PMMA，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為400rpm，時間50s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間為30s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。五、把四步處理后帶有光刻膠與石墨烯薄膜的PDMS襯底放入適量丙酮容液中，放置5小時，得到石墨烯薄膜與PDMS襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為92%，導(dǎo)電率為505S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為48,雜質(zhì)為95處/um2。實(shí)施例6，一、將25um厚的銅箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為200:200sccm，以5°C/min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持30min,通入甲苯氣IOOsccm,保持5min,關(guān)閉甲苯氣,待石英管冷卻到室溫,取出銅箔,石墨烯薄膜生長在銅箔表面。二、將第一步處理的銅箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量PMMA在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間10s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間50s。待涂膠完畢，將銅箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。三、連接電解電路，第二步處理的銅箔作為負(fù)極，石墨電極作為正極，電解液是IM的NaOH，電壓為10V，電解時間為1800s。待電解完成后，將從銅箔上分離下來的PMMA與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS襯底，石墨烯薄膜與PDMS襯底接觸。四、把第三步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的PDMS襯底固定在勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤上，滴上適量PMMA，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為400rpm，時間50s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間為30s。待完成后，轉(zhuǎn)移到加熱臺上，以5°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。五、把四步處理后帶有PMMA與石墨烯薄膜的PDMS襯底放入適量丙酮容液中，放置5小時，得到石墨烯薄膜與PDMS襯底樣品。在500nm的波長下，測得光通透性為93%，導(dǎo)電率為515S與cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為25，雜質(zhì)為85處/um2。
對比例1，—、將O. 5um厚的銅箔放入石英管中，石英管插入容積IOL的電爐中，通入氫氣和氬氣，氫氣與氬氣之比為500: lOOOsccm,以10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至1000°C，保持30min，通入甲烷氣15sCCm，保持20min，關(guān)閉甲烷氣，待石英管冷卻到室溫，取出銅箔，石墨烯薄膜生長在銅箔表面。二、將第一步處理的銅箔固定在勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，滴適量光刻膠在石墨烯薄膜上，設(shè)置第一階段轉(zhuǎn)速為500rpm，時間6s，第二階段轉(zhuǎn)速為4000rpm，時間50s。待涂膠完畢，將銅箔轉(zhuǎn)移到加熱平臺上，以10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至90°C，加熱90s。三、把第二步處理的光刻膠與石墨烯薄膜的銅箔放入IM的Fe (NO3)溶液中，放置12小時。待銅箔溶解完成后，將留下來的光刻膠與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS襯底。四、把第三步處理后的光刻膠與石墨烯薄膜與PDMS襯底放入適量丙酮容易中，放置5小時，得到石墨烯薄膜與PDMS襯底樣品。 在500nm的波長下，測得光通透性為90%，導(dǎo)電率為500S/cm。每平方微米裂紋和突起數(shù)目為140，雜質(zhì)為450處/um2。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，包括以下步驟一、化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜將金屬基片放入電爐中，然后通入氫氣和氬氣，以5 1(TC的升溫速度，從室溫升溫至50(Tl20(rC，保持2(T30min后，通入碳源氣體，保持5 20min，停止通入碳源氣體，自然冷卻到室溫后，停止通入氫氣和氬氣； 對5 IOL容積的電爐，氫氣流量為l(T500sccm，氬氣流量為20(Tl000sccm，碳源氣體流量為15 500sCCm，碳源氣體是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、乙醇、苯、甲苯中的一種以上；二、在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在40(T600rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)5 10s，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)3(T60s，使聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠厚度為不超過I ii m，以5 10°C /min的升溫速度，從室溫升溫至60 120°C，加熱l 10min，自然冷卻至室溫，在石墨烯表面形成支撐層；三、將帶有支撐層的石墨烯薄膜與金屬基片作為負(fù)極插入電解溶液中，在正、負(fù)極之間加上3 15V的電壓，電解f3600s，石墨烯薄膜與金屬基片分離，將支撐層與石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上，石墨烯薄膜與指定襯底接觸；電解溶液是濃度為0. 5 2M的NaOH溶液，或濃度為0. 05 0. 5M的K2S2O8 ;四、在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在30(T500rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T60s，然后在300(T5000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)2(T50s，使聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠厚度為不超過Iy m，以5 1(TC /min的升溫速度，從室溫升溫至6(Tl20°C,加熱flOmin,爐內(nèi)自然冷卻至室溫；五、將帶有支撐層的石墨烯薄膜和指定襯底放入金屬-氧化物-半導(dǎo)體電路專用的丙酮溶液中，放置不少于I小時，得到石墨烯薄膜與指定襯底，石墨烯薄膜附著在指定襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜，以5 1(TC的升溫速度，從室溫升溫至50(Tl20(rC中的一個較低溫度，保持2(T30min后，再以5 10°C的升溫速度，升溫至50(Tl20(TC中的一個較高溫度，然后通入碳源氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述金屬基片是銅、鎳、鉬、鐵、鈷中的一種以上，銅、鎳、鉬、鐵、鈷中的兩種以上組合時，為合金或分層結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述電解溶液是濃度為IM的NaOH溶液，或濃度為0. 05M的K2S2O8溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述電解正極為鉬電極或石墨電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述指定襯底是SiO2襯底、聚二甲基硅氧烷襯底或玻璃襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述在正、負(fù)極之間加上5 15V的電壓，電解9(T3600s。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述在正、負(fù)極之間加上IOV的電壓，電解1800s。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于 所述在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在30(T400rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)20 50s，然后在300(T4000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)20 30s。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，其特征在于所述在支撐層表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，先在400rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)50s，然后在4000r pm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨烯透明薄膜的制備和轉(zhuǎn)移方法，要解決的技術(shù)問題是降低石墨烯透明薄膜轉(zhuǎn)移后的雜質(zhì)、裂紋和突起。本發(fā)明的制備和轉(zhuǎn)移方法包括金屬基片上化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜，涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠形成支撐層，電解石墨烯薄膜與金屬基片分離，在支撐層上涂聚甲基丙烯酸甲酯或光刻膠，放入丙酮溶液中，石墨烯薄膜附著在指定襯底上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過電化學(xué)起泡方法把石墨烯薄膜和支撐層組成的膜與金屬基片分離，將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到指定襯底上后通過第二次旋涂膠使石墨烯薄膜與指定襯底平面接觸良好而不出現(xiàn)裂紋，金屬基片可以反復(fù)使用，降低了制備石墨烯透明薄膜的成本，轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜與襯底接觸良好且雜質(zhì)少。
文檔編號C23C16/26GK102719803SQ201210235069
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者孔東亮, 梁奇, 梅佳, 陳冠雄 申請人:深圳市貝特瑞納米科技有限公司