專利名稱：化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是一種將石墨烯完整無損的轉(zhuǎn)移到所需襯底上的技術(shù)。
背景技術(shù)：
石墨烯的研究和應(yīng)用需要制備和轉(zhuǎn)移出高質(zhì)量的石墨烯，目前已開發(fā)出很多石墨烯的制備方法，其中化學(xué)氣相沉積法由于制備氣氛和環(huán)境的易控性，可以用來制備大面積的石墨烯，因而成為將石墨烯推向?qū)嶋H應(yīng)用的最有效制備方法。 采用該技術(shù)制備石墨烯需要用金屬催化劑(如銅、鎳、鉬等)做為生長襯底，再將在金屬襯底表面(如銅膜或銅箔等)上制備的石墨烯“揭下”，粘貼轉(zhuǎn)移到其他襯底(如硅片、玻璃片)上，才能對(duì)石墨烯進(jìn)行透光性、導(dǎo)電性能等的表征以及器件制備等工作，而現(xiàn)有的石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)都存在一定的問題，例如轉(zhuǎn)移過程中容易造成石墨烯的破損和引入其他雜質(zhì)而影響石墨烯的性能和應(yīng)用、操作復(fù)雜、工藝不穩(wěn)定、雜質(zhì)量難于控制等，因此，研發(fā)出一種高效、穩(wěn)定的高質(zhì)量石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)對(duì)于石墨烯的研究和應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法，解決上述目前石墨烯轉(zhuǎn)移過程存在的問題，高效、穩(wěn)定、高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移出完整、雜質(zhì)少的石墨烯。技術(shù)方案本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法包括以下步驟
a.將通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔襯底上制備的石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜，其厚度為0.5-1.0 mm, PMMA溶解于苯甲醚，增加PMMA量以增加膠體的粘度，濃度為0. 1-0. 13 mol/L,銅箔尺寸為l_6cm2 ；
b.銅箔溶解
1)銅溶解劑選擇過硫酸銨——(NH4)2S2O8
具體步驟將銅箔PMMA層朝上，使銅箔漂浮于溶液表面，生長時(shí)銅箔上下兩表面均有石墨烯，未涂PMMA層的一面在腐蝕時(shí)，下底面分離出底面的石墨烯層而分散到腐蝕液中；待銅箔和另一面的石墨烯去除干凈后，得到PMMA涂覆的石墨烯薄膜，即PMMA/石墨烯；
2)PMMA/石墨烯清洗將PMMA/石墨烯附著于干凈的玻璃片上，由于有水分，
石墨烯附著不緊，不會(huì)粘貼到玻璃片上，然后將此玻璃片轉(zhuǎn)到去離子水中，漂浮于去離子水面，超聲清洗，換水2-3次；
c.貼膜工藝
基底材料為硅片和玻璃片，其表面有SiO2層，
將基底清洗干凈后，利用水的表面張力將PMMA/石墨烯薄膜吸附到基底材料硅片或玻璃片上，在薄膜邊緣吸走剩余的水分，再用干凈氣體在薄膜中部吹氣，最后在 90-100°C環(huán)境中烘干水分，使PMMA/石墨烯與基底緊密的結(jié)合； d.去除PMMA工藝
采用苯甲醚溶解PMMA薄膜先將載有PMMA/石墨烯的基底傾斜，再將苯甲醚輕滴于基底邊緣，使苯甲醚緩慢覆蓋于PMMA薄層上，此時(shí)PMMA薄膜會(huì)立刻被融解掉，在邊緣用吸紙將有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)2-3次，將石墨烯/基底清洗干凈；最后吹干完成石墨烯的轉(zhuǎn)移過程， 得到高質(zhì)量、雜質(zhì)較少的石墨烯。在石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄層的涂覆過程參數(shù)為先低速(600-620rpm)涂覆10s，再高速(4000-4200rpm)涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于 130-150°C加熱5min.。堅(jiān)膜后PMMA膠中苯甲醚被去除，銅箔表面將會(huì)殘留一層透明柔韌、 與石墨烯結(jié)合緊密的PMMA層。有益效果采用本方法可以穩(wěn)定、可靠、有效和高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移出石墨烯，而且石墨烯雜質(zhì)較少，可保證所制備石墨烯的完整性以及所具備的優(yōu)異性能不會(huì)受到損害，滿足石墨烯研究和應(yīng)用的需要。采用本發(fā)明方法后，能高效、穩(wěn)定、高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移出完整且雜質(zhì)少的石墨烯，為石墨烯的表征、研究和應(yīng)用提供可靠的保障。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法，其工藝步驟為
1.將通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔襯底上制備的石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄層，其厚度為0.5-1.0 mm, PMMA溶解于苯甲醚，增加PMMA量以增加膠體的粘度，濃度為10%-13% mol/L。銅箔尺寸為1_6 cm2。涂覆PMMA工藝勻膠機(jī)涂覆過程參數(shù)為先低速(600-620rpm)涂覆10s，再高速 (4000-4200rpm)涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于130_150°C加熱5min.。堅(jiān)膜后PMMA膠中苯甲醚被去除，銅箔表面將會(huì)殘留一層透明柔韌、與石墨烯結(jié)合緊密的PMMA層。2.銅箔溶解工藝
(1)銅溶解劑選擇過硫酸銨——(NH4) 2S208，具體步驟將銅箔PMMA層朝上，使銅箔漂浮于溶液表面，生長時(shí)銅箔上下兩表面均有石墨烯，未涂PMMA層的一面在腐蝕時(shí)，下底面分離出底面的石墨烯層而分散到腐蝕液中。待銅箔和另一面的石墨烯去除干凈后，得到PMMA 涂覆的石墨烯薄膜(PMMA/石墨烯)。(2) PMMA/石墨烯清洗工藝將PMMA/石墨烯附著于干凈的玻璃片上，由于有水分，石墨烯附著不緊，不會(huì)粘貼到玻璃片上。然后將此玻璃片轉(zhuǎn)到去離子水中，漂浮于去離子水面，超聲清洗，換水2-3次。3.貼膜工藝
基底材料以硅片和玻璃片為例子，其表面有300nm厚的SW2層。將基底清洗干凈后，利用水的表面張力將PMMA/石墨烯薄膜吸附到基底材料硅片或玻璃片上，此時(shí)PMMA/石墨烯薄膜較為柔軟，可以平整的貼到基底材料上，但當(dāng)基底材料與玻璃之間存在較多水分時(shí)，薄膜會(huì)出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。然后用軟紙?jiān)诒∧み吘壩呤Ｓ嗟乃?，再用干凈氣體在薄膜中部吹氣，這種方法可以吹走水分，而且還可以使PMMA/石墨烯薄膜均勻鋪展到基底上。最后在90-100°C環(huán)境中烘干水分，使PMMA/石墨烯與基底緊密的？口口。4.去除PMMA工藝
采用苯甲醚溶解PMMA薄膜先將載有PMMA/石墨烯的基底傾斜，再將苯甲醚輕滴于基底邊緣，使苯甲醚緩慢覆蓋于PMMA薄層上，此時(shí)PMMA薄膜會(huì)立刻被融解掉，在邊緣用吸紙將有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)幾次，將石墨烯/基底清洗干凈。最后吹干完成石墨烯的轉(zhuǎn)移過程， 得到高質(zhì)量、雜質(zhì)較少的石墨烯。實(shí)例1
轉(zhuǎn)移到透明玻璃基底上
1.將長有石墨烯的銅箔表面勻膠一層PMMA，涂覆過程參數(shù)為先低速(600rpm)涂覆 10s，再高速(4000rpm)涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于130°C加熱5min.
2.銅箔漂浮于過硫酸銨溶液(lmol/L)表面，PMMA面朝上，待銅箔充分溶解后，用玻璃片將PMMA/石墨烯撈出轉(zhuǎn)到清水中漂浮，超聲5-lOmin，換水2_3次清洗凈。3.用干凈玻璃片接觸PMMA/石墨烯一側(cè)，輕輕提拉玻璃，PMMA/石墨烯薄膜將吸附在玻璃表面。用紙將邊緣水分吸干，在90-100°C環(huán)境中烘干水分。4.將苯甲醚滴在玻璃一角，使苯甲醚緩慢鋪滿玻璃整個(gè)表面。用紙將剩余有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)3-4次，直至表面干凈為止。5.轉(zhuǎn)移后石墨烯無破損，形狀完整，表面干凈，雜質(zhì)少。實(shí)例2
轉(zhuǎn)移到硅基底上(300nm厚的SiO2層)
6.銅箔表面勻膠一層PMMA，涂覆過程參數(shù)為先低速(620rpm)涂覆10s，再高速 (4100rpm)涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于140°C加熱5min.。1.銅箔漂浮于過硫酸銨溶液(lmol/L)表面，PMMA面朝上，待銅箔充分溶解完，用玻璃片撈出轉(zhuǎn)到清水中漂浮，超聲5-lOmin，換水清洗凈。2.用干凈硅片接觸PMMA/石墨烯一側(cè)，輕輕提拉硅片，PMMA/石墨烯薄膜將吸附在硅片表面。用紙將邊緣水分吸干，在90-100°C環(huán)境中烘干水分。3.將苯甲醚滴在硅片一角，使苯甲醚緩慢鋪滿硅片整個(gè)表面。用紙將剩余有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)3-4次，直至表面干凈為止。4.轉(zhuǎn)移后石墨烯無破損，形狀完整，表面干凈，雜質(zhì)少。實(shí)例3
轉(zhuǎn)移到透明石英基底上
1.將長有石墨烯的銅箔表面勻膠一層PMMA，涂覆過程參數(shù)為先低速(620rpm)涂覆 10s，再高速(4200rpm)涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于130_150°C加熱5min.。2.銅箔漂浮于過硫酸銨溶液(lmol/L)表面，PMMA面朝上，待銅箔充分溶解后，用玻璃片將PMMA/石墨烯撈出轉(zhuǎn)到清水中漂浮，超聲5-lOmin，換水2_3次清洗凈。3.用干凈石英片接觸PMMA/石墨烯一側(cè)，輕輕提拉玻璃，PMMA/石墨烯薄膜將吸附在石英表面。用紙將邊緣水分吸干，在90-100°C環(huán)境中烘干水分。4.將苯甲醚滴在石英片一角，使苯甲醚緩慢鋪滿石英片整個(gè)表面。用紙將剩余有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)3-4次，直至表面干凈為止。5.轉(zhuǎn)移后石墨烯無破損，形狀完整，表面干凈，雜質(zhì)少。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.將通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔襯底上制備的石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄層，其厚度為0.5-1.0 mm, PMMA溶解于苯甲醚，增加PMMA量以增加膠體的粘度，濃度為0. 1-0. 13 mol/L度，銅箔尺寸為l_6cm2 ；b.銅箔溶解1)銅溶解劑選擇過硫酸銨——(NH4)2S2O8具體步驟將銅箔PMMA層朝上，使銅箔漂浮于溶液表面，生長時(shí)銅箔上下兩表面均有石墨烯，未涂PMMA層的一面在腐蝕時(shí)，下底面分離出底面的石墨烯層而分散到腐蝕液中；待銅箔和另一面的石墨烯去除干凈后，得到PMMA涂覆的石墨烯薄膜，即PMMA/石墨烯；2)PMMA/石墨烯清洗將PMMA/石墨烯附著于干凈的玻璃片上，由于有水分，石墨烯附著不緊，不會(huì)粘貼到玻璃片上，然后將此玻璃片轉(zhuǎn)到去離子水中，漂浮于去離子水面，超聲清洗，換水2-3次；c.貼膜工藝基底材料為玻璃片、石英片或表面有S^2層的硅片；將基底清洗干凈后，利用水的表面張力將PMMA/石墨烯薄膜吸附到基底材料硅片、玻璃片或石英片上，在薄膜邊緣吸走剩余的水分，再用干凈氣體在薄膜中部吹氣， 最后在90-100°C環(huán)境中烘干水分，使PMMA/石墨烯與基底緊密的結(jié)合；d.去除PMMA工藝采用苯甲醚溶解PMMA薄膜先將載有PMMA/石墨烯的基底傾斜，再將苯甲醚輕滴于基底邊緣，使苯甲醚緩慢覆蓋于PMMA薄層上，此時(shí)PMMA薄膜會(huì)立刻被融解掉，在邊緣用吸紙將有機(jī)溶劑吸走，重復(fù)幾次，將石墨烯/基底清洗干凈；最后吹干完成石墨烯的轉(zhuǎn)移過程， 得到高質(zhì)量、雜質(zhì)較少的石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法，其特征在于在石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜，涂覆過程參數(shù)為先低速 620rpm涂覆10s，再高速4200rpm涂覆60s，然后在加熱臺(tái)上于130_150°C加熱5min.。
全文摘要
本發(fā)明是一種化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移方法，該方法包括以下步驟a.將通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔襯底上制備的石墨烯表面旋涂一層厚度均勻的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄層，b.銅箔溶解，c.貼膜工藝，d.去除PMMA工藝采用本方法可以穩(wěn)定、可靠、有效和高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移出石墨烯，而且石墨烯雜質(zhì)較少，可保證所制備石墨烯的完整性以及所具備的優(yōu)異性能不會(huì)受到損害，滿足石墨烯研究和應(yīng)用的需要。采用本發(fā)明方法后，能高效、穩(wěn)定、高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移出完整且雜質(zhì)少的石墨烯，為石墨烯的表征、研究和應(yīng)用提供可靠的保障。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102351175SQ20111034203
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者劉建雙, 季偉光, 湯銓, 郭新立 申請(qǐng)人:東南大學(xué)