清洁石墨烯的方法与流程

本发明涉及石墨烯，具体为一种清洁石墨烯的方法。

背景技术：

表面污染是科研界和工业界广泛关注的问题，尤其是在粘附、吸附、摩擦、润滑、器件加工、印刷电路板等科技行业，表面污染物会产生很大的影响。一般来讲，表面污染大多来自于空气吸附物，主要为碳氢化合物，也有的来自于材料合成过程中的本征污染。对于一般的材料，湿法清洁表面主要为超声清洗，利用超声波振动形成微气泡，破坏污染物在表面的吸附，从而实现清洁的效果；干法清洁表面主要为等离子体清洗或紫外臭氧氧化等方法，主要是依靠等离子体中活性粒子的活化作用与污染物发生物理化学反应达到去除物体表面污染的目的。

近年来，石墨烯这种由碳原子构成的二维原子晶体因其具有优异的电学、力学、热学、光学性质而广泛关注，并在电子、光电子及热管理等领域有着广泛的应用前景。然而石墨烯也存在表面污染的问题，而且因为石墨烯本身为二维材料，其比表面积大的特点放大了表面污染对其性质带来的影响。

与传统材料不同的是，因为石墨烯本身为碳材料，表面污染物也多为碳氢化合物，其表面污染物的去除十分困难。不能简单复制传统表面清洁的方法，因为不论是湿法超声还是干法等离子体清洗，都会引入比较高的能量，处理过程均比较剧烈。比如采用等离子体清洗的方法，容易破坏石墨烯晶格，从而引入点缺陷(robinson,j.a.etal.contactinggraphene.appl.phys.lett.98,053103,doi:10.1063/1.3549183(2011).)；采用超声清洗虽然没有文献专门研究其对石墨烯的破坏，但是我们的实验表明其对石墨烯的破坏是非常严重的。

技术实现要素：

本发明的一个主要目的在提供一种清洁石墨烯的方法，包括通过曲面上设有吸附剂的曲面体对石墨烯表面进行滚压处理，得到清洁的石墨烯。

根据本发明一实施方式，所述吸附剂为活性炭。

根据本发明一实施方式，所述吸附剂通过粘结剂设置于所述曲面体的曲面。

根据本发明一实施方式，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮。

根据本发明一实施方式，在所述曲面体的曲面上开设有多个孔。

根据本发明一实施方式，所述曲面体为圆柱体。

根据本发明一实施方式，所述曲面体的材质为泡沫铜、泡沫镍或泡沫铁。

根据本发明一实施方式，所述泡沫铜的空隙为10微米～1毫米。

根据本发明一实施方式，清洁过程中，施加于所述曲面体的压强为10²～10⁶pa。

根据本发明一实施方式，在100～200℃的温度下进行石墨烯的滚压处理。

本发明一实施方式的清洁石墨烯的方法，可将石墨烯表面处理至原子级洁净。

附图说明

图1为本发明一实施方式的对石墨烯表面进行滚压处理的结构示意图；

图2a为本发明实施例1的滚压处理之前的石墨烯的afm图；

图2b为本发明实施例1的经过滚压处理之后的石墨烯的afm图；

图2c为图2a和图2b表面形貌高度的分布统计图；

图3为本发明实施例2的超洁净石墨烯的拉曼光谱图；

图4为本发明实施例3的超洁净石墨烯的紫外可见透光性的表征图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明一实施方式提供了一种清洁石墨烯的方法，包括将曲面上设有吸附剂的曲面体在待清洁的石墨烯表面滚压，过程中吸附剂会对石墨烯表面的污染物进行吸附，得到清洁的石墨烯。

本发明中，吸附剂可以为活性炭、活性氧化铝、分子筛等，例如椰壳活性炭，但不以此为限。

于一实施方式中，吸附剂可通过粘结剂粘接于曲面体的曲面。

于一实施方式中，粘结剂与吸附剂的质量比可以是3:1。

于一实施方式中，粘结剂可以是聚偏二氟乙烯(pvdf)的n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶液，两者的质量比可以为nmp:pvdf＝4:1～9:1，例如5:1、6:1、8:1等。

本发明对曲面体的具体结构没有限定，能够实现在石墨烯表面的滚压即可。例如可以是圆柱体，该圆柱体可以为实心的圆柱、实心且开设有孔的圆柱、空心的圆筒、空心且两端开口的管状体等。

于一实施方式中，吸附剂设置于圆柱体的曲面(侧面)上。

于一实施方式中，在圆柱体的曲面上开设有多个孔，以便于吸附剂更加牢固地设置于该曲面。

本发明中，曲面体的材质优选为柔性材料，例如可以为泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁，进一步优选为泡沫铜，泡沫铜的空隙可以为10微米～1毫米，例如100微米、500微米、800微米等。

于一实施方式中，曲面体为泡沫铜管，其具体尺寸可以为：内径6mm、外径8mm、长40mm。

于一实施方式中，通过吸附剂与曲面体组成的滚轮对石墨烯的表面进行滚压处理，可重复滚压多次，以提高石墨烯的洁净度。

于一实施方式中，可在一定的压力下对石墨烯的表面进行滚压处理，施加于滚轮的压强可以为10²～10⁶pa，例如10³pa、10⁴pa等。

于一实施方式中，滚轮在石墨烯表面的滚动可在20～200℃的温度下进行，例如50℃、100℃、150℃、180℃等。

于一实施方式中，对石墨烯的滚压处理可在惰性气体气氛中进行，该惰性气体例如可以是氩气、氮气等。

于一实施方式中，滚轮的滚动处理速度>0.01mm/s。

于一实施方式中，如图1所示，对石墨烯表面进行清洁的过程包括：

将活性炭粉末与粘结剂混合均匀形成浆料，均匀地涂到多孔的圆柱体的曲面上并晾干，形成带有吸附剂31的滚轮30；

将滚轮30置于表面沾有污染物11的石墨烯10的表面上进行滚动，污染物11被吸附剂31吸附，得到洁净的石墨烯20。

于一实施方式中，粘结剂可由pvdf分散到nmp中形成，pvdf的质量分数为3％～20％。

本发明一实施方式的滚动清洁石墨烯表面的方法，可以实现快速清洁例如cvd生长的金属箔片上的石墨烯以及转移至功能衬底上的石墨烯等，所得到的石墨烯拉曼性质及透光性良好，对于其在电子、光电子器件，以及在选择性透过膜领域都有极高的帮助。

于一实施方式中，所得到的超洁净石墨烯可用于透明导电薄膜、透明电极、高频电子器件、发光器件、光伏器件、光电探测器件、电光调制器件、散热器件或疏水性器件封装中。

下面，结合具体实施例对本发明一实施方式的清洁石墨烯的方法进行详细说明：

实施例1

1)配置质量分数15％的pvdf/nmp溶液；

2)将上述pvdf/nmp溶液与活性炭粉末按照质量比3:1混合均匀，形成活性炭-pvdf-nmp的浆料；

3)将上述浆料均匀地涂到泡沫铜管上，形成多孔活性炭滚轮；泡沫铜管的内径6mm、外径8mm、长40mm，泡沫铜的空隙为0.1mm；

4)将铜箔上化学气相沉积法生长的石墨烯置于2英寸直径的管式炉内的石英板上，并将上述多孔活性炭滚轮置于石墨烯上；

5)将上述管式炉腔体内的气体抽空(真空度约1pa)，然后通入500sccm氩气，保持腔体内的压强约5000pa；

6)对上述管式炉加热，使炉内温度达到150℃；

7)在上述温度和气氛下滚动多孔活性炭滚轮，对石墨烯实施滚压操作，滚动速度为50mm/min。图1为活性炭滚轮滚压制备超洁净石墨烯的结构示意图。

重复步骤7)五次，对腔体降温，放出气体，然后取出样品。

8)对处理之前和清洁之后的石墨烯进行原子力显微镜的表征，结果如图2a至2c所示。图2a为处理之前普通石墨烯在铜箔上的形貌，可以看出其表面起伏较大，有很多颗粒；图2b为经过上述滚动清洁之后的表面形貌，可以看出除了铜的台阶之外，几乎没有污染物的残留。图2c为图2a和图2b表面形貌高度的分布统计，也可以看出明显的差别，即滚动清洁之后的样品高度起伏更小，表明其表面洁净程度更高。

实施例2

具体步骤同实施例1的步骤1)至7)。

将所得的超洁净石墨烯转移至二氧化硅/硅衬底上，进行拉曼光谱表征。图3为经过所得到的超洁净石墨烯拉曼光谱，可以看出其缺陷峰(d峰)很小，且2d峰/g峰很高(＞2.5)，表明滚动处理之后的石墨烯质量很高，晶格中未引入额外缺陷。

实施例3

具体步骤同实施例1的步骤1)至7)。

将所得的超洁净石墨烯转移至石英玻璃衬底上，进行紫外可见透光性的表征。从图4可以看出其透光率在800nm波长处接近非常接近97.7％，在550nm波长处约为97.4％，如此高的透光性表明其表面洁净度极高。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。