一种铜箔表面包覆生长上下两片石墨烯薄膜的同步转移方法与流程

文档序号:11092575
一种铜箔表面包覆生长上下两片石墨烯薄膜的同步转移方法与制造工艺

本发明涉及一种同步高效转移铜箔上下表面生长的上下两片石墨烯薄膜的方法,属于材料科学技术领域。



背景技术:

石墨烯由于其优异的导电性、透光性、传热性和力学性能而在电子、光学等众多领域展示了巨大的潜在应用价值。化学气相沉积法由于成分和环境的可控性已成为制备高质量大尺寸石墨烯和实现其产业化应用的最有效方法,该方法分为石墨烯的制备和转移两个过程,前者已趋于成熟,而后再如何将生长在铜箔基体上的石墨烯膜高效、无损地转移到目标基体上仍是一个巨大的挑战,是能否实现石墨烯产业化应用的关键。而一般采用溶剂刻蚀法都将生长在铜箔下表面的石墨烯在基底刻蚀时候用去离子水冲掉或者刻蚀之前用氧等离子体破碎去除,这样,铜箔下表面生长的的石墨烯就未被利用起来,不仅降低了石墨烯的转移效率,而且增加了转移成本,造成巨大的浪费。



技术实现要素:

技术问题:本发明针对采用化学气相沉积法在铜箔表面生长石墨烯膜转移过程中存在的成本高、资源浪费、效率低、难以无损转移的问题,提供一种铜箔表面包覆生长上下两片石墨烯薄膜的同步转移方法,采用该方法可实现了化学气相沉积制备石墨烯的高效利用,环保节能,工艺流程简单、高效、稳定、成本低。

技术方案:一种铜箔表面包覆生长上下两片石墨烯薄膜的同步转移方法,步骤为:

第一步,在包覆生长在铜箔上下表面的石墨烯膜上旋涂有机溶剂涂层;

第二步,烘干有机溶剂涂层、裁剪包覆石墨烯的铜箔;

第三步,腐蚀溶剂溶解铜箔基体,对腐蚀溶剂施加轻微扰动,使两片石墨烯之间的间隙增大,进而分离铜箔上下两面生长的两片石墨烯膜;

第四步,用两块叠加在一起的载玻片或硅片缓慢插入两片石墨烯膜之间的间隙中,分离上下两片石墨烯,并将上下两层石墨烯薄膜同步转移到载玻片或硅片基底上;

第五步,对转移好的石墨烯膜进行漂洗、烘干;

第六步,将烘干的转移有石墨烯的玻璃片或硅片放入热丙酮溶液中,去除有机溶剂涂层,同步得到两块转移到玻璃片或硅片基底上的石墨烯。

所述的有机溶剂涂层包括PMMA、热释胶带、硅胶中的任意一种。

所述的旋涂有机溶剂涂层采用匀胶机旋涂,涂层厚度大于等于50nm。

第二步烘干有机溶剂涂层的温度为80-150℃。

腐蚀溶剂为浓度比为0.5-3mol/L:0.1-2mol/L的FeCl3/HCl溶液。

第五步烘干温度30~80℃。

有益效果:采用本发明方法,可以将一片铜箔上生长的上下两片石墨烯薄膜同时完整地转移到目标基体上,可实现了化学气相沉积制备石墨烯的高效利用,环保节能,工艺流程简单、高效、稳定、成本远低于常规的石墨烯转移方法,对实现石墨烯在触摸屏等光电子器件领域的广泛应用具有重要的价值。

附图说明:

图1、图2为刚腐蚀完基底的漂浮在去离子水上的两片石墨烯膜。

图3为用两片载波片分离两片石墨烯膜。

图4为分离开的两片石墨烯漂浮在去离子水中。

图5、图6为同步转移出的两片石墨烯膜。

具体实施方式

一种同步高效转移铜箔上下表面生长的两片石墨烯薄膜的方法主要包括以下工艺步骤:

a.在包覆生长在铜箔上下表面的石墨烯膜上旋涂有机溶剂涂层:

将生长有石墨烯薄膜的金属铜箔放在匀胶机上,在生长有石墨烯的铜箔的上表面滴涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机溶剂涂层,启动匀胶机,使均匀包覆铜箔,为了更好的包覆,重复此过程一次,再将铜箔放在加热台上,烘干溶剂;再在生长有石墨烯的铜箔的下表面滴涂PMMA涂层,启动匀胶机,使均匀包覆铜箔,为了更好的包覆,重复此过程一次,再将铜箔放在加热台上,烘干溶剂;

b.铜箔的裁剪:

由于PMMA的全部覆盖,为了更好的将铜箔和腐蚀剂接触,便于腐蚀,将包覆PMMA的石墨烯/铜箔边沿剪开;

c.铜箔基体的腐蚀去除:

将上述旋涂有PMMA的铜箔放入FeCl3(摩尔浓度:0.5-3M)/HCl(摩尔浓度:0.1-2M)的腐蚀液中,腐蚀去除铜箔基体,在腐蚀过程中施加轻微扰动,使上下两片石墨烯膜在边沿处保持一定的间隙;

d.正反两面石墨烯膜的同步分离:

正反两面的石墨烯在铜基底被腐蚀后,由于彼此相互粘在一起,或是一部分粘在一起,采用两块叠加在一起的载玻片或硅片缓慢插入两片石墨烯膜之间的间隙中,一块基底作用于上表面的石墨烯,一块作用于下表面的石墨烯,在分子间力的作用下,两块石墨烯膜可以同步被转移到两片基底上;

e.石墨烯薄膜的漂洗及转移烘干:

将转移到基底上的石墨烯薄膜放入装有去离子水的培养皿中漂洗,然后放在加热台上烘干,去除石墨烯与玻璃片界面之间的水分;

f.PMMA的去除:

将烘干的转移有石墨烯的玻璃片放入热丙酮溶液中,去除PMMA,同步得到两块转移到玻璃片上的石墨烯。

实施例

a.将生长有石墨烯的铜箔1-10cm2水平放在匀胶机上,在铜箔上表面滴涂PMMA有机溶剂,,启动匀胶机,使其以100-800r/min的转速旋转5-30s,然后以1000-5000r/min的转速高速旋转5-40s,重复上述步骤1-3次;再将生长有石墨烯的铜箔下表面重复上述步骤。然后将铜箔迅速移到80-150℃的加热台上,保持5-30min,使PMMA有机溶剂固化。

b.将被PMMA包覆的石墨烯/铜箔边沿剪开,露出铜箔。

c.将固化有PMMA有机溶剂的铜箔放入浓度比为0.5-3mol/L:0.1-2mol/L的FeCl3/HCl溶液中,使铜溶出,并在溶出的过程中施加轻微的扰动,得到部分粘附在一起并在边沿处有一定间隙的两片PMMA包覆的石墨烯膜。

d.用两块叠加在一起的载玻片或硅片缓慢插入两片石墨烯膜之间的间隙中,将上下两层石墨烯薄膜同步转移到载玻片或硅片基底上,放入装有去离子水中培养皿中,然后将培养皿放在30-80℃的烘干台烘干5-20min,重复漂洗2-6次。

e.将清洗好的石墨烯膜自然蒸发其表面水分,然后放在30-80℃的烘干台上继续烘干5-30min,使覆盖有PMMA的石墨烯与其基底紧密贴合,避免破裂和起褶,然后将烘干台升温到100-150℃保温5-20min,使石墨烯与基底牢固贴合。

f.将上面得到的石墨烯放在为80-99.5%的丙酮溶液中,并将丙酮溶液放在40-80℃的加热台上保持5-20min,重复2-5次,同步得到两片完整转移到基体上的石墨烯薄膜。

以上所述仅为本发明的最佳实施方式,本发明的保护范围并不以上述实施方式为限,但凡本领域技术人员根据本发明所述内容所作的等效变化,皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

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