物上，利用第一热转印滚轮9-1的压力和热量将生长基底I上的二维材料薄膜2转移到聚合物基底3上，机械脱离滚轮9-2位于第一热转印滚轮9-1后方，并压在聚合物上，将转移至聚合物基底3上的二维材料薄膜2与生长基底I分离，第二热转印滚轮9-3位于机械脱离滚轮9-2后方，与生长基底I分离的二维材料薄膜2和另一个目标基底4同时送入第二热转印滚轮9-3，进行热转印，将聚合物基底3上的二维材料薄膜2转移到另一个目标基底4上，聚合物基底清除装置8位于第二热转印滚轮9-3后方，转移到目标基底4的二维材料薄膜2送入聚合物基底清除装置8中，腐蚀去除聚合物基底3。
[0039]生长基底I为铜箔、镍箔、铁箔、锗箔、钌箔、铱箔、钴箔、钯箔、金箔、铂箔或者稀土金属箔或者含有这几种金属的合金箔如铜镍合金箔。
[0040]聚合物为高分子聚合物，如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙二醇)、聚对苯二甲酸乙酯、聚(醚酰亚胺)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(氧亚甲基)、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚酰胺膜，优选聚碳酸酯膜；
[0041]目标基底4为硅基底、二氧化硅基底、玻璃基底、金属基底或者高分子聚合物基底。
[0042]如图1所示的是本发明的二维材料膜的批量大面积制备设备的一个具体实施例:基底循环装置包括两个循环滚轮10-1。生长基底I呈环形，套在两个循环滚轮10-1上，在二维材料生长装置5，蒸汽插层处理装置6之间循环。第一热转印滚轮9-1与其中一个循环滚轮10-1配合压紧，机械脱离滚轮9-2和第二热转印滚轮9-3下方各配套相应的支撑滚轮9-4，转移至聚合物基底3上的二维材料薄膜2通过一对导向滚轮9-5输送至第二热转印滚轮 9-3。
[0043]二维材料生长装置5可以是化学气相沉积装置(CVD)或者有机前驱体热解的高温炉装置。
[0044]使用有机前驱体热解的高温炉装置在生长基底I表面生长出石墨烯的具体步骤如下:首先在生长基底I表面制备聚甲基丙烯酸甲酯层；然后将覆盖聚甲基丙烯酸甲酯层的生长基底I送入800度?1200度的高温炉中，同时在低于30Torr的低压环境中向高温炉持续输送二氧化碳10?30分钟，或者是持续输送含有水蒸气的氩气10?30分钟，其中水蒸气的体积占0.01%?5%;然后将生长基底I迅速降温，在生长基底I上得到外延生长的石墨稀O
[0045]使用化学气相沉积装置(CVD)在生长基底I表面生长出石墨烯的具体步骤如下:首先在氢气50sCCm条件下先加热到1000度预烧30分钟；然后送入含甲烷2sCCm的环境中，1000度下生长60分钟；再在通有氩气300sCCm条件下快速降温得到生长在生长基底I上的石墨烯膜。
[0046]或者首先在氢气50sccm条件下先加热到1000度，对生长基底I预烧30分钟；然后将含带有醇蒸汽如甲醇，乙醇或异丙醇蒸汽的二氧化碳气体送入化学气相沉积装置中，1000度下生长60分钟；再在通有二氧化碳300sCCm条件下快速降温得到生长在生长基底I上的石墨稀。
[0047]以在铜箔上生长石墨烯膜为例说明利用该设备进行二维材料膜的批量大面积制备的过程:
[0048]步骤1:基底循环装置将作为生长基底I的大面积铜箔缓慢送入二维材料生长装置5如有机前驱体热解的高温炉装置，利用有机前驱体热解制备法在生长基底I表面生长出石墨烯，具体步骤如下:将I?10%的溶于苯甲醚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶液喷涂在铜箔上，然后加热到180度处理一分钟，再在70度的温度下烘干去除溶剂苯甲醚，得到涂有10?200纳米厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的铜箔，然后将涂有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的铜箔送入800度?1100度的高温炉中，同时在低压(低于30Torr)的环境中向高温炉持续的输送二氧化碳10?30分钟，或者是持续输送含有水蒸气的氩气(水蒸气占其体积0.01?5% ) 10?30分钟，然后将生长基底迅速降温，可以在生长基底得到外延生长的石墨稀O
[0049]步骤2:基底循环装置将生长有石墨烯膜的铜箔缓慢送入蒸汽插层处理装置6，蒸汽插层处理装置6具体为蒸汽插层处理室，蒸汽插层处理室中的蒸汽可以是水蒸汽、甲醇、乙醇、异丙醇(IPA)、正丁醇、正戊醇、二甲醚、二乙醚、石油醚、四氢呋喃、二恶烷、戊烷、己烧、庚烧、环烧经、苯、甲苯、甲酸、乙酸、丙酮、二氯甲烧、氯仿、或苯甲醚等、优选水蒸汽。在蒸汽中处理5小时后，气体分子可以完全插入石墨烯膜与铜箔之间，从而大大降低了石墨烯膜与铜箔间的粘附力。
[0050]步骤3:聚合物涂层装置7在石墨烯膜上涂覆上一层聚碳酸酯(PC)，形成聚合物基底3。
[0051]步骤4:涂覆有聚合物的石墨烯膜/铜箔慢慢得送入热转印装置的第一热转印滚轮9-1下，利用第一热转印滚轮9-1施加0.lKgf/cm2?lKgf/cm2的压力和150度?180度的热量将石墨烯膜完全粘附到聚合物上。
[0052]步骤5:机械脱离滚轮9-2将转移至聚合物基底3上的二维材料薄膜2与铜箔分离。
[0053]步骤6:基底循环装置将铜箔再次送入二维材料生长装置5重复使用，同时目标基底4和石墨烯膜/聚碳酸酯一起被整齐地慢慢推入第二热转印滚轮9-3下，利用第二热转印滚轮9-3的压力和热量将石墨烯膜粘附到目标基底4上，然后送入到聚合物基底清除装置8中去除聚碳酸酯材质的聚合物基体3，聚合物基底清除装置8具体为聚合物基底腐蚀池，得到转移至目标基底4表面的石墨烯膜，目标基底4可为硅基底、二氧化硅基底、玻璃基底，金属基底或者各种高分子聚合物基底。
【主权项】
1.一种二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:具有如下步骤: a.首先在生长基底(I)表面生长出二维材料薄膜(2); b.然后将生长有二维材料薄膜(2)的生长基底(I)通过蒸汽进行插层处理； c.然后将聚合物涂覆在二维材料薄膜(2)上，形成聚合物基底(3); d.将二维材料薄膜(2)转移到聚合物基底(3)上； e.将转移至聚合物基底(3)的二维材料薄膜(2)与生长基底(I)分离。2.根据权利要求1所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:步骤e之后，转移到聚合物基底(3)上的二维材料薄膜(2)再次转移到另一个目标基底(4)上，腐蚀去除聚合物基底(3)后，得到转移至该目标基底(4)的二维材料薄膜(2)。3.根据权利要求2所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:采用热转印方法将二维材料薄膜(2)转移到聚合物基底(3)上；采用热转印方法将二维材料薄膜(2)转移到目标基底⑷上。4.根据权利要求1所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:在步骤a中，采用化学气相沉积法或有机前驱体热解制备法在生长基底(I)表面生长出二维材料薄膜⑵。5.根据权利要求4所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:采用化学气相沉积法在生长基底(I)表面生长石墨烯的具体方法如下:使用含带有醇蒸汽的二氧化碳作为化学气相沉积用气体，生长基底(I)在800度?1200度下生长10?60分钟；再在通有二氧化碳10?300sCCm条件下快速降温得到生长在生长基底(I)上的石墨烯。6.根据权利要求4所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:采用有机前驱体热解制备法在生长基底(I)表面生长石墨烯的具体步骤如下:首先在生长基底(I)表面制备聚甲基丙烯酸甲酯层；然后将覆盖聚甲基丙烯酸甲酯层的生长基底(I)送入800度?1200度的高温炉中，同时在低于30Torr的低压环境中向高温炉持续输送二氧化碳10?30分钟，或者是持续输送含有水蒸气的氩气10?30分钟，其中水蒸气的体积占0.01%?5% ;然后将生长基底(I)迅速降温，在生长基底(I)上得到外延生长的石墨烯。7.根据权利要求1所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:所述的插层处理用蒸汽为水蒸气，或醇蒸汽，或烷烃类蒸汽，或有机溶剂蒸汽。8.根据权利要求1所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:所述的聚合物为聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙二醇)、聚对苯二甲酸乙酯、聚(醚酰亚胺)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(氧亚甲基)、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺或聚乳酸。9.根据权利要求1所述的二维材料膜的批量大面积制备方法，其特征是:所述的目标基底(4)为硅基底、二氧化硅基底、玻璃基底、金属基底或者高分子聚合物基底。
【专利摘要】本发明涉及一种二维材料膜的批量大面积制备方法，其制备方法是：a.首先在生长基底表面生长出二维材料薄膜；b.生长有二维材料薄膜的生长基底通过蒸汽进行插层处理；c.然后将聚合物涂覆在二维材料薄膜上；d.将二维材料薄膜转移到聚合物基底上；e.将转移至聚合物基底的二维材料薄膜与生长基底分离。步骤e之后，将转移到聚合物基底上的二维材料薄膜再次转移到另一个目标基底上，腐蚀去除聚合物基底。有益效果是：生长基底可以循环利用，操作方便，工艺简单，大大提高了生产效率，降低了生产成本。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105152162
【申请号】CN201510408816
【发明人】游学秋, 罗达
【申请人】游学秋
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月14日