一种二维材料低接触应力的转移方法与流程

本发明涉及纳米材料制备与表征领域，涉及一种二维材料低接触应力的转移方法。

背景技术：

二维材料是一种通过层间范德华作用力结合的材料，因此可以通过简单的机械剥离使其减薄，甚至单层。二维材料因其层数的不同可以展现出不同的性质，例如光、电、磁等特性。将不同的二维材料与不同衬底的结合同样可以得到不同的性质例如异质结的制备等。然而目标衬底一般比较脆弱，外力的施加的过大很容易导致衬底的破损。同样在对材料进行表征的时候也需要将材料转移到特定衬底上，例如透射电子显微镜需要将材料转移到微栅上，而微栅是非常脆弱的，转移的时候经常会使得微栅卷曲、碳膜破裂。进一步地，想在透射电镜里做原位加热加电等实验时，需要将二维材料转移到原位芯片上的固定位置上去，原位芯片是非常脆弱的，通常需要转移到的位置仅仅只有十几纳米的厚度，轻轻一按便会碎裂。目前常规的转移方法是利用pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）将二维材料包覆、通过酸、碱溶液刻蚀，使得pmma与二维材料一块脱落，再转移到目标衬底上，再使用丙酮等有机溶液去除pmma。这个方法步骤复杂且溶液的引入会造成样品的污染，而且无法定点转移，这个问题在异质结的堆垛和转移到原位芯片上的时候表现的尤为突出。因此一种在转移过程中保护衬底不被损坏的定点转移方法变的非常迫切。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有转移二维材料到易损衬底方法的不足而提供的一种将二维材料转移到易损衬底的转移方法，该方法灵活、操作简单、污染小。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种二维材料低接触应力的转移方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：不同厚度、浓度的pva（聚乙烯醇）薄膜的制备

a、0.1-0.3mm厚、5%-15%浓度的pva薄膜的制备

a1：取pva倒入装有水的容器中，40-70℃加热搅拌，直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡；其中，溶液浓度为5%-15%；

a2：将装有步骤a1溶液的容器用洁净的保鲜膜封口，室温静置半个小时；

a3：取一张洁净的vcd或者dvd光盘，放在平整的桌面上，刻录面朝上，用胶头滴管吸取配置好的溶液，滴在光盘的刻录面上，用滴管口缓缓拖动液滴，直至液滴消失无法拖动；重复滴-拖，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液；

a4：用直径大于光盘且洁净的培养皿盖住步骤a3得到的光盘，8-10小时，光盘上的溶液蒸发干，形成薄膜；

b、0.8-1.2mm厚、10%-30%浓度的pva薄膜的制备

b1：取pva倒入装有水的容器中，40-70℃加热搅拌，直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡；再取等量的pva导入已配好的溶液中，40-70℃加热搅拌，得到溶液澄清无气泡的pva热溶液；其中，配置好的溶液浓度为10%-30%；

b2：将装有步骤b1溶液的容器用洁净的保鲜膜封口，室温静置半个小时；

b3：取一张洁净的vcd或者dvd光盘，放在平整的桌面上，刻录面朝上，用胶头滴管吸取步骤b2溶液，滴一滴在光盘的刻录面上，此时不要拖动液滴，再滴一滴在其附近，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液；

b4：用直径大于光盘且洁净的培养皿盖住步骤b3得到的光盘，10-12小时，光盘上的溶液蒸发干，形成薄膜；

b5：将步骤b4得到的光盘放在平整的桌面上，有膜的一面朝上，以步骤b3相同滴液方式滴b2溶液，重复步骤b4；

b6：将步骤b5重复2-3次，得到覆有0.8-1.2mm厚、10%-30%浓度的pva薄膜的光盘；

步骤2：转移二维材料到指定衬底上

a、用胶带粘一块二维材料，反复对粘，然后贴在正方形洁净硅片上；把得到的硅片放在显微镜下找到希望转移的二维材料；

b、剪一块正方形的pdms，贴在一片洁净、透明的玻璃片上，用小刀在步骤a4得到的光盘上，切一个等腰三角形的pva薄膜，切得的三角形pva薄膜小于正方形的pdms，并将三角形pva薄膜上表面贴到pdms上；

c、将步骤a得到的硅片,固定在转移平台上，将步骤b得到的玻璃片固定在转移平台的机械臂上，有三角形pva薄膜的面朝下；操作转移平台上的显微镜聚焦到硅片上的待转移的二维材料上，控制机械臂x，y方向移动，使得三角形pva薄膜与硅片上的待转移的二维材料在xy方向上一致；控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜与带转移的二维材料重合，此时，待转移的二维材料周围能看到一圈一圈的干涉条纹，说明待转移的二维材料已经与pva薄膜贴在一起；

d、保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟；控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜会与pdms薄膜脱离，粘在待转移的二维材料上；

e、待硅片冷却至室温，用镊子夹取三角形的一角，轻轻撕下，此时待转移的二维材料便脱离硅衬底粘在三角形pva薄膜上；

f、用小刀在步骤b6得到的光盘上切一块正方形的pva薄膜，正方形的pva薄膜的边长小于等腰三角形的最小边长，并贴在步骤d中的pdms薄膜上，将载有pdms薄膜和pva薄膜的玻璃片放到加热平台上50℃加热10分钟；

g、取下玻璃片冷却至室温，将步骤2的e中得到的粘有待转移样品的等腰三角形pva面贴在步骤2的f得到的正方形的pva上，要求有样品的位置在正方形上，用镊子尖端把等腰三角形的pva大于正方形pva的三个角轻戳在正方形的pdms上，保证粘住，如果粘不住，可以用加湿器快速轻吹一下粘有样品的那三个角再轻按（优选0.5s）；

h、再剪一块pdms薄膜粘在玻璃片上，将需要被转移到的目标衬底粘在pdms上，并把玻璃片放在转移平台上，将步骤g得到的玻璃片有样品的一面朝下装到转移平台上的机械臂上，操作转移平台上的显微镜聚焦到目标衬底上希望转移到的位置，控制机械臂x、y方向移动，使得三角形pva薄膜上样品的位置与希望转移到的位置在xy方向上一致；控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜上的样品落在目标衬底上；一旦看到pva上的样品边缘出现条纹，立即停止下压；

i、保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟；控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜脱落，粘在目标衬底上的希望转移到的位置上；

j、取下目标衬底，倾斜45度放入去离子水中，等待20秒，取出；

k、将步骤j得到的目标衬底自然干,至此二维材料转移完成。

所述二维材料为：石墨烯、二硫化钼、二硒化钒、二硫化钨、二硫化锡或氮化硼。

本发明可用于光电探测器、传感器、柔性器件的制备，以及材料特性的表征。

本发明的有益效果是：

（1）适用于多种衬底，特别是易损衬底，保证在转移后衬底不受到损伤；

（2）操作过程中仅仅引入去离子水，且浸泡时间仅有20秒，得到的样品干净、低污染。

附图说明

图1为步骤b得到的产物的示意图；

图2为步骤d得到的产物的示意图；

图3为步骤g得到的产物的示意图。

具体实施方式

实施例1

将二硫化钼转移到微栅上，用于二硫化钼结构成分的表征。

一、两种厚度的pva（聚乙烯醇）薄膜的配制

1.较薄低浓度pva薄膜的配制（约0.2mm）

步骤1：取10gpva倒入装有100g水的烧杯中，45℃加热搅拌，保证溶液中没有气泡。使用磁力搅拌机搅拌。直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡。

步骤2：将步骤1得到的装有溶液的烧杯用干净的保鲜膜封口，室温静置半个小时。

步骤3：取出一张干净的dvd光盘，放在平的桌子上，刻录面（反光面）朝上，用胶头滴管吸取配置好的溶液，滴在光盘的刻录面上，用滴管口缓缓拖动液滴，直至液滴消失无法拖动。重复滴-拖步骤，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液。

步骤4：用一个干净的直径大于光盘的培养皿盖住步骤3得到的光盘，等待光盘上的溶液蒸发干形成一个薄膜。

2.较厚高浓度pva薄膜的配置（约1mm）

步骤5：取10gpva倒入装有100g水的烧杯中，45℃加热搅拌，保证溶液中没有气泡。使用磁力搅拌机搅拌。直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡。再取等量的pva导入已配好的溶液中，45℃加热搅拌，得到溶液澄清无气泡的pva热溶液。

步骤6：将步骤5得到的装有溶液的烧杯用干净的保鲜膜封口，室温静置半个小时。

步骤7：取出一张干净的dvd光盘，放在平的桌子上，刻录面（反光面）朝上，用胶头滴管吸取配置好的溶液，滴一滴在光盘的刻录面上，此时不要拖动液滴，再滴一滴在其附近，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液。

步骤8：用一个干净的直径大于光盘的培养皿盖住步骤7得到的光盘，等待光盘上的溶液蒸发干形成一个薄膜。

步骤9：将步骤8得到的光盘放在平的桌子上，有膜的一面朝上，以相同方法滴步骤6得到的溶液，重复步骤7和步骤8重复3次，得到一张覆有高浓度的pva的光盘。

二、转移二硫化钼到微栅上

步骤10：用胶带粘一块二硫化钼5，反复对粘，然后贴在一片2cmx2cm的干净硅片4上。把得到的硅片放在显微镜下找到合适厚度的二硫化钼5。

步骤11：用剪刀剪一块1cmx1cm的pdms薄膜小方块2，贴在一片干净的透明的玻璃片1上，用小刀在步骤4得到的光盘上，切一个等腰三角形的pva薄膜3，切得的三角形的pva薄膜3小于1cmx1cm的pdms薄膜小方块2，并贴到pdms薄膜小方块2上，pva薄膜不与光盘接触的那面与pdms薄膜结合。如图1所示。

步骤12：步骤10得到的硅片4固定在转移台上，将步骤11得到的玻璃片1固定在转移平台的机械臂上，有三角形pva薄膜的那一面朝下。操作转移平台上的显微镜聚焦到硅片4上的待转移的二硫化钼5上，控制机械臂x，y方向移动，使得三角形pva薄膜与硅片4上的待转移的二硫化钼5在xy方向上一致。控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜与待转移的二硫化钼5重合，此时，样品周围能看到一圈一圈的干涉条纹，说明待转移的二硫化钼5已经与pva薄膜贴在一起。

步骤13：保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟。控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜会与pdms薄膜脱离，粘在待转移的二硫化钼5上。如图2所示。

步骤14：等待硅片4冷却到室温，用镊子夹取三角形的一角，轻轻撕下，此时待转移的二硫化钼5便脱离硅衬底粘在三角形pva薄膜上。

步骤15：用小刀在步骤9得到的光盘上切一块正方形的厚的pva薄膜6，要求正方形的pva薄膜的边长小于步骤11得到的等腰三角形pva薄膜的最小边长，并贴在步骤13得到的1cmx1cm的pdms薄膜上，将载有pdms薄膜和pva薄膜的玻璃片放到加热平台上50℃加热10分钟。

步骤16：取下玻璃片冷却至室温，将步骤14得到的粘有二硫化钼5的等腰三角形pva薄膜没有样品的那面贴在步骤15得到的正方形的pva薄膜6上，要求有样品的位置要在正方形上方，用镊子尖端把等腰三角形的pva薄膜大于正方形pva薄膜的三个角轻戳在正方形的pdms薄膜2上，如果粘不住，可以用加湿器轻吹一下粘有样品的那三个角再轻按,如图3所示。

步骤17：再剪一块pdms薄膜粘在玻璃片上，将微栅没碳膜的那面粘在pdms上，并把玻璃片放在转移平台上，将步骤16得到的玻璃片有样品的一面朝下装到转移平台上的机械臂上，操作转移平台上的显微镜聚焦到微栅上希望转移到的位置，控制机械臂x，y方向移动，使得三角形pva薄膜上二硫化钼的位置与微栅上希望转移到的位置在xy方向上一致。控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜上的二硫化钼5落在微栅上。一旦看到pva薄膜上的二硫化钼边缘出现条纹，立即停止下压。

步骤18：保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟。控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜脱落，粘在微栅上的希望被转移到的位置上。

步骤19：取下微栅，倾斜45度放入去离子水中，等待20秒，取出。

步骤20：将步骤19得到的微栅自然干。至此转移完成。

转移后的二硫化钼放于透射电子显微镜中可进行晶格结构、成分分布与比例的测试。

实施例2

将二硫化钼转移到原位加热芯片上

一、两种厚度的pva（聚乙烯醇）薄膜的配制

1.较薄低浓度pva薄膜的配制（约0.2mm）

步骤1：取10gpva倒入装有100g水的烧杯中，45℃加热搅拌，保证溶液中没有气泡。使用磁力搅拌机搅拌。直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡。

步骤2：将步骤1得到的装有溶液的烧杯用干净的保鲜膜封口，室温静置半个小时。

步骤3：取出一张干净的dvd光盘，放在平的桌子上，刻录面（反光面）朝上，用胶头滴管吸取配置好的溶液，滴在光盘的刻录面上，用滴管口缓缓拖动液滴，直至液滴消失无法拖动。重复滴-拖步骤，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液。

步骤4：用一个干净的直径大于光盘的培养皿盖住步骤3得到的光盘，等待光盘上的溶液蒸发干形成一个薄膜。

2.较厚高浓度pva薄膜的配置（约1mm）

步骤5：取10gpva倒入装有100g水的烧杯中，45℃加热搅拌，保证溶液中没有气泡。使用磁力搅拌机搅拌。直至pva完全溶于水且溶液澄清无气泡。再取等量的pva导入已配好的溶液中，45℃加热搅拌，得到溶液澄清无气泡的pva热溶液。

步骤6：将步骤5得到的装有溶液的烧杯用干净的保鲜膜封口，室温静置半个小时。

步骤7：取出一张干净的dvd光盘，放在平的桌子上，刻录面（反光面）朝上，用胶头滴管吸取配置好的溶液，滴一滴在光盘的刻录面上，此时不要拖动液滴，再滴一滴在其附近，直至整片光盘面上均匀覆盖一层pva溶液。

步骤8：用一个干净的直径大于光盘的培养皿盖住步骤7得到的光盘，等待光盘上的溶液蒸发干形成一个薄膜。

步骤9：将步骤8得到的光盘放在平的桌子上，有膜的一面朝上，以相同方法滴步骤6得到的溶液，重复步骤7和步骤8重复3次，得到一张覆有高浓度的pva的光盘。

二、转移二硫化钼到原位热电芯片上

步骤10：用胶带粘一块二硫化钼，反复对粘，然后贴在一片2cmx2cm的干净硅片上。把得到的硅片放在显微镜下找到合适厚度的二硫化钼。

步骤11：用剪刀剪一块1cmx1cm的pdms薄膜小方块贴在一片干净的透明的玻璃片上，用小刀在步骤4得到的光盘上，切一个等腰三角形的pva薄膜，切得的三角形小于1cmx1cm的pdms薄膜，并贴到pdms上，pva与不与光盘接触的那面与pdms结合。

步骤12：步骤10得到的硅片固定在转移台上，将步骤11得到的玻璃片固定在转移平台的机械臂上，有三角形pva薄膜的那一面朝下。操作转移平台上的显微镜聚焦到硅片上的待转移的二硫化钼上，控制机械臂x，y方向移动，使得三角形pva薄膜与硅片上的待转移的二硫化钼在xy方向上一致。控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜与带转移的二硫化钼重合，此时，样品周围能看到一圈一圈的干涉条纹，说明待转移的二硫化钼已经与pva薄膜贴在一起。

步骤13：保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟。控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜会与pdms薄膜脱离，粘在待转移的二硫化钼上。

步骤14：等待硅片冷却到室温，用镊子夹取三角形的一角，轻轻撕下，此时待转移的二硫化钼便脱离硅衬底粘在三角形pva薄膜上。

步骤15：用小刀在步骤9得到的光盘上切一块正方形的厚的pva薄膜，要求正方形的pva薄膜的边长小于步骤11得到的等腰三角形的最小边长，并贴在步骤13得到的1cmx1cm的pdms薄膜上，将载有pdms薄膜和pva薄膜的玻璃片放到加热平台上50℃加热10分钟。

步骤16：取下玻璃片冷却至室温，将步骤14得到的粘有二硫化钼的等腰三角形pva薄膜没有样品的那面贴在步骤15得到的正方形的pva薄膜上，要求有样品的位置要在正方形上方，用镊子尖端把等腰三角形的pva薄膜大于正方形pva薄膜的三个角轻戳在正方形的pdms上，如果粘不住，可以用加湿器轻吹一下粘有样品的那三个角再轻按。

步骤17：再剪一块pdms薄膜粘在玻璃片上，将原位热电芯片粘在pdms薄膜上，并把玻璃片放在转移平台上，将步骤16得到的玻璃片有样品的一面朝下装到转移平台上的机械臂上，操作转移平台上的显微镜聚焦到原位热电芯片上希望转移到的位置，控制机械臂x，y方向移动，使得三角形pva薄膜上二硫化钼的位置与原位加热芯片上希望转移到的位置在xy方向上一致。控制机械臂z方向移动，使得三角形pva薄膜随着机械臂慢慢下降，直至pva薄膜上的二硫化钼落在原位加热芯片上。一旦看到pva薄膜上的二硫化钼边缘出现条纹，立即停止下压。

步骤18：保持机械臂不动，打开转移平台上的加热装置，加热到70℃，加热1分钟。控制机械臂z方向上抬，此时三角形的pva薄膜脱落，粘在原位热电芯片上的希望转移到的位置上。

步骤19：取下原位热电芯片，倾斜45度放入去离子水中，等待20秒，取出。

步骤20：将步骤19得到的原位热电芯片自然干。至此转移完成。

转移后的二硫化钼搭在原位热电芯片电极之间，形成金属-半导体-金属结构的器件，同时将转移过后的芯片置于透射电子显微镜中，对芯片加热场、电场和热电场，表征二硫化钼在不同条件下的结构演变。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。