一种大面积石墨烯中间体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种大面积石墨烯中间体的制备方法，通过以下步骤实现，包括，步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所述孔的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材；步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于1000～1500Pa大气压下，通入Ar气和氢气，将反应室温度加热至850～1080℃，保温25～35min，通入碳源气体，保持8～18min，停止通气，退火，冷却至室温，形成石墨烯薄膜；步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶黏剂，形成胶黏层；步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金属基片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石墨烯制备方法，特别涉及一种大面积石墨烯中间体的制备方 法。 一种大面积石墨烯中间体的制备方法
【背景技术】
[0002] 石墨烯，即石墨的单原子层，是碳原子按蜂窝状排列的二维结构，也是构成其他低 维度碳材料如富勒烯、碳纳米管的基本单元。按照层数，石墨烯可以分为单层石墨烯、双层 石墨烯、少层石墨烯。石墨烯的研究由来已久，但是真正独立稳定存在的石墨烯则是由英国 曼彻斯特大学的Geim等通过胶带剥离高定向石墨获得。自从石墨烯被发现以后，由于其优 异的性能和巨大的应用前景引发了物理和材料科学等领域的研究热潮。石墨烯具有优异的 机械性能、透光率、导热性、导电性能，在工业上可以在太阳能电池、触控面板等领域作为透 明电极材料，同时也可以替代目前的铜导线作为集成电路的导线材料。
[0003] 在金属衬底（如铜、镍等）上采用化学气相沉积法（CVD)制备石墨烯是目前适用 于大规模工业化应用的主要生产方法，而采用这种方法生产的石墨烯必须经过特殊工艺将 石墨烯转移到目标衬底上，才能实现真正的工业应用。目前，可以采用湿法转移或干法转移 两种方法将石墨烯由金属生长衬底转移至目标衬底。湿法转移主要是采用旋涂法在石墨 烯表面沉积PMMA或其他胶体薄膜，再利用化学试剂腐蚀金属衬底，使石墨烯与金属衬底分 离，将石墨烯转移到新的目标衬底上后，再利用丙酮或氯仿等有机溶剂将胶体薄膜溶去，得 到石墨烯样品，目前常用的方法不适合大面积转移；干法转移主要是采用PDMS(聚二甲基 硅氧烷）或其它热分解胶带直接压印在石墨烯表面，作为保护石墨烯的介质材料，再利用 化学试剂使石墨烯与金属衬底分离，当石墨烯转移到新的目标衬底上后，再用机械方法揭 去PDMS保护膜，得到最终的石墨烯样品，但这种方法容易造成石墨烯样品的破裂。
[0004] 基于以上所述，制备一种大面积石墨烯中间体对于CVD制成中石墨烯有着重要意 义。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大面积石墨烯中间体的制备方法，旨 在实现石墨烯转移至目标衬底前的单独存储，且间接扩大了石墨烯的制备面积，降低了制 备工艺的复杂性，为CVD制成石墨烯及石墨烯的工业化应用提供技术支持。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
[0007] -种大面积石墨烯中间体的制备方法，其通过以下步骤实现，包括，
[0008] 步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所 述孔的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材；
[0009] 步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于1000?1500Pa大气压下， 通入Ar气和氢气，将反应室温度加热至850?1080°C，保温25?35min，通入碳源气体，保 持8?18min，停止通气，退火，冷却至室温，所述孔沿处及所述金属基片表面生长形成石墨 烯薄膜；
[0010] 步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶 黏剂，形成胶黏层；
[0011] 步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金 属基片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。
[0012] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，所述耐高温膜选用聚丙 烯耐高温保护膜。
[0013] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，所述孔呈方孔、圆孔或 异形孔；单个孔的面积为10?150cm2.
[0014] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，所述金属基片为20? 30 μ m厚的铜或镍，纯度达到99. 9%。
[0015] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，步骤2中所述碳源气体 包括甲烷、乙烯或乙炔。
[0016] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，所述步骤3中胶黏剂呈 液态或膜状。
[0017] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，所述胶黏剂为液态透明 硅胶，所述液态透明硅胶透光率大于95%，雾度小于1 %，涂膜厚度为5?15 μ m。
[0018] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，步骤4中所述腐蚀溶液 为三氯化铁溶液、过硫酸铵溶液、过硫酸钠溶液或硝酸。
[0019] 优选的是，所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其中，步骤4采用去离子水对 基体表面进行清洗，清洗次数为2?5次。
[0020] 本发明公开了一种大面积石墨烯中间体的制备方法，该制备方法操作简单，适宜 规模化生产，可间接得到大面积石墨烯；基底材料的设置使石墨烯在转移过程中可省去目 标衬底，以中间产物的形式单独储存，避免了石墨烯再转移过程中易破损的现象，使石墨烯 再转移操作方便。
【具体实施方式】
[0021] 下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据 以实施。
[0022] 实施例1
[0023] 一种大面积石墨烯中间体的制备方法，其通过以下步骤实现，包括，
[0024] 步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所 述孔的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高温膜选用聚丙 烯耐高温保护膜。所述孔呈方孔、圆孔或异形孔；单个孔的面积为l〇cm 2。所述金属基片为 20 μ m厚的铜，纯度达到99. 9%。
[0025] 步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于lOOOPa大气压下，通入Ar 气和氢气，将反应室温度加热至850°C，保温25min，通入碳源气体，保持8min，停止通气，退 火，冷却至室温，所述孔沿处及所述金属基片表面生长形成石墨烯薄膜；步骤2中所述碳源 气体为甲烷。
[0026] 步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶 黏剂，形成胶黏层；所述步骤3中胶黏剂呈液态为液态透明硅胶，所述液态透明硅胶透光率 大于95 %，雾度小于1 %，涂膜厚度为5 μ m。
[0027] 步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金 属基片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。步骤4中所述腐蚀溶 液为三氯化铁溶液。步骤4采用去离子水对基体表面进行清洗，清洗次数为2次。
[0028] 实施例2
[0029] 一种大面积石墨烯中间体的制备方法，其通过以下步骤实现，包括，
[0030] 步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所 述孔的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高温膜选用聚丙 烯耐高温保护膜。所述孔呈圆孔；单个孔的面积为150cm 2。所述金属基片为30 μ m厚的镍， 纯度达到99. 9%。
[0031] 步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于1500Pa大气压下，通入Ar 气和氢气，将反应室温度加热至l〇80°C，保温35min，通入碳源气体，保持18min，停止通气， 退火，冷却至室温，所述孔沿处及所述金属基片表面生长形成石墨烯薄膜；步骤2中所述碳 源气体为乙烯。
[0032] 步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶 黏剂，形成胶黏层；所述步骤3中胶黏剂呈液态，所述胶黏剂为液态透明硅胶，所述液态透 明硅胶透光率大于95%，雾度小于1%，涂膜厚度为5?15 μ m。
[0033] 步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金 属基片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。步骤4中所述腐蚀溶 液为硝酸。步骤4采用去离子水对基体表面进行清洗，清洗次数为5次。
[0034] 实施例3
[0035] 一种大面积石墨烯中间体的制备方法，其通过以下步骤实现，包括，
[0036] 步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所 述孔的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高温膜选用聚丙 烯耐高温保护膜。所述孔呈三角孔；单个孔的面积为100cm 2。所述金属基片为25 μ m厚的 铜，纯度达到99.9%。
[0037] 步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于1200Pa大气压下，通入Ar 气和氢气，将反应室温度加热至l〇〇〇°C，保温30min，通入碳源气体，保持12min，停止通气， 退火，冷却至室温，所述孔沿处及所述金属基片表面生长形成石墨烯薄膜；步骤2中所述碳 源气体为乙炔。
[0038] 步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶 黏剂，形成胶黏层；所述步骤3中胶黏剂呈膜状，透光率大于95 %，雾度小于1 %，厚度为 5 ?15 μ m〇
[0039] 步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金 属基片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。步骤4中所述腐蚀溶 液为过硫酸铵溶液。步骤4采用去离子水对基体表面进行清洗，清洗次数为3次。
[0040] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
【权利要求】
1. 一种大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现，包括， 步骤1)以耐高温膜作为基底，在所述基底上切割出至少两个彼此相连的孔，在所述孔 的孔沿处涂覆金属粉，并将金属基片嵌于所述孔中，制得基材； 步骤2)将步骤1)中制得的基材放入反应室，抽真空，于1000?1500Pa大气压下，通 入Ar气和氢气，将反应室温度加热至850?1080°C，保温25?35min，通入碳源气体，保持 8?18min，停止通气，退火，冷却至室温，所述孔沿处及所述金属基片表面生长形成石墨烯 薄膜； 步骤3)刮除金属基片一侧的石墨烯，并在另一侧的基材上及金属片表面粘设胶黏剂， 形成胶黏层； 步骤4)将步骤3)中刮除掉石墨烯的金属基片一侧浸泡在腐蚀溶液中，腐蚀掉金属基 片，并对基体表面进行清洗，从而得到面积扩大的石墨烯中间体。
2. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，所述耐高温膜 选用聚丙烯耐高温保护膜。
3. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，所述孔呈方孔、 圆孔或异形孔；单个孔的面积为10?150cm 2.
4. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，所述金属基片 为20?30 μ m厚的铜或镍，纯度达到99. 9%。
5. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，步骤2中所述碳 源气体包括甲烷、乙烯或乙炔。
6. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中胶 黏剂呈液态或膜状。
7. 如权利要求6所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为 液态透明硅胶，所述液态透明硅胶透光率大于95%，雾度小于1 %，涂膜厚度为5?15 μ m。
8. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，步骤4中所述腐 蚀溶液为三氯化铁溶液、过硫酸铵溶液、过硫酸钠溶液或硝酸。
9. 如权利要求1所述的大面积石墨烯中间体的制备方法，其特征在于，步骤4采用去离 子水对基体表面进行清洗，清洗次数为2?5次。
【文档编号】C01B31/04GK104098090SQ201410374116
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】金闯, 杨晓明 申请人:苏州斯迪克新材料科技股份有限公司