一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法与流程

本发明属于石墨烯薄膜转移，涉及一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法。

背景技术：

1、目前大面积的石墨烯主要通过cvd法生长在金属基底(如铜箔、镍箔等)上，如何将石墨烯从金属基底上转移到任意基底上是石墨烯薄膜能否得到广泛运用的关键。传统工艺在转移方法上可以分为以下几大类：

2、第一种，使用过渡基底法。过渡基底主要包括：热释放胶带、pmma、硅胶等。具体工艺为：用过渡基底与带石墨烯面的金属基底贴合，形成过渡基底/石墨烯/金属基底结构，通过相应的方法除去金属基底(该方法包括：化学刻蚀法，电化学鼓泡法等)将剩下的过渡基底/石墨烯结构与目标基底贴合，形成过渡基底/石墨烯结构/目标基底。最后通过相应的方法除去过渡基底，该方法主要包括热释放法、有机溶剂溶解法、其他物理方法等等。

3、第二种：使用粘结剂法。使用粘结剂将目标基底与带石墨烯的金属基底贴合，形成目标基底/粘结剂/石墨烯/金属基底的结构。通过相应的方法除去金属基底(该方法包括：化学刻蚀法，电化学鼓泡法等)，可得到目标基底/粘结剂/石墨烯。

4、但是，现有的转移方法仍然存在以下问题：

5、第一：高成本。过渡基底的使用过程中，难以避免地增加了过渡基底的成本。比如高成本的热释放胶带的引入。而其他类型的过渡基底的引入，如硅胶膜等，也增加了成本。

6、第二：不易操作，不适合大面积转移，尤其是卷对卷转移。比如使用pmma的使用过程中，操作需非常谨慎，大面积转移容易出现损。

7、第三：石墨烯的完整性无法得到保证。使用过渡基底，石墨烯在来回转移的过程中很有容易发生破损，在石墨烯转移过程中无法保证石墨烯不出现破损。通俗的讲，转移工序越多，越容易出现破损。

8、第四：无法保持转移后的石墨烯的洁净程度。具体表现为无法彻底清除过渡基底。

9、第五：使用传统的粘结剂，影响透光率等物理性能。石墨烯转移到基底上，会在基底和石墨烯之间留下一层粘结剂薄层，这将会影响石墨烯薄膜产品的透光度，导电性能及严重限制该石墨烯产品的使用范围。

10、第六：使用传统的粘结剂无法进行多层转移。使用传统的粘结剂在多层转移石墨烯中，会在两层石墨烯之间留下粘结剂薄层，失去了转移多层石墨烯的意义。

11、因此，如何找到一种更为适宜的石墨烯薄膜转移方式，解决现有的石墨烯薄膜转移存在的上述问题，已成为诸多具有前瞻性的一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法，该具有特定组成的粘结剂，用于石墨烯转移过程中，可以进行石墨烯任意目标基底的低成本无损转移，配合卷对卷生长工艺可实现规模化制备及生产，同时能够实现通过石墨烯的多次转移来降低石墨烯方阻的目的。

2、本发明提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，包括：

3、可挥发性有机溶剂a 5～95重量份；

4、可挥发性有机溶剂b 95～5重量份；

5、所述可挥发性有机溶剂a包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；

6、所述可挥发性有机溶剂b包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。

7、优选的，所述可挥发性溶剂包括不溶于水和/或微溶于水的有机溶剂；

8、所述石墨烯包括石墨烯层或石墨烯膜；

9、所述转移具体为，将石墨烯膜从生长基底转移至目标基底；

10、所述转移过程中，所述粘结剂位于石墨烯膜与目标基底之间。

11、优选的，所述生长基底包括金属基底；

12、所述生长的方式包括化学气相沉积法；

13、所述转移过程中，包括将石墨烯膜、粘结剂和目标基底进行压合的步骤；

14、位于所述石墨烯膜与目标基底之间的粘结剂具体为有机溶剂液态膜。

15、优选的，所述金属基底包括铜箔、镍箔和铜镍合金中的一种或多种；

16、所述目标基底包括塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底和金属基底一种或多种。

17、优选的，所述卤代烃类溶剂包括三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯和五氯乙烷中的一种或多种；

18、所述芳香烃类溶剂包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的一种或多种；

19、所述脂肪烃类溶剂包括戊烷和/或己烷；

20、所述脂环烃类溶剂包括环己烷、环己酮和甲基环己烷中的一种或多种。

21、优选的，所述醇类溶剂包括辛醇和/或己醇；

22、所述酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯和乙酸丁酯中的一种或多种；

23、所述醚类溶剂包括乙醚、正丙醚和苯甲醚中的一种或多种；

24、所述酮类溶剂包括甲基异丁酮、苯丙酮和甲基乙基酮中的一种或多种。

25、优选的，所述可挥发性溶剂的沸点为50～250℃；

26、所述可挥发性溶剂包括四氯乙烷、四氯乙烯、五氯乙烷、甲苯、戊烷、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、甲基异丁酮、苯酚和石油醚中的一种或多种。

27、本发明还提供了一种石墨烯膜的转移方法，包括以下步骤：

28、1)在金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构材料；

29、2)将可挥发性有机溶剂粘结剂设置在上述步骤得到的金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底之间，经过压合后，得到金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料；

30、所述可挥发性有机溶剂粘结剂包括上述技术方案任意一项所述的用于石墨烯膜转移的粘结剂；

31、3)将上述步骤的金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料，置于刻蚀液中，刻蚀去除金属基底后，得到石墨烯/液膜/目标基底结构；

32、4)上述步骤得到的石墨烯/液膜/目标基底结构在刻蚀过程、从刻蚀液取出过程中和从刻蚀液中取出后中的一步或多步中，液膜挥发后，得到石墨烯/目标基底结构材料。

33、优选的，所述设置的方式，包括将金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底置于可挥发性溶剂粘结剂中；

34、所述压合的方式包括辊压压合和/或平板压合。

35、优选的，所述压合的压力为0.01～1mpa；

36、所述辊压压合的压合速度为0.1～2m/min；

37、所述压合的时间为1～5s。

38、本发明提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，包括5～95重量份的可挥发性有机溶剂a和95～5重量份的可挥发性有机溶剂b；所述可挥发性有机溶剂a包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；所述可挥发性有机溶剂b包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的具有特定组成的双组份粘结剂，利用不溶或微溶于水性溶液的可挥发性溶剂作为粘结剂，该粘结剂的作用是在金属基底/石墨烯与目标基底之间形成一层液膜(以下表述均将该粘结剂称为液膜)，因为毛细作用力使液膜能够将金属基底/石墨烯和目标基底粘结在一起，并保证金属基底/石墨烯与目标基底在刻蚀过程中不脱开，待金属基底被蚀刻液蚀刻后，该液膜会在转移完成后挥发，因为分子间作用力的存在使石墨烯能够附着在目标基底上。本发明采用这种特定的不溶或微溶于水性溶液的组合，能够保证在水性蚀刻液中，金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构不会因为液膜溶解在溶液中而使金属基底/石墨烯与目标基底分离；而且具有可挥发性，在金属基底刻蚀后，因为粘结剂的可挥发性，使石墨烯利用分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。

39、本发明提供的双组份不溶或微溶于水性溶液的有机溶剂作为粘结剂，使得金属基底/石墨烯不会因为液膜溶解在刻蚀液中而与目标基底分离，保证了石墨烯薄膜的完整性；因为粘结剂的可挥发性，在金属基底完全刻蚀后，粘结剂能够全部挥发，石墨烯通过分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。用此石墨烯转移方法可以进行石墨烯任意目标基底的低成本无损转移，配合卷对卷生长工艺可实现规模化制备及生产，同时能够实现通过石墨烯的多次转移来降低石墨烯方阻的目的。

40、本发明不使用过渡基底，成本大大减少，实现了低成本转移；而且粘结剂可以全部挥发，所以转移后的石墨烯无残胶，石墨烯纯净无污染，能够在转移后得到高品质的石墨烯薄膜，具有高透光率、无破损、低方阻等高品质特点，还可以实现高品质多层转移，并保证多层石墨烯的品质；同时因为只需要分子间作用力达到不脱落，所以可以将石墨烯转移到任意不同的目标基底，如塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底、贵金属基底等。此外，本发明提供的转移方法操作简单，可控性好，可重复性高，不只是单片转移，还可实现卷对卷大面积转移，且能够保持转移后石墨烯的高品质，特别适于规模化制备和生产的推广和应用。