[发明专利]一种石墨烯薄膜转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料的制备和转移方法，属于新材料制备领域。 

技术背景

石墨烯是世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，硬度超过金刚石。石墨烯的导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，高于纳米碳管。电阻率只有约10^-6 Ω·cm，比铜更低，为世界上电阻率最小的材料。自2004年英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从定向石墨中使用胶带剥离出石墨烯薄膜以来，石墨烯薄膜以其特有的性质已经逐渐成为了新材料领域最吸引人的材料之一。石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、太阳能电池甚至是工作频率远高于硅的晶体管。 

发明内容

大部分石墨烯应用都依赖于石墨烯薄膜的特殊的二维表面。如何获得高质量、无污染、无缺陷的石墨烯新鲜表面，越来越成为石墨烯获得大规模应用需要解决的问题。在传统的石墨烯薄膜转移过程中，存在着以下三个问题： 第一，在转移之前，石墨烯薄膜长时间暴露在空气中，导致接触空气的表面遭受空气中悬浮颗粒的污染，而传统的转移方法是利用的这一受污染的表面来制作器件；第二，传统的转移方法，将石墨烯薄膜转移至硬衬底上，石墨烯和衬底之间的结合力只有范德华力，导致石墨烯薄膜易脱落； 第三，传统的转移方法，所需步骤复杂，在从金属衬底上转移至所需衬底上的过程中，使用的材料种类过多，易在转移的过程中在石墨烯表面引入污染，且易导致石墨烯薄膜的晶体结构遭到破坏。以上三个缺陷限制了石墨烯薄膜的大规模生产和利用。 

 本发明的目的在于解决以上三个问题，并简化石墨烯薄膜的转移步骤，使石墨烯材料更利于大规模生产利用。 

  本发明提出两种技术方案来转移石墨烯薄膜。 

技术方案一实施步骤如下： 

步骤1，将聚合物熔化或溶解使之处于流体状态；

步骤2，将处于流体状态的聚合物涂覆在生长有石墨烯的基底上，并将聚合物固化；

步骤3，使用氯化铁或者硝酸铁溶液将金属薄片腐蚀掉，并将粘附有石墨烯薄膜的聚合物膜清洗，烘干或者晾干，得到转移至聚合物材料上的石墨烯薄膜。

 进一步，技术方案一中步骤1中的聚合物可以是以下聚合物的一种、两种或者多种混合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯（PP）、环氧树脂类聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、ABS塑料 、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧树脂、不饱和聚酯塑料、呋喃塑料、有机硅树脂、丙烯基树脂等及其改性树脂等聚合物。 

 进一步，步骤3中的金属薄片和石墨烯分开的方式亦可使用机械剥离的方式，从而使石墨烯粘附在聚合物衬底上。 

进一步，步骤2的生长有石墨烯的基底可以是其他非金属基底，如玻璃、氮化硅、硅片等，步骤3中的将基底和石墨烯分离的方式应使用机械剥离的方法。 

技术方案二实施步骤如下： 

步骤1，清洗裁剪好的衬底；

步骤2，在衬底上涂覆处于流体状态的聚合物；将涂覆有聚合物的衬底压覆在生长有石墨烯的基底上，并将聚合物固化；;

步骤3，将金属薄片通过氯化铁或者硝酸铁溶液腐蚀掉，并将粘附有石墨烯薄膜的衬底清洗，烘干或者晾干。

进一步，技术方案2中步骤1中所述的衬底可以是有机聚合物衬底，亦可以是无机衬底，如玻璃、二氧化硅、硅片、碳化硅等； 

进一步，技术方案2中步骤2中的聚合物可以是以下聚合物的一种、两种或者多种混合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯（PP）、环氧树脂类聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、ABS塑料 、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧树脂、不饱和聚酯塑料、呋喃塑料、有机硅树脂、丙烯基树脂等及其改性树脂等聚合物。

进一步，技术方案2中步骤2中可以将聚合物先涂覆在石墨烯薄膜上，然后将步骤1中清洗好的衬底压覆在聚合物上； 

 进一步，技术方案2步骤3中的将金属薄片和石墨烯分开的方式亦可使用机械剥离的方式，从而使石墨烯粘附在聚合物衬底上。

进一步，技术方案2步骤2中的生长有石墨烯的基底可以是其他非金属基底，如玻璃、氮化硅、硅片等，对应的步骤3中的将基底和石墨烯分离的方式应使用机械剥离的方法。