[发明专利]一种修饰石墨烯薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜材料加工技术领域，涉及一种修饰石墨烯薄膜的方法。

背景技术

石墨烯，又称单层石墨，是由sp2杂化的碳原子组成的六角蜂窝状二维无机晶体材料，只有一个碳原子层，厚度仅有0.335nm（A. K. Geim, K. S. Novoselov, Nature Materials, 2007, 6, 183-191），是目前世上最薄的纳米材料，也是迄今为止测量过的强度最大的材料。

理论上石墨烯具备很多优越的性能，例如高电子迁移率、高电流密度、高机械强度等等。正因为这些特性，它被公认为制造透明导电薄膜、高频晶体管、储氢电池，乃至集成电路的理想材料，具有广阔的市场应用前景。

完整的石墨烯是由多个晶畴组成的，但是实际制备的石墨烯晶畴内部尤其是相邻晶畴的交界处会存在缺陷，后续转移过程中也会由于各种原因引入缺陷，这些因素在很大程度上降低了石墨烯的电学性质，需要通过掺杂方法进行弥补。

Kim等人（Ki Kang Kim, Alfonso Reina, Yumeng Shi, Hyesung Park, Lain-Jong Li, Young Hee Lee and Jing Kong, Nanotechnology  2010，21，285205等）采用纳米金属粒子对石墨烯膜进行了掺杂研究，他们先将金属衬底上长的石墨烯膜转移到绝缘衬底上，然后使带有绝缘衬底的石墨烯与金属离子溶液接触，然后在溶剂的作用下金属离子自发还原，生成纳米金属粒子并沉积在石墨烯表面。这种方法获得的金属纳米粒子无规则分散在石墨烯表面，而不是选择性地掺杂在石墨烯晶畴边界及缺陷的位置，因而对石墨烯的电学性质的提高有一定的局限性，而且还会在完整的石墨烯单晶畴表面引入表面态，影响石墨烯材料的性质。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种修饰石墨烯薄膜的方法，用于解决现有技术中修饰石墨烯薄膜时对石墨烯的电学性质的提高有一定的局限性以及会在完整的石墨烯薄膜单晶畴表面引入表面态的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种修饰石墨烯薄膜的方法，所述方法至少包括以下步骤：

1）将金属离子溶液与形成在金属衬底上的石墨烯薄膜接触，接着吹干所述石墨烯薄膜及金属衬底，得到形成在金属衬底上并经过修饰的石墨烯薄膜；

2）在步骤1）之后获得的石墨烯薄膜上形成有机胶层；

3）利用腐蚀液去除所述金属衬底，得到有机胶层及经过修饰的石墨烯薄膜的结合体；

4）将所述结合体转移至目标衬底上，而后去除所述有机胶层，得到形成在目标衬底上的并经过修饰的石墨烯薄膜。

可选地，所述步骤1）中的接触时间为0.1~60min。

可选地，所述金属离子溶液至少包含Ag、Pt、Au金属离子中的一种或任意几种。

可选地，所述金属衬底至少包括Fe、Co、Ni、Mo、Cu中的一种或任意几种的合金。

可选地，所述步骤2）中在石墨烯薄膜表面形成有机胶层的具体步骤为：先在所述石墨烯薄膜表面旋涂有机胶层，而后在150~190℃条件下进行烘干。

可选地，所述有机胶层至少包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。

可选地，所述腐蚀液至少包括HNO₃、浓H₂SO₄、FeCl₃、Fe(NO₃)₃、(NH₄)₂S₂O₈或KNO₃中的一种。

可选地，所述目标衬底至少包括介质膜、玻璃、蓝宝石、PET膜或半导体材料中的一种。

可选地，所述步骤4）中转移所述结合体至目标衬底的具体步骤为：先将所述结合体均匀铺展在目标衬底上使所述石墨烯薄膜与目标衬底表面紧贴在一起，而后在50~120℃条件下烘干。

可选地，所属步骤4）中采用去胶溶剂去除所述有机胶层，其中，所述去胶溶剂至少包括氯仿、乙酸、乙酸乙酯或丙酮中的一种。

如上所述，本发明的一种修饰石墨烯薄膜的方法，具有以下有益效果：