[发明专利]一种大面积无损转移石墨烯薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯薄膜转移方法，尤其是一种大面积无损转移石墨烯薄膜的方法。

背景技术

目前石墨烯薄膜的转移方法，根据在转移石墨烯薄膜的过程中，对生长基底处理方式的不同，可分为“基底腐蚀法”和“非基底腐蚀法”。“基底腐蚀法”通常首先在石墨烯表面覆盖转移介质（PMMA，PDMS，热释放胶等）；再利用适当的腐蚀液（FeCl3等）将金属基底腐蚀去除，然后将转移介质/石墨烯薄膜转移至目标基底上；最后去除转移介质，实现石墨烯的转移。“非基底腐蚀法”包括：电化学转移法，干法转移和机械剥离法，Gao等人采用电化学转移法，利用金属基底与石墨烯之间的电化学性能差异，形成界面反应，金属基底表面产生微气泡驱动石墨烯剥离（具体参见Gao L,Ren W,Xu H,et al.Repeated growth and bubbling transfer of graphene with millimetre-size single-crystal grains using platinum[J].Nature communications,2012,3:699.）；Lock等人采用干法转移，通过选用合适的交联剂与石墨烯之间形成共价键，由此共价键产生的石墨烯与聚合物之间的吸附力比石墨烯与金属之间的吸附力要大的多，为石墨烯与金属基体的有效分离提供一种有效的途径（具体参见Lock E H,Baraket M,Laskoski M,et al.High-quality uniform dry transfer of graphene to polymers[J].Nano letters,2011,12(1):102-107.）；Yoon等人采用机械剥离法，利用环氧树脂与石墨烯之间强的作用力，将目标基底和石墨烯通过环氧粘接技术连接起来，利用一定的机械力可将石墨烯完整的从生长底上剥离下来，且不会对生长基底进行破坏，从而实现无破坏性的转移（具体参见Yoon T,Shin W C,Kim T Y,et al.Direct measurement of adhesion energy of monolayer graphene as-grown on copper and its application to renewable transfer process[J].Nano letters,2012,12(3):1448-1452.）。

其中，“基底腐蚀法”是最广泛采用的一种转移方法，此法中由于使用了转移介质，虽然确保了转移的稳定性，但同时也增加了过程的复杂程度。更主要的是，该方法是以牺牲生长基底为前提，代价高，不利于量化生产和应用，，并且在保证大面积石墨烯的结构完整性、无污染等方面仍有不足。另外,对于精密微电子领域，需要使用贵金属单晶基底（如Pt、Ru等）来生长大尺寸的单晶石墨烯薄膜。考虑到单晶基底昂贵的价格以及强抗腐蚀性，因此“基底腐蚀法”并不适用。在“非基底腐蚀法”中：电化学转移法将界面电化学反应过程引入到石墨烯转移中，这种方法具有高效性、低耗、可回收金属基底等优点，但是由于其支撑层是由聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）旋涂得到，PMMA支撑层非常薄，在转移的过程中容易破损和褶皱，不能进行大面积的转移，并且在使用电化学剥离石墨烯薄膜的过程，不可避免的会有一些残余金属附着在石墨烯薄膜的表面，此外PMMA在去除的过程中容易残胶，影响石墨烯薄膜的光学和导电性能；而干法转移和机械剥离法则是利用一种合适的粘结剂，将生长有石墨烯的金属基底与目标基底贴合在一起，然后利用石墨烯与粘结剂之间的粘附力大与石墨烯与铜箔之间的附着力将石墨烯转移到目标基底，但是这种方式转移的石墨烯薄膜容易破损且由于粘结剂的引力，会导致石墨烯薄膜的导电性能和透光性能下降。如何高效、低耗、在不牺牲金属基底，保持石墨烯薄膜自身优异性能的情况下，将大面积的石墨烯薄膜转移到目标基底，是目前急需解决的问题。

发明内容

本申请克服现有技术中基底腐蚀法代价高、电化学转移法会有残余金属附着在石墨烯薄膜的表面的不足，提供一种大面积无损转移石墨烯薄膜的方法。

一种大面积无损转移石墨烯薄膜的方法，步骤如下：

（1）将生长有石墨烯薄膜的金属基底两面都与转移介质对准贴合，再使用辊压机进行辊压，得到转移介质/石墨烯薄膜/金属基底/石墨烯薄膜/转移介质层状材料；

（2）将步骤（1）得到的层状材料作为负极，将铂电极作为正极，插入装有电解槽中，通以直流电压，待转移介质/石墨烯薄膜完全从金属基底剥离后，将转移介质/石墨烯薄膜放入腐蚀液中刻蚀石墨烯薄膜表面残余金属，然后用蒸馏水漂洗三次、并吹干；