[发明专利]一种降低石墨烯方阻的掺杂转移方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电薄膜材料领域，尤其涉及一种降低石墨烯方阻的掺杂转移方法。

背景技术

石墨烯，英文名Graphene，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0.335nm，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知所有的导体和半导体都快，本征迁移率可达到2×10⁵cm²/(V·S)，这种优异的电学性质使其在高频电子器件中有着广阔的应用前景。为了实现其潜在应用，首要的就是解决CVD法生长的石墨烯在转移过程中容易出现缺损，导致转移后的石墨烯薄膜方阻偏高的问题。

当前解决转移后石墨烯薄膜方阻偏高的方法主要包括：一、通过多次转移的方法来填补一次转移石墨烯带来的缺损从而降低方阻，但是，转移的石墨烯层数较少将难以达到器件对于低方阻的需求，转移层数太多又会带来成本问题；二、通过对转移后的石墨烯进行化学掺杂降低方阻，这种方法虽然能有效地降低石墨烯的方阻，但是掺杂效果不稳定，如高温烘烤，或空气中静置时间过长等影响下，掺杂剂可能会发生团聚，分解，或与空气中的物质反应而使方阻严重衰减；三、通过生长可控多层石墨烯，减少转移过程中可能造成的缺损，并得到较低方阻的石墨烯，但是如何完美的实现可控多层生长石墨烯仍然是一个难题。

发明内容

为了解决CVD法生长的石墨烯在转移过程中容易出现缺损，导致转移后的石墨烯薄膜方阻偏高的问题，本发明提供了一种降低石墨烯方阻的掺杂转移方法。

本发明的技术方案如下：

一种降低石墨烯方阻的掺杂转移方法，包括以下步骤：

(1)将转移膜上的石墨烯薄膜进行清洗后烘烤；

(2)用掺杂试剂对烘烤之后的石墨烯薄膜进行掺杂；

(3)对掺杂之后的石墨烯薄膜进行预处理；

(4)将步骤(1)得到的未掺杂的或者步骤(3)得到的掺杂并预处理的石墨烯薄膜转移至目标衬底上，进行烘烤之后去除转移膜；

(5)重复步骤(1)～步骤(4)至少一次。

其进一步的技术方案为：所述步骤(1)中的刻蚀为湿法刻蚀，包括化学刻蚀和电化学刻蚀。

其进一步的技术方案为：所述步骤(1)中的转移膜包括基材和胶层两部分，所述基材包括聚乙烯、聚苯二甲酸乙二醇酯、定向聚丙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、和热释放胶带；所述胶层包括PU胶、硅胶或者亚克力胶。

其进一步的技术方案为：所述步骤(1)与步骤(4)中的烘烤温度为30℃～150℃，烘烤时间为1min～10h。

其进一步的技术方案为：所述步骤(2)中的掺杂试剂包括氯化铜、氯化钙、氯化金、氯化铁、氯化钠、氯化锌、氯化铝、双三氟甲烷磺酰亚胺极其衍生物、氯金酸、硝酸、氢氟酸、盐酸、硝基甲烷、无水乙醇、水中的一种或者至少两种的混合物。

其进一步的技术方案为：所述步骤(2)中的掺杂试剂的浓度为1mmol/L～1mol/L。

其进一步的技术方案为：所述步骤(2)中的掺杂方法包括旋涂、喷涂、喷雾、浸泡中的一种或者至少两种的组合；掺杂时间为10s～10min。

其进一步的技术方案为：所述步骤(3)中的预处理的方法包括烘烤、吹干、晾干、除尘、光照中的一种或者至少两种的组合。

其进一步的技术方案为：所述步骤(4)中的目标衬底包括柔性目标衬底或者硬质目标衬底；所述的柔性目标衬底包括聚苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚乙烯，所述的硬质目标衬底包括玻璃、亚克力板和硅片。

本发明的有益技术效果是：

本发明是采用先掺杂再转移，掺杂转移紧密结合的方法，使用不同的掺杂剂分别对刻蚀好的石墨烯薄膜进行掺杂或者是不掺杂，同时结合不同的排列组合方式用多次转移法来快速有效的降低石墨烯薄膜的方阻并减少甚至避免衰减。主要是采用了夹层结构将掺杂物质夹在衬底与石墨烯或者石墨烯与石墨烯之间，一是通过综合每一层不同的掺杂效果而实现整体方阻的迅速下降，二是因为转移后掺杂物质夹在内部，外部有石墨烯层覆盖，从而减少了掺杂物质与外界的接触，可以有效的减少甚至避免衰减。采用本方法只需转移两到三层，即可获得方阻较低的石墨烯薄膜，可以根据实际需要转移三层以上，获得方阻更加低的样品。本方法适用性强、成本低、快速有效，所得到的石墨烯表现出良好的完整性，导电性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的流程图。