[发明专利]一种石墨烯薄膜卷材的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，特别是涉及一种石墨烯薄膜卷材的制备方法，以及用于制备单层连续石墨烯薄膜卷材的装置；实现了石墨烯从片材状的生长基底向卷材状的目标基底快速低成本的无缝转移。

背景技术

石墨烯是碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂巢状结构，仅一个原子层厚的二维晶体。虽然单层石墨烯是2004年才首次在实验上由机械剥离石墨获得，但由于其独特的性质激发了无数科研工作者的研究兴趣，并在过去的短短几年里得到了广泛的研究。石墨烯具有优异的力、热、光、电等性质，几乎是完全透明，在全波段仅有2.3％的吸光率；导热系统高达5300W/m·K，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，而电阻率只约10^-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料。而Andre Geim和Konstantin Novoselov也因其在石墨烯方面的开创性工作而获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯不仅适合基础物理研究，在显示、能源、探测、光电子等领域具有广阔的应用前景，如分子探测器、热导/热界面材料、场发射源、超级电容器、太阳能电池、石墨稀锂电池及集成电路、透明导电电极等。石墨烯的应用研究具有极大的市场前景，将给众多研究领域带来革命性的转变。

但目前大面积高质量的单层石墨烯只能通过化学气相沉积(CVD)法在铜或镍等金属催化基底上生长，需要进一步转移到其他目标基底上才能使用，且受CVD设备和工艺限制，现有的CVD法获得的石墨烯薄膜都是尺寸较小的片状结构，不利于后续生产过程中的操作和存放。

此外，现有方法中，在石墨烯转移过程中只转移生长有石墨烯的铜箔薄片一侧的石墨烯，生长有石墨烯的铜箔薄片利用率仅有一半，生产效率低，成本高。如果在转移石墨烯的过程中利用到粘结剂，就会在石墨烯转移中引入杂质，使石墨烯产品性能和兼容性降低，难以满足半导体等行业的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供石墨烯薄膜卷材的制备方法，以解决利用化学气相沉积法获得的石墨烯薄膜都是尺寸较小的片状结构，不利于后续生产过程中的操作和存放；在石墨烯转移过程中只转移生长有石墨烯的铜箔薄片一侧的石墨烯，生长有石墨烯的铜箔薄片利用率仅有一半，生产效率低成本高，以及使用粘结方式转移石墨烯会在石墨烯转移中引入杂质，降低石墨烯产品性能和兼容性的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种石墨烯薄膜卷材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，使生长有石墨烯的铜箔薄片依次相邻,相邻的铜箔薄片重叠0.1～1cm；通过静电发生器使第一柔性目标载体带负电荷；然后将带电的第一柔性目标载体与铜箔薄片的一侧压合；

步骤2，将导电胶粘结在相邻铜箔薄片的重叠处，将铜箔薄片连接起来；通过静电发生器使第二柔性目标载体带负电荷；然后将带电的第二柔性目标载体与铜箔薄片的另一面表面压合；

柔性目标载体卷起后形成卷材原料；卷材原料包括第一柔性目标载体层、第一石墨烯层、铜箔层、第二石墨烯层和第二柔性目标载体层；

步骤3，卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中卷材原料的石墨烯层与铜箔层分离形成卷材初级产品，所述卷材初级产品包括柔性目标载体层和石墨烯层；

步骤4，卷材初级产品经过后处理过程得到单层连续石墨烯薄膜卷材。

如上所述的石墨烯薄膜卷材的制备方法，优选地，步骤4中的后处理过程为：将卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干；展开卷材初级产品在石墨烯层的表面涂覆一层高分子导电保护膜，然后在高分子导电保护膜上铺设静电保护膜。

如上所述的石墨烯薄膜卷材的制备方法，优选地，步骤3，首先将卷材原料的第一柔性目标载体层、第一石墨烯层与铜箔层、第二石墨烯层、第二柔性目标载体层分离开；然后将第二柔性目标载体层、第二石墨烯层与铜箔层分离。

如上所述的石墨烯薄膜卷材的制备方法，优选地，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为5～500μm。

如上所述的石墨烯薄膜卷材的制备方法，优选地，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为25μm。

如上所述的石墨烯薄膜卷材的制备方法，优选地，所述柔性目标载体的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、硅树脂和聚四氟乙烯中的一种。