[发明专利]石墨烯转移方法

说明书

本专利申请提供了一种用于将石墨烯层直接转移至基材并且将石墨烯层转移至任意目标基材的方法及其产物。

相关申请的交叉引用

本申请宣称于2017年7月10日提交的美国临时申请62/530,292和于2017年12月18日提交的美国临时申请62/708,614的权益，这两项临时申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及一种用于将石墨烯转移至基材，诸如聚合物基材或任意基材，的转移方法。更具体地，本文提供了一种在聚合物基材上制造一层或多层石墨烯层的方法，该方法利用了石墨烯层和聚合物基材之间的范德华相互作用，从而能够将石墨烯层直接转移到聚合物基材上而不需要使用中间转移基材，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。还提供了一种利用石油中间转移层将一层或多层石墨烯转移到任意目标基材上的改进方法。

背景技术

自从2004年开发了用于制备单层石墨烯的机械剥离方法以来，大量研究集中在如何开发制备高质量大面积石墨烯。在这些方法中，化学气相沉积(CVD)已成为制备高质量石墨烯的最有前途和最常用的方法。

通过CVD制备的石墨烯，通常在诸如铂，钴，镍或铜的金属基材上产生。在许多情况下，然后必须将石墨烯从金属基材上转移或除去，以进行进一步处理和/或使用。已经开发出许多方法来完成此任务，包括使用临时的中间转移基材，例如PMMA或热敏胶带

诸如PMMA和热胶带之类的常规中间转移基材的缺点是，在去除了中间转移基材后，残留物对石墨烯层造成了化学污染。这种污染会干扰转移的石墨烯层的性能，不含PMMA残留物的清洁石墨烯的制备一直是极富挑战性的。

已经开发出其他方法来避免或最小化PMMA介导的转移的负面影响：用其他有机涂层(聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚碳酸酯(PC)等)或支撑层和胶带代替PMMA，在蚀刻过程中将基材放置在石墨烯/铜下方，或通过粘合剂层剥离石墨烯。不幸的是，这些方法太复杂和/或引入了难以去除的附加化学污染物。至少由于上述原因，仍然需要一种清洁且简便的方法来将石墨烯转移至聚合物基材或任意基材。

石墨烯转移方法通常限于将石墨烯转移到具有基本平坦表面的基材上。如果将石墨烯转移到的基材基本上不是平面的(例如，具有粗糙，不规则或非平面的表面)，则所得的转移的石墨烯层可能会出现表面缺陷和/或不能令人满意地覆盖基材的表面。基材的这种缺陷和/或不令人满意的覆盖会负面影响转移的石墨烯的性能和/或特性

因此，存在将石墨烯转移到具有非平坦和/或粗糙表面的任意目标基材的改进方法的需要。

发明内容

本公开至少克服了前述缺点中的一些缺点，其提供了用于将石墨烯层直接转移到聚合物基材上的简化方法，该方法不需要使用中间转移基材并且因此消除或至少减少了转移过程中石墨烯的污染。本文还提供了一种利用凡士林中间转移层将一层或多层石墨烯转移到具有非平面和/或粗糙表面的任意基材上的改进方法。

第一方面是一种用将石墨烯层转移到聚合物基材上的方法，该方法包括：在基材上提供石墨烯层；使石墨烯层与聚合物基材接触，从而形成夹层结构；将溶剂施加到夹层结构上；从夹层结构中去除溶剂；和去除基材

在第一方面的第一实施方式中，本文提供了第一方面的方法，其中从夹层结构中去除溶剂的步骤诱导在石墨烯和聚合物基材之间形成范德华相互作用，所述范德华相互作用具有将石墨烯粘附到聚合物基材上的足够力量

在第一方面的第二实施方案中，本文提供了第一方面的方法，其中所述石墨烯和所述聚合物基材间隔约0.6至约1nm的平均距离。

在第一方面的第三实施方案中，本文提供了第一方面的方法，其中基材包括铂，钴，镍或铜。

在第一方面的第四实施方案中，本文提供了第一方面的方法，其中将溶剂施加到夹层结构的步骤包括将溶剂施加到所述聚合物基材的表面。