[发明专利]一种基于醇类溶剂剥离聚合物支撑材料的石墨烯转移方法

说明书

本发明提供了一种基于醇类溶剂剥离聚合物支撑材料的石墨烯转移方法。该方法包括：在金属基底的石墨烯表面上旋涂PVP‑co‑PMMA高分子溶液，加热固化形成一层PVP‑co‑PMMA薄膜；接着旋涂PMMA高分子溶液，加热固化形成一层PMMA薄膜；去除金属基底，得到PMMA/PVP‑co‑PMMA/石墨烯；水洗后与目标基底粘连，得到PMMA/PVP‑co‑PMMA/石墨烯/目标基底；醇类溶剂中浸泡溶解PVP‑co‑PMMA薄膜，PMMA薄膜脱落，完成石墨烯的转移。该方法能够将石墨烯转移到会被丙酮破坏的特殊材料上，弥补了聚合物材料支撑石墨烯转移的缺陷；且不会残余PMMA，提高了石墨烯的转移效率和应用效率。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种于醇类溶剂剥离聚合物支撑材料的石墨烯转移方法。

背景技术

自2004年单层石墨烯首次被机械剥离的方法得到之后，石墨烯因其良好的电学、光学、热学以及力学性能得到全球广泛科学家的关注和研究。机械剥离法、SiC外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积法是石墨烯主要的制备方法，其中化学气相沉积法(CVD)因其制备方法简单、操作性较强等优点，能制备出较大面积、高质量、不同性能的单层/多层石墨烯，是当前的主流方法。

CVD的方法中，采用甲烷作为主要气源，将单层/多层石墨烯生长在铜或者镍上。然而不同的应用领域需要将石墨烯转移到不同的基底或者器件上，因此，如何将石墨烯完整地转移到目标基底上是非常重要的。现有技术中，转移石墨烯的方法主要分为三大类：一、聚合物支撑石墨烯转移，采用聚合物作为石墨烯的保护和支撑材料，譬如PMMA和PDMS等；二、非聚合物支撑石墨烯转移，采用金属或非聚合物来做支撑材料以转移石墨烯；三、无支撑材料转移石墨烯，即转移过程中不使用任何支撑材料。PMMA因其柔韧性很好，不溶于水，100纳米厚的薄膜就足以支撑石墨烯，因此被广泛应用于石墨烯的转移。该转移方法也比较简单，将PMMA旋涂在石墨烯/铜箔上，待PMMA热固化之后，在铜腐蚀液里腐蚀掉所有的铜之后，将PMMA/石墨烯薄膜转移到目标基底或者器件上，待石墨烯完全黏附在基底或者器件上之后，采用丙酮或者与其相似的溶剂来去掉PMMA。但是该方法并不能完全去掉PMMA，往往残余很多PMMA，并且造成石墨烯的破损。虽然有方法能减少PMMA的残余，譬如高温退火处理等，但该方法会造成石墨烯的缺陷。此外，采用丙酮等溶剂来去除PMMA会大大局限石墨烯所能应用的领域，譬如不能将石墨烯转移到一些会被丙酮破坏溶解的有机半导体和电光材料上，而这些新型材料结合石墨烯能发挥更大的性能。

因此，亟待寻求一种不伤害目标基底且能去掉石墨烯支撑材料，并保证石墨烯的完整性和表面洁净的方法。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于醇类溶剂剥离聚合物支撑材料的石墨烯转移方法，该方法采用双层聚合物支撑石墨烯转移，且能够使用醇类溶剂去掉支撑聚合物，实现石墨烯高效地转移到更多特殊材料上。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明提供一种石墨烯的转移方法，其包括以下步骤：

在金属基底的石墨烯表面上旋涂PVP-co-PMMA高分子溶液，然后加热固化形成一层PVP-co-PMMA薄膜；接着在PVP-co-PMMA薄膜的表面上旋涂PMMA高分子溶液，然后加热形成一层PMMA薄膜，得到PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯/金属基底；

去除PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯/金属基底中的金属基底，得到PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯；

将PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯水洗后转移到目标基底上，待水分蒸发后，实现石墨烯与目标基底的紧密粘连，得到PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯/目标基底；

将PMMA/PVP-co-PMMA/石墨烯/目标基底置于醇类溶剂中浸泡溶解PVP-co-PMMA薄膜，进而PMMA薄膜脱落，完成石墨烯的转移。