[发明专利]一种基于方华膜无损转移二维材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于方华膜(聚乙烯醇缩甲醛)转移二维材料的方法。将不同基底上的二维材料，通过方华膜无损转移到目标基底或TEM支撑网上。本发明是利用方华膜与二维材料的结合力大于二维材料与基底的结合力，同时具有好的机械强度，从而有效实现方华膜辅助二维材料从基底无损、大面积地转移至目标基底上。本发明可实现二维材料的大面积无损转移，采用溶剂辅助方法，无需刻蚀基底，转移过程温和，尤其适用于二维敏感材料的无损转移。该方法具有普适性，可用于低维纳米材料的转移，及二维材料TEM样品制备。

技术领域

本发明涉及二维材料转移技术领域，具体涉及一种无损转移二维材料的方法。

背景技术

以石墨烯、过渡金属硫属化合物为代表的二维材料大家族具有独特的结构和丰富的性能，在电子、光子、催化和储能等领域具有广泛的应用前景。其中二维敏感材料由于其独特的物理特性推动了二维材料的发展，比如黑磷独特的电子和光学特性使其在光电器件和生物医学领域具有广泛应用前景，且外尔半金属二碲化钨既是拓扑绝缘体也是铁电材料，还有磁性材料三碘化铬的发现对新型磁光磁电器件应用具有重大意义。然而二维敏感材料在大气环境中极其不稳定，研究显示黑磷暴露在室温空气环境中3-5天就发生降解，而二碲化钨在大气环境室温下十几分钟内就降解，严重限制了对其丰富性能的研究以及进一步的应用探索。

开展二维材料丰富研究与应用需要实现不同基底间高效率、高质量的二维材料转移，因而转移技术至关重要。目前的转移方法分为刻蚀转移和非刻蚀转移，其中，刻蚀转移的基本步骤包括：(1)在有二维材料的基底上旋涂聚合物，待其固化形成支撑和保护层；(2)以特定溶液刻蚀基底，使二维材料脱离原始基底，通过目标基底“捞取”溶液中被聚合物支撑的二维材料，将其转移到目标基底；(3)溶解掉支撑层，经去离子水反复漂洗腐蚀液，烘干即可实现二维材料的转移。目前常用的聚合物有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)等。缺点是：(1)强酸强碱等刻蚀剂会降低二维材料的质量，可能与二维材料反应或促进材料降解，同时对二维材料引入掺杂，不适用二维敏感材料；(2)聚合物污染，增加载流子散射。残留的聚合物也会增大二维材料与电极间接触电阻，影响器件性能。

无刻蚀转移利用材料与基底的吸附力大于其与中间媒介物的吸附力来实现转移，主要是聚二甲基硅氧烷(PDMS)干法转移等。PDMS干法转移步骤：(1)机械剥离二维材料于载玻片上的PDMS上，固定在转移支架上；(2)将目标基底固定在样品台上，将顶部PMDS上选择的材料位置精确对准底部目标位置；(3)将支架缓慢落下，PDMS上的样品与目标基底接触；(4)然后将PDMS与载玻片缓慢提起，二维材料从PDMS中释放，附着在目标位置上，转移完成。缺点是：(1)微机械平台不适于大面积连续薄膜的转移；(2)不适用大部分化学气相沉积法生长的材料，不适用于基底和二维材料结合力强的样品，有一定局限性。

综上，目前常用的转移方法存在聚合物污染、刻蚀基底会降低材料转移后的质量等问题，因而亟需发展新的二维材料转移技术。尤其二维敏感材料在大气环境中不稳定，目前的转移方法无法实现二维敏感材料的大面积无损转移，所以实现二维敏感材料的大面积无损转移对其科学研究及应用具有重要意义。同时二维材料TEM样品制备也需要洁净转移技术。目前传统制备方法操作复杂费时，成功率低，聚合物污染等问题，并存在敏感材料TEM样品制备难题，所以二维材料TEM样品制备也是亟需攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于方华膜的大面积无损转移二维材料的方法，解决目前传统转移方法无法实现二维材料大面积无损转移的问题，同时提供了一种灵活快速高效制备二维材料TEM样品的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于方华膜无损转移二维材料的方法，将在不同基底上制备得到的二维材料，通过方华膜无损转移到目标基底或TEM支撑网上，所述方华膜是由聚乙烯醇缩甲醛形成。本发明是利用方华膜与二维材料的结合力大于二维材料与基底的结合力，同时具有好的机械强度，通过无水溶剂辅助分离方华膜/二维材料与基底，从而有效实现方华膜辅助二维材料从基底无损、大面积的转移至目标基底上。