[发明专利]一种卷对卷式的薄膜脱附方法、卷曲薄膜及其应用

说明书

本发明涉及一种卷对卷式的薄膜脱附方法、卷曲薄膜及其应用，在铜箔上的石墨烯衬底上沉积具有预应力梯度的双层或多层纳米薄膜，然后使铜箔石墨烯通过滚轴弯曲，使得薄膜脱附并卷曲，形成相应材料的纳米卷曲薄膜。可以通过超声使纳米管快速从衬底剥离并落入收集装置中，并通过收卷装置回收铜箔石墨烯。该制备方法工艺简单，操作便捷，无液体污染，薄膜卷曲方向可控，适用于批量地脱附多种材料的薄膜并加工为卷曲薄膜，并且能够快速回收铜箔石墨烯衬底。

技术领域

本发明属于纳米薄膜材料技术领域，涉及一种卷对卷式的薄膜脱附方法、卷曲薄膜及其应用。

背景技术

薄膜类材料由于具有高表面-体积比，较好的柔性、可弯曲特性以及区别于体材料的特殊的光电定能，被广泛运用于各领域的器件加工工艺中，如光电探测、柔性电子、微型机器人、光学微腔、生物传感与组织工程等等。由于薄膜的生长通常基于基底之上，为了将生长衬底上的薄膜进一步加工成具有应用价值的器件，需要实现薄膜从基底上的脱附与向三维结构的转化。因此，薄膜脱附的技术成为了加工过程中的关键工艺环节。过去的加工工艺中往往采用插入牺牲层的方式，通过选择性刻蚀去除牺牲层、保留薄膜从而使之释放(Mei,Y.et al.Adv.Mater.20,4085–4090(2008))。然而，无机物牺牲层适用的材料体系较少，而聚合物牺牲层又存在不能承受高温沉积过程的问题，且湿法蚀刻过程会影响沉积薄膜的质量。近年来，有文献提出了一种使在基底和薄膜间插入一层前置层，使薄膜与衬底间形成弱范德华接触的方法(Xu,B.et al.Nat.Commun.10,5019(2019).)。在基底上淀积前置层，再淀积具有预应变梯度的薄膜，然后通过液体插层破坏范德华接触，从而破坏黏附力与薄膜应变梯度间的平衡，从而促使薄膜从基底剥离。然而，这种策略需要某些材料对来创造弱的范德瓦尔斯键，这就限制了可以释放的薄膜种类，而且依然存在一定的液体污染问题。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种卷对卷式的薄膜脱附方法、卷曲薄膜及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种卷对卷式的薄膜脱附方法，包括以下步骤：

(1)以石墨烯铜箔作为基底，在基底上覆盖预设形状的掩模板，接着在基底上顺序沉积纳米薄膜；

(2)去除掩模板，将沉积纳米薄膜的基底输送至滚轴处，并贴合滚轴圆形表面继续行进，此时，基底上的纳米薄膜脱附并弯曲成管状结构的卷曲薄膜；

(3)继续对基底进行超声振动，使得卷曲薄膜掉落并收集，分离卷曲薄膜的基底则回收。

纳米薄膜是沉积到基底表面。掩模版是中心具有特定形状孔洞阵列的薄金属板，覆盖在基底上，当薄膜沉积时会生长在露出的基底以及掩模版上。去除掩模版后，就只剩下有掩模版孔洞形状的、基底上的纳米薄膜。掩模版孔洞的形状定义了纳米薄膜的形状(此处掩模版的设置及其去除均是本领域常规技术)。

进一步的，所述的纳米薄膜采用电子束蒸发或磁控溅射镀膜的方式沉积在基底上。

进一步的，所述的纳米薄膜为双层或更多层。

更进一步的，每层纳米薄膜的厚度为5～150nm。

进一步的，所述的纳米薄膜为无机薄膜，其材质为金属、半导体和/或氧化物。

进一步的，所述的滚轴的曲率半径为0.2～8cm。

进一步的，超声振动的频率为20～100Hz。

进一步的，所述的石墨烯铜箔由铜箔、以及在铜箔上CVD生长的单层或多层石墨烯构成。