一種提高石墨烯表面潔凈度的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種提高石墨烯表面潔凈度的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，其特征在于包括先在金屬襯底和石墨烯的結(jié)合體上沉積一層金屬，在金屬上表面涂一層有機(jī)膠體，然后放到腐蝕液中，得到有機(jī)膠體、金屬層和石墨烯層的結(jié)合體，再將三者的結(jié)合體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上并去除有機(jī)膠體，將得到的金屬和石墨烯的結(jié)合體再次放到腐蝕液中，待金屬層被去除，即得到轉(zhuǎn)移好的石墨烯。與傳統(tǒng)的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移方法相比，本方法在旋涂有機(jī)膠體之前在石墨烯表面沉積一層金屬，阻擋石墨烯和有機(jī)膠體的直接接觸，有效地避免了轉(zhuǎn)移后有機(jī)膠體在石墨烯表面的殘留。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及。屬于石墨烯轉(zhuǎn)移
。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，由于產(chǎn)量高，生長(zhǎng)面積大等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)在金屬催化襯底上生長(zhǎng)石墨烯的研究發(fā)展迅速，不管在Cu還是在Ni催化襯底上生長(zhǎng)的石墨烯都需要轉(zhuǎn)移到絕緣襯底上才能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步應(yīng)用。目前普遍采用的轉(zhuǎn)移方法為濕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，這種方法的優(yōu)勢(shì)是能夠轉(zhuǎn)移大面積完整的石墨烯，具體的操作是在石墨烯上表面旋涂一層有機(jī)膠體支撐層，當(dāng)金屬催化襯底被腐蝕掉后，避免了石墨烯晶籌的分裂。但是，由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，有機(jī)膠層在去除的過(guò)程中會(huì)有少量殘留，這會(huì)在石墨烯表面引入表面態(tài)，影響石墨烯材料的性質(zhì)。Ryu等人(Ryu, J ；Kim, Y ；ffon, D ；Kim, N ；Park, JS ；Lee, EK ；Cho, D ；Cho, SP ；Kim, SJ ；Ryu, GH.ACS Nano, 2014，8 (I)，pp950 - 956)采用的干法轉(zhuǎn)移技術(shù)是目前轉(zhuǎn)移大面積石墨烯應(yīng)用較多的卷到卷轉(zhuǎn)移方法，雖然這種方法避免了旋涂有機(jī)膠體，一定程度上解決了有機(jī)膠體殘留的問(wèn)題，但是這種方法只能實(shí)現(xiàn)將石墨烯轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，并不適合剛性襯底的轉(zhuǎn)移。本專利技術(shù)擬采用的沉積薄層金屬的轉(zhuǎn)移工藝既解決了有機(jī)膠體殘留的問(wèn)題，也不需要限定轉(zhuǎn)移目標(biāo)襯底的種類。從而引導(dǎo)出本專利技術(shù)的構(gòu)思，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種提高石墨烯表面潔凈度的濕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)膠體殘留在石墨烯表面引入表面態(tài)的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種提高石墨烯表面潔凈度的濕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，所述方法至少包含以下幾個(gè)步驟:(I)先在金屬催化襯底和石墨烯的結(jié)合體上沉積一層金屬，然后再在金屬上表面涂一層有機(jī)膠體，然后將形成的有機(jī)膠體/表面沉積金屬層/石墨烯/金屬催化襯底放到腐蝕液中，有機(jī)膠體面向上，待金屬催化襯底完全腐蝕掉后，將得到有機(jī)膠體、表面沉積金屬和石墨烯的結(jié)合體，再通過(guò)轉(zhuǎn)移工藝將三者的結(jié)合體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上并去除有機(jī)膠體；(2)將得到的金屬和石墨烯的結(jié)合體再次放到腐蝕液中，待表面沉積金屬被去除，即得到轉(zhuǎn)移好的石墨烯。步驟(1)中所述的石墨烯為連續(xù)膜或單晶。步驟(1)中所述的沉積的金屬厚度為1nm-1OOOnm,所沉積的金屬為Al、Zn、Fe、Co、N1、Mo或Cu中的一種或幾種金屬的合金。理論上這7種金屬或其合金均可，但優(yōu)先推薦Al膜厚度為30-100nm，更進(jìn)一步特征為30nm。步驟I中所述的有機(jī)膠體為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其厚度為100-500nm，優(yōu)先推薦厚度為150_250nm。所述步驟(1) (2)中腐蝕沉積金屬的腐蝕液為HNO3> H2SO4' HC1、CuSO4' FeCl3'Fe (NO3) 3 或(NH4) 2S208 中的一種。更進(jìn)一步特征在于:①步驟(1)或(2)腐蝕液為不同種腐蝕液或同種腐蝕液。②腐蝕時(shí)結(jié)合體中有機(jī)膠體面向上，待金屬催化襯底完全腐蝕后，再將有機(jī)膠體/表面沉積金屬層/石墨烯的結(jié)合體轉(zhuǎn)移到Si/Si02目標(biāo)襯底上。③有機(jī)膠體PMMA的除去工藝師將PMMA/表面沉積金屬層/石墨烯/Si/Si02結(jié)合體浸沒(méi)到40-70°C丙酮溶液中1-3小時(shí)。④表面沉積金屬層厚度為30_100nm。⑤有機(jī)膠體PMMA的厚度為200nm。⑥所述的結(jié)合體浸沒(méi)的丙酮溶液溫度為50°C，時(shí)間為2小時(shí)。所述步驟(1) (2)中通過(guò)腐蝕液腐蝕金屬來(lái)分離石墨烯和金屬也可以通過(guò)電化學(xué)鼓泡(Libo Gao, Wencai Ren, Huilong Xu, Li Jin, Zhenxing Wang, Teng Ma, La1-PengMa, Zhiyong Zhang, Qiang Fu, Lian-Mao Peng, Xinhe Bao&Hui—Ming Cheng.Naturecommun1-cat1ns | 3:699 | DO1: 10.1038/ncommsl702)轉(zhuǎn)移法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)移法對(duì)金屬襯底無(wú)破壞作用。本專利技術(shù)提供，通過(guò)在石墨烯和有機(jī)膠體之間沉積一層金屬，阻擋了石墨烯和有機(jī)膠體的直接接觸，有效地避免了有機(jī)膠體在石墨烯表面的殘留引入表面態(tài)的問(wèn)題，從而顯著提高了石墨烯表面的潔凈程度。【附圖說(shuō)明】圖1為本專利技術(shù)所述工藝過(guò)程的示意圖；(a)催化襯底上生長(zhǎng)石墨烯膜；(b)在石墨烯表面沉積金屬膜，并在金屬膜上沉積有機(jī)膠體；(C)PMMA/表面沉積金屬層/石墨烯結(jié)合體轉(zhuǎn)移到Si/Si02襯底上；(d)PMMA去除；(e)表面沉積金屬層去除。圖2為連續(xù)石墨烯樣品轉(zhuǎn)移后的光學(xué)顯微鏡照片(a)無(wú)金屬沉積層，(b)有金屬沉積層。箭頭①②為殘留的PMMA,箭頭③為雙層石墨稀，箭頭④為多層石墨稀，標(biāo)尺為20 μ m。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本專利技術(shù)作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例一(I)先在Cu催化襯底上生長(zhǎng)的連續(xù)石墨烯膜(圖1 (a))表面沉積一層金屬膜，所述的金屬膜為Al、Zn、Fe、Co、N1、Mo或Cu中的一種或二種、三種乃至7種的合金,金屬層厚度為lO-lOOOnm，優(yōu)先推薦Al膜厚度為30_100nm ;然后優(yōu)先推薦的表面沉積金屬Al膜層100-500nm厚度的PMMA層，優(yōu)先推薦厚度為150_250nm ;在Al膜上表面旋涂一層200nm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(如圖1(b)所示)；(2)將PMMA/A1/石墨烯/Cu樣品放到FeCl3腐蝕液液面上，PMMA面向上，待Cu完全腐蝕掉后，將PMMA/A1/石墨烯結(jié)合體轉(zhuǎn)移到Si/Si02目標(biāo)襯底上(如圖1(c)所示)；(3)接著將PMMA/A1/石墨烯/Si/Si02結(jié)合體浸沒(méi)到40_70°C丙酮溶液中1_3小時(shí)，以去除PMMA(如圖1(d)所示)；優(yōu)先推薦的丙酮溶液溫度為50°C ；(4)最后，將Al/石墨烯/Si/Si02結(jié)合體浸沒(méi)到HNO3saFeCl3溶液中以去除表面沉積的金屬Al，即得到轉(zhuǎn)移好的連續(xù)石墨烯膜(如圖1 (e)所示)。圖2為連續(xù)石墨烯烴本專利技術(shù)所述濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移之后的光學(xué)顯微照片，在有表面金屬沉積層后(b)照片中僅有多層石墨烯存在而無(wú)殘留的有機(jī)膠體PMMA存在，有效地避免了轉(zhuǎn)移后在石墨烯表面有機(jī)膠體的殘留。實(shí)施例二(I)先在Ni催化襯底上生長(zhǎng)的連續(xù)石墨烯膜表面沉積一層30nm厚的Al膜；再在Al膜上表面旋涂一層200nm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(2)再將PMMA/A1/石墨烯/Cu樣品放到FeCl3腐蝕液液面上，PMMA面朝上，待Cu完全腐蝕掉后，將PMMA/A1/石墨烯樣品轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底Si/Si02襯底上；(3)將PMMA/A1/石墨烯/Si/Si02樣品浸沒(méi)到50°C丙酮溶液中2小時(shí)，以去除PMMA ；(4)最后將Al/石墨烯 /Si/Si02樣品浸沒(méi)到HNO3或FeCl3溶液中去除金屬Al，即得到轉(zhuǎn)移好的連續(xù)石墨烯膜。結(jié)果如圖2(b)所示。實(shí)施例三(I)在Cu催化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種提高石墨烯表面潔凈度的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，包括：(1)先在金屬催化襯底和石墨烯的結(jié)合體上沉積一層金屬，在沉積金屬層的上表面涂一層PMMA有機(jī)膠體，然后將所形成的有機(jī)膠體/表面沉積金屬層/石墨烯/金屬催化襯底結(jié)合體放到腐蝕液中，金屬催化襯底完全腐蝕后得到有機(jī)膠體、表面沉積金屬層和石墨烯的結(jié)合體，再將三者的結(jié)合體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上并去除有機(jī)膠體；(2)將得到的金屬和石墨烯的結(jié)合體再次放到腐蝕液中，待表面沉積金屬層被去除，即得到轉(zhuǎn)移好的石墨烯。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種提高石墨烯表面潔凈度的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，包括: (1)先在金屬催化襯底和石墨烯的結(jié)合體上沉積一層金屬，在沉積金屬層的上表面涂一層PMMA有機(jī)膠體，然后將所形成的有機(jī)膠體/表面沉積金屬層/石墨烯/金屬催化襯底結(jié)合體放到腐蝕液中，金屬催化襯底完全腐蝕后得到有機(jī)膠體、表面沉積金屬層和石墨烯的結(jié)合體，再將三者的結(jié)合體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上并去除有機(jī)膠體； (2)將得到的金屬和石墨烯的結(jié)合體再次放到腐蝕液中，待表面沉積金屬層被去除，即得到轉(zhuǎn)移好的石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，其特征在于所述步驟(1)中的石墨烯為連續(xù)膜或單晶。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，其特征在于所述步驟(1)中沉積的金屬厚度為1nm-1OOOnm,所沉積的金屬為Al、Zn、Fe、Co、N1、Mo、Cu中的一種或幾種金屬的合金；目標(biāo)襯底為Si/Si02。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，其特征在于所述步驟(1)或(2)中腐蝕金屬所述的腐蝕液為 HN03、H2S04、HCl、CuS04、FeCl3、Fe(N03)3 或(NH4)2S2O8 中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的濕法腐蝕化學(xué)轉(zhuǎn)移法，其特征在于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳志鎣，于廣輝，張燕輝，隋妍萍，張浩然，張亞欠，湯春苗，朱博，李曉良，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31