[发明专利]一种大面积石墨烯的转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的转移方法，尤其涉及将大面积石墨烯薄膜简单、无损伤、经济的从金属基底表面转移至目标基底表面的方法，属于新型材料和半导体制备工艺技术领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由单层碳原子排列呈六角形网状结构的碳质新型薄膜材料。单层石墨烯中的电子与空穴(Hole)载流子迁移率有望在室温下最大达到硅(Si)的100倍即20万cm²/Vs，可耐受1亿～2亿A/cm²的电流密度，这是铜耐受量的100倍左右。同时单层的石墨烯有着高达97.7％的光透过率，这不仅是针对可见光，还包括大部分红外线。因此，对于希望利用红外线来发电的太阳能电池而言，石墨烯有望成为划时代的透明导电膜。与不适于弯曲的ITO相比，还具备柔性较高的优势。石墨烯作为目前普遍使用的ITO的替代材料，用于触摸面板、柔性液晶面板、太阳能电池及有机EL照明等备受人们的期待。另外，利用石墨烯的高载流子迁移率及高迁移速度可以制作THz频率的晶体管；利用石墨烯的饱和吸收性质可以制作飞秒激光器。

能够制备出大面积、低成本的石墨烯薄膜是实现石墨烯潜在应用的前提条件。化学气相沉积(CVD)法是制备大面积石墨烯薄膜最有效的方法，其工艺简单、成本低廉。由于CVD法制备的石墨烯薄膜通常选用金属基底，而将石墨烯制作成各种器件则需要不同基底的石墨烯。因此，将石墨烯薄膜大面积，无损伤的转移到目标基片上是实现石墨烯应用的关键一环。目前，将石墨烯薄膜转移到目标基底上，有以下两种方法：

方法1

利用有机胶PMMA转移金属基底的石墨烯(Reina A，Jia X T，Ho J，et al Large area，few-layer graphene films on arbitrary substrates by chemical vapor deposition[J].Nano Letters，2009，9(1)：30-35.)。利用此方法操作步骤繁杂并且容易出现有机胶残留而造成对石墨烯的污染。另外，这种方法由于涂胶均匀性的限制和繁杂的去胶步骤使这种方法不能用于大面积石墨烯的转移。

方法2

利用热释放胶带作为媒介，先在金属基底石墨烯粘上一层热释放胶带，用腐蚀液腐蚀掉金属后，将粘有石墨烯的胶带附在目标基底上，通过加热使胶带失去粘性，从而将石墨烯转移到目标基底上。(Bae S，Kim H，Lee Y，et al Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes[J].NatureNanotechnology，2010，5(8)：574-578.)这种方法虽然能够实现石墨烯的大面积的转移，但是反复的转移不可避免将引入胶的污染，并且要完全腐蚀掉金属基底才能实现石墨烯的转移。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种大面积石墨烯的转移方法，该方法简单、高效、经济，能够将石墨烯薄膜清洁、大面积的转移到目标基底上，所转移的石墨烯薄膜能够保持完整的结构特征。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大面积石墨烯的转移方法，包括步骤如下：

(1)对金属基底上的石墨烯薄膜喷涂金属的腐蚀溶液或是将金属基底及石墨烯薄膜蘸取少量金属的腐蚀溶液；

(2)然后将金属基底及石墨烯薄膜放入去离子水中浸泡，洗去残余的腐蚀溶液；

(3)将金属基底及石墨烯薄膜浸入水中，使与石墨烯薄膜接触的一侧有一定厚度的水，放入冷冻室使水全部结冰；

(4)将与石墨烯薄膜接触的一侧的冰分离，得到石墨烯冰层；

(5)将石墨烯冰层放在目标基底上，冰融化后就实现了石墨烯的转移。

重复上述步骤可以得到目标基底上的多层的石墨烯薄膜。

上述步骤中所述的金属基底为能用化学气相沉积方法催化生长石墨烯的金属，可以是金、银、铜、锌、铁、钴、镍。优选铜箔、镍箔、铜膜、镍膜，在金属基底上制备石墨烯薄膜是采用的现有技术。

所述的金属的腐蚀溶液为FeCl₃溶液、Fe(NO₃)₃溶液或其他能够腐蚀所用金属基底的溶液，溶液浓度范围为0.1-2mol/L，喷涂或蘸取的腐蚀溶液的量覆盖石墨烯薄膜的表面即可。采用腐蚀溶液处理的目的是弱化金属与石墨烯之间的力，喷涂或蘸取的腐蚀液的量覆盖石墨烯的表面即可，不宜过多，过多则容易损坏石墨烯薄膜。