[发明专利]一种石墨烯转移方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种无需有机物介入(包括有机薄膜和有机溶剂等)的石墨烯转移方法，涉及含石墨烯功能单元的新型器件制备领域。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子按六角蜂窝状排列构成的二维晶体。它具有狄拉克锥状能带结构、优异的电学和光学特性，已经成为物理、化学、生物以及材料科学领域的一个研究热点。采用微机械剥离法制备的石墨烯尺寸小，产量低，限制了其在器件方面的应用。近年来，人们采用化学气相沉积(CVD)法在Ni或Cu箔等催化薄膜上制备出大面积、高质量石墨烯。通过图章法可以将该石墨烯转移到目标衬底上，用于器件制备。迄今为止，人们已经制备出多种以石墨烯为基本功能单元的器件，包括场效应晶体管、太阳能电池、纳米发电机、传感器等。由于图章法转移石墨烯过程中用到PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等有机材料以及丙酮等有机溶剂，而有机残留物会对石墨烯材料以及器件的性能带来损害。发明一种无需有机物(包括有机薄膜和有机溶剂等)介入的石墨烯转移方法无论对于石墨烯基础物理性质的研究还是器件应用方面都极为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的无需有机物介入的石墨烯转移方法。

其中所用的石墨烯是通过CVD法在金属箔(例如：铜箔、镍箔等)上制备得到的。金属箔长宽的范围为0.3cm～10cm，单层或双层石墨烯覆盖其表面绝大部分。

本发明提供的技术方案如下：

一种石墨烯转移方法，其特征是，将滴定管固定在铁架台上，将金属箔长有石墨烯的一面向下置于目标衬底表面，将衬底放于滴定管的下方，将金属箔压平(例如：用其他平整衬底压)；将滴定管中的FeCl₃溶液滴于金属箔上方，通过控制滴定管的开关控制流出的FeCl₃溶液量，使得石墨烯与衬底之间没有FeCl₃溶液进入，从而避免Fe³⁺残留在衬底上对石墨烯样品产生污染。

优选的：

所述的石墨烯转移方法，其特征是，所述金属箔为铜箔或镍箔。

所述的石墨烯转移方法，其特征是，所用衬底为固态衬底。

所述的石墨烯转移方法，其特征是，所用衬底为硅片。

另一种石墨烯转移方法，其特征是，将滴定管固定在铁架台上，将金属箔长有石墨烯的一面向下置于目标衬底表面，将衬底放于滴定管的下方，将金属箔压平；将滴定管中的稀HCl与H₂O₂混合液腐蚀溶液滴于金属箔上方，通过控制滴定管的开关控制流出的腐蚀溶液量，使得石墨烯与衬底之间没有腐蚀溶液进入。

再一种石墨烯转移方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在金属箔(Ni或Cu等)上采用CVD法制备石墨烯；

2)将金属箔生长有石墨烯的一面向下置于目标衬底(例如：硅片等)表面，将金属箔压平，例如：用其他平整衬底压；

3)将带有金属箔的衬底置于滴定系统的下方，通过滴定管使得FeCl₃溶液流到金属箔上，同时通过滴定管下方的小塞子控制石墨烯上方的FeCl₃溶液的量；保证滴管中的溶液与金属箔上的溶液在腐蚀过程中始终连通；

4)将样品静置，直到FeCl₃溶液将其所在区域金属箔腐蚀完全，最终石墨烯会在FeCl₃溶液重力和范德瓦尔斯力的共同作用下与目标衬底粘附；

5)用稀盐酸溶液浸泡(例如：浸泡30分钟)后，用去离子水反复对上述衬底进行冲洗，去除残留的Fe³⁺离子；之后将清洗干净的衬底取出，并用气枪将之吹干。

优选的：

所述的石墨烯转移方法，其特征是，步骤3)中，FeCl₃溶液的浓度为0.01g/ml-1g/ml。

所述的石墨烯转移方法，其特征是，步骤3)中，FeCl₃溶液的浓度为0.1g/ml。

所述的石墨烯转移方法，其特征是，步骤4)中，在将样品静置期间，对样品加热以加快反应速度，加热温度为70℃，腐蚀30分钟，但温度不可高于90℃。

所述的石墨烯转移方法，其特征是，步骤5)中，稀盐酸溶液的浓度为0.01mol/L-2mol/L，优选1mol/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

无需有机物介入，操作简便、不会残留PMMA或丙酮等有机杂质，从而避免了有机残留物对石墨烯材料质量和器件性能的损害。该方法在以石墨烯为功能单元的新型器件方面有广泛的应用前景。

附图说明