[发明专利]直接转移石墨烯薄膜的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯制备领域，具体涉及一种直接转移石墨烯薄膜的装置和方法。

背景技术

石墨烯，一个杂化的SP²六角型薄膜，它是目前发现最薄的二维材料。石墨烯具有很多优异的特性，它具有很好的柔韧性和透光性，石墨烯中的载流子迁移率远高于传统的硅材料，室温下本征载流子迁移率高达2.0X105cm^2/(V.S)。另外，它具有高的热导率(约5000W/m.k)、极高的杨氏模量(1.06TPa)和巨大的比表面积2630m²/g。这些性质使石墨烯受到人们广泛的关注，它在高性能复合材料、柔性显示、光通信、光电探测和传感器件等诸多领域都具有广阔的应用前景。

目前，大面积的石墨烯制备主要利用催化金属(Cu、Au等)来催化碳源的高温裂解，进而在金属基底上直接贴附石墨烯膜。但是生长在金属表面的石墨烯无法直接用于器件制作以及后续研究，所以必须将石墨烯完整、无污染的从金属基底转移到目标基底(例如SiO₂/Si)上。常用的湿法转移方法主要为中介物(PMMA、PDMS等)过渡转移法。这种方法在反复清洗的过程由于“提拉”的基底与水面具有一定的倾斜角度，这样不可避免的会对石墨烯表面具有一定的拉伸作用，导致石墨烯破损。另外，利用丙酮等溶液去除中介物的操作并不能将其完全去除，会造成石墨稀表面污染。以上这些不足很大程度上限制了石墨烯的应用和市场化进程。因此，需找一种无损、无污染的石墨稀薄膜转移方法十分重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直接转移石墨烯薄膜的装置和方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种用于直接转移石墨烯薄膜的装置，所述装置包括溶液引入口1，圆形筛孔漏斗2，溶液排出口3，所述溶液引入口1安装在筛孔以下的锥形壁上，所述溶液排出口3直接与漏斗出口相接，所述溶液排出口3上设置有开关。

进一步，所述溶液引入口(1)设置有开关。

2、采用所述装置直接转移石墨烯薄膜的方法，具体步骤如下：

1)去除背面石墨烯：利用氧离子清洗机去除铜箔背面石墨烯；

2)铜基底的腐蚀：关闭溶液排出口3上的开关，将Fe(NO₃)₃倒入圆形筛孔漏斗2内，将步骤1)处理完成的放在溶液表面至铜箔完全腐蚀，得到漂浮在水平面的透明石墨烯薄膜；

3)排除腐蚀液：同时打开引入口1和排出口3，由引入口1向圆形筛孔漏斗(2)中通入去离子水，调整引入口与排出口流速，至Fe(NO₃)₃被完全排出；

4)清洗石墨烯薄膜：关闭排出口3，由引入后1分别通入稀盐酸、去离子水，对漂浮在水面上的石墨烯薄膜进行清洗；

5)将石墨烯薄膜转移至目标基底：将目标基底平稳放入装置中，调整出水速度，使石墨烯薄膜竖直、平稳的降落到目标基底上；

6)石墨烯清洗保存：将石墨烯薄膜置于空气中使表面的水自然晾干或烘干方式。

进一步，所述Fe(NO₃)₃浓度为0.2～1mol/L。

进一步，所述步骤3)中调整引入口与排出口流速相同。

进一步，所述步骤6)中烘干方式如下，烘干温度为80-120度，时间为10～20分钟。

进一步，所述步骤5)中目标基底为SiO₂或Si基底。

本发明的有益效果在于：本发明利用所述装置通过调整进出水，在液面平稳的状态下完成了对石墨烯的整个转移过程。具体效果如下：(1)在液面上升或下降的过程，由于圆孔筛的存在使水流的作用力分散在液面低端，很大程度上减小了对液面上石墨烯的作用，更好的保证了石墨烯的完整性；(2)Fe(NO₃)₃的密度较大，利用下部漏斗可以对腐蚀液排放的彻底，减少了杂质的残留；(3)由于水流从四周圆孔筛均匀流下，可以起到对石墨烯均匀拉伸作用，防止其褶皱；(4)整个过程石墨烯均保持“水平”状态，无其他人为因素影响，所受到的力极小，大大减少了其破损程度；(5)无任何中介物及杂质残留。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1表示用于直接转移石墨烯薄膜的装置；

图2表示利用装置直接转移石墨烯薄膜的示意图；