[发明专利]一种基于升华法的转移石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种转移石墨烯的方法。该方法利用易升华的物质作为转移石墨烯的支撑层，首先通过加热易升华物质，使其在生长于初始基体上的石墨烯表面凝华形成致密支撑层，然后去除初始基体并将石墨烯/支撑层转移至目标衬底，再将支撑层升华即可。相比现有PMMA法、PDMS法存在的残胶问题以及热压印法、热释放胶带法对目标衬底平整性、粘附性要求较高等问题，本发明使用易升华物质作为支撑层，转移过程更加简单、便捷，可实现石墨烯向任意目标衬底的大面积、无损、无残胶转移，将大大拓展石墨烯在柔性电子、有机纳米电子学、有机太阳能电池、有机传感器方面、有机高性能微纳电子器件、有机材料能量存储等领域的应用。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体涉及一种转移石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维正六边形蜂窝状晶体，它具备很多优越性能，例如高的电子迁移率、高的光透过率、高的机械强度等等。过去数十年，大量的研究揭示了石墨烯在电子器件、传感检测、生物医药以及能量存储和能量转化领域的应用潜力(Rao C N R,Gopalakrishnan K,Maitra U.Comparative study of potentialapplications of graphene,MoS₂,and other two-dimensional materials in energydevices,sensors,and related areas[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2015,7(15):7809-7832.)。在制备与石墨烯相关的复合材料或器件时，通常需要将石墨烯转移至相应的目标衬底上，转移过程要求尽可能保证石墨烯的完整性与高质量，避免对其造成破坏。

2004年英国曼彻斯特大学的研究组采用胶带剥离法首次实现石墨烯的分离，(Novoselov K S,et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science,2004,306(5696):666-669.)，之后各种转移石墨烯的方法不断被报道，其中包括机械剥离法、支撑层基体刻蚀法、滚轮压印法、鼓泡转移法等。机械剥离法得到的石墨烯质量较高，但是很难实现大面积完整石墨烯的转移。支撑层基体刻蚀法是目前应用最多的方法之一，其中最具代表性的是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支撑层进行石墨烯的转移，该方法转移得到的石墨烯完整性较好。但是需要使用大量的丙酮等有机溶剂溶解去除PMMA支撑层，导致成本增加且不环保，同时有机溶剂的处理过程限制了石墨烯在有机以及有机无机复合材料领域的应用。此外，采用该法通常存在PMMA无法完全去除的问题，而PMMA的残胶会严重影响石墨烯的性能，通过退火处理可以减少PMMA残胶，但是又带来了严重的P型掺杂问题(Lin Y C,et al.Graphene annealing:how clean can it be？[J].Nanoletters,2011,12(1):414-419.)，并且退火处理还限制了石墨烯在非耐高温材料领域的应用。滚轮压印法要求目标衬底为柔性，且衬底和石墨烯的粘附力要大于石墨烯与生长基体之间的粘附力。鼓泡转移法也需要借助于支撑保护膜，现在支撑保护膜使用的多是高分子有机膜，最终都需要使用有机溶剂进行溶解去除。

因此，发展大面积、无损、无残胶、任意衬底、无高温处理、不使用有机溶剂的石墨烯转移技术对于推动石墨烯材料的研究，拓展其在柔性电子、有机纳米电子学、有机太阳能电池、有机传感器方面、有机高性能微纳电子器件、有机材料能量存储等有机及有机/无机复合器件领域的应用具有重要的作用和意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的转移石墨烯的方法。该转移方法使用易升华物质作为石墨烯的支撑层，保护石墨烯在转移过程中免受损坏，最后支撑层通过升华除去。该基于升华法的转移石墨烯的方法不存在残胶，不使用有机溶剂，无需高温，周期短，适宜向任意衬底转移，因此该转移方法可以作为一种高效高质量的石墨烯转移方法。

具体的，本发明采用以下技术方案实现：