[发明专利]一种提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，具体为一种提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法。

背景技术

自2004年石墨烯被发现以来，由于其高导电性、高透明度、高导热性、高力学强度等特性广泛应用于透明导电薄膜、超级电容器、太阳能电池、锂离子电池、燃料电池中。目前石墨烯制备方法主要有机械剥离法、外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法制备石墨烯具有简单、可操控性好等优点，在制备大面积、高质量石墨烯薄膜方面有较大优势。然而金属基底作为石墨烯生长的载体和催化剂不利于表征石墨烯物理、化学性质，影响其透明导电、导热等方面的应用，所以将石墨烯从金属基底上剥离成为了亟待解决的问题。

目前，从金属基底上剥离大面积石墨烯转移到绝缘基底上一般分为两种，一种是刻蚀基底法，一种是基底无损转移法。刻蚀基底法是通过采用化学溶解的方法去除金属基底，具有操作简单的优点，但是存在着金属基底无法回收再利用、耗时长、容易残留未溶解金属、腐蚀液的使用会引来新杂质等问题。基底无损转移法主要包括电化学气体插层剥离法和机械剥离法。基底无损转移法具有生长基底可重复利用、耗时短、金属残留少等优点，所以具有大规模工业应用的可能性。机械剥离法是通过在石墨烯表面添加一层结合层材料(如胶黏剂或聚合物)使石墨烯与结合层材料的作用力大于石墨烯与生长基底的作用力，进而通过机械力直接将石墨烯从金属基底上剥离而转移。电化学气体插层剥离法是将生长基底上的石墨烯与支撑层结合作为电极，在电解过程中，产生的气泡将石墨烯与生长基底的边缘剥离开，同时电解液渗入石墨烯与生长基底之间，产生的气泡进一步将石墨烯与生长基底分离，从而最终实现大面积石墨烯与生长基体的剥离以及向目标基底的洁净无损转移。由于机械剥离法使用的机械力强度高，转移的石墨烯完整性有待提高，与机械剥离法相比，电化学气体插层剥离法中剥离力的强度小且可控，转移的石墨烯有较高的完整性，所以对于大面积无损转移石墨烯而言，电化学气体插层剥离法更具优势。

但是，目前电化学气体插层剥离法存在剥离速度慢的问题，导致规模化生产中的制备效率低。原因之一是由于金属基体与石墨烯表面均为疏水性，在剥离开的界面，电解液与金属基体和石墨烯的润湿性差，不利于电解液在界面的浸入从而降低气体插层剥离的速度。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，在石墨烯表面形成一层改性介质与石墨烯相互作用，来改善石墨烯与电解液之间润湿性，加速电化学气体插层的过程，从而提高石墨烯与生长基体的剥离速度，有利于高效率转移大面积的石墨烯薄膜。

本发明的技术方案是：

一种提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，首先采用化学气相沉积法在初始基体上生长石墨烯；然后在石墨烯表面形成一层改性介质来提高石墨烯与电解液之间的润湿性，再将转移介质层覆盖在改性介质表面；最后采用电化学气体插层法将石墨烯从初始基体表面剥离，并转移到目标基体表面。

所述的提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，初始基底为导体，采用金属：Cu，Ni，Co，Ir，Ru，Pd，Pt，Au，Ag，Mo，Fe或其合金；或者采用金属碳化物：碳化钛、碳化钼、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钨的一种或两种以上；或者采用金属氮化物：氮化钛、氮化钽、氮化钒的一种或两种以上；或者为金属硼化物：硼化钛、硼化铬的一种或两种。

所述的提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，提高石墨烯与电解液之间润湿性的改性介质为小分子有机物、高分子聚合物、金属、金属化合物、非金属、非金属化合物一种或两种以上，与电解液润湿。

所述的提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，改性介质与石墨烯的结合方法采用沉积、贴合、涂覆、印刷一种或两种以上，具体包括但不局限于：物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射镀膜法、蒸发镀膜法、静电吸附法、粘结法、旋涂法、刮涂法、喷涂法、线棒涂布法、辊压涂覆法、丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法。

所述的提高电化学气体插层剥离转移石墨烯速度的方法，电解过程采用的电解液为一种或两种以上电解质酸、碱、盐类的水溶液；或者为一种或两种以上电解质酸、碱、盐类的水溶液与一种或两种以上有机溶剂：链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含硫化合物的混合溶液。