[发明专利]一种大尺寸清洁石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸清洁石墨烯材料的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：采用化学气相沉积法在金属衬底表面生长石墨烯层；采用电子束蒸发法在石墨烯层上形成可与石墨烯形成低范德华力结合的金属层；在所述金属层上形成光刻胶层；将含胶软膜粘附在所述光刻胶层表面，剥离所述金属层和光刻胶层。本发明提供的制备大尺寸清洁石墨烯的方法，无需特殊控制操作环境的，独创性地利用材料界面间的范德华力的差异，实现了大尺寸石墨烯表面无定形碳的剥离，将石墨烯表面处理至原子级的洁净，对于扩大石墨烯在光电领域的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，尤其涉及一种大尺寸清洁石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子构成的二维六边形结构，具有超高的电子迁移率和优良的导热性，可广泛应用于纳米电子器件、超高速计算机芯片、高效率能量储存、固态气敏传感器、场发射材料和微电子集成等多种领域。

利用化学气相沉积法(CVD)在金属衬底生长石墨烯是目前商业化生产大尺寸高质量石墨烯材料的最优方法。但是，CVD金属衬底生长的石墨烯表面存在无定型碳的污染，影响石墨烯材料的电学性能。为了消除石墨烯材料表面无定型碳的影响，后续研发人员开发了制备大尺寸清洁石墨烯的方法，一种是在石墨烯生长过程中，在距离石墨烯表面很近的区域提供较大浓度的铜蒸汽，利用充足的铜蒸汽消除石墨烯生长过程中其表面的污染。但是，这种方法将会导致制备的石墨烯表面存在较多的铜原子掺杂。另外一种方法是：在石墨烯材料生长结束后，利用高温活性炭热滚刷方法，将吸附在石墨烯表面的无定形碳粘下来，但是，这种方法的操作工艺复杂，需要在200℃高温以及真空条件下进行操作。因此，研发一种工艺简单的大尺寸清洁石墨烯的生产方法具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有大尺寸清洁石墨烯的制备方法会引入其他污染、操作工艺复杂的问题，本发明提供一种大尺寸清洁石墨烯材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种大尺寸清洁石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，采用化学气相沉积法在金属衬底表面生长石墨烯层；

步骤b，采用电子束蒸发法在石墨烯层上形成可与石墨烯形成低范德华力结合的金属层；

步骤c，在所述金属层上形成光刻胶层；

步骤d，将含胶软膜粘附在所述光刻胶层表面，剥离所述金属层和光刻胶层。

本发明提供了一种操作简单，无需特殊控制操作环境的制备大尺寸清洁石墨烯的制备方法，独创性地利用材料界面间的范德华力的差异，实现了大尺寸石墨烯表面无定形碳的剥离。本发明首先在金属衬底上生长完石墨烯层后，在石墨烯层表面电子束蒸镀一层与石墨烯低范德华力结合的金属薄膜，金属薄膜通过范德华力结合石墨烯表面的无定形碳，同时还可以直接包覆无定形碳，然后再在金属薄膜表面制备一层光刻胶层，通过光刻胶粘附金属薄膜，以便使用含胶软膜将光刻胶层和金属薄膜从石墨烯层上剥离，金属薄膜在剥离的同时会将石墨烯表面的无定形碳一块剥离下来。

本发明中石墨烯与金属衬底间的结合力记为F₁，石墨烯与金属层的结合力记为F₂，石墨烯表面的无定型碳与金属层的结合力记为F₃，石墨烯表面的无定型碳与石墨烯的结合力记为F₄，F₁F₂，F₃F₄。

优选的，步骤a中，所述金属衬底为Cu、Ni、CuNi或Au衬底。

优选的金属衬底，不但有助于制备表面均匀平坦、晶体质量高、电学特性优良的石墨烯材料，且与石墨烯材料结合力较强，在后续剥离金属层过程中不会使石墨烯材料与金属衬底分离。

优选的，步骤b中，所述金属层为Ti金属层、Al金属层或Pt金属层。