一種大面積轉(zhuǎn)移cvd石墨烯膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及新型碳材料領(lǐng)域，公開了一種大面積轉(zhuǎn)移石墨烯膜的方法。該方法針對(duì)化學(xué)氣相沉積法在金屬箔上制備的大面積石墨烯，利用熱輥壓方法直接將石墨烯從金屬箔上轉(zhuǎn)移到高分子膜上，包含兩種轉(zhuǎn)移方式：1)在石墨烯/金屬箔表面輥壓一層高分子膜，采用輥壓卷繞，將高分子膜/石墨烯復(fù)合層從金屬箔基底轉(zhuǎn)移出；2)直接將高分子膜熱輥壓到輥軸上，然后將石墨烯轉(zhuǎn)移到高分子膜包覆的輥軸上。該方法實(shí)現(xiàn)了大面積石墨烯膜的轉(zhuǎn)移，與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移方法相比，降低轉(zhuǎn)移過程對(duì)石墨烯的污染，可循環(huán)利用金屬箔基底，大幅度降低成本，減少污染排放，節(jié)能減排。因此本發(fā)明在大規(guī)模制備轉(zhuǎn)移石墨烯的生產(chǎn)領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】—種大面積轉(zhuǎn)移CVD石墨烯膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大面積轉(zhuǎn)移CVD石墨烯膜的方法，具體涉及利用熱輥壓的方法直接將石墨稀I吳轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底。
【背景技術(shù)】[0002]石墨烯，是一種由碳原子構(gòu)成的具有蜂窩狀晶格的單層二維平面結(jié)構(gòu)材料。由于其具有高的載流子遷移率(200000 Cm2V^)和導(dǎo)熱率(3000-5000 WmH、高透光性(97.7%)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，在電子器件、透明電極材料、儲(chǔ)能材料、功能復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]在各種制備石墨烯的典型方法中，化學(xué)氣相沉積(CVD)法因其可以生長大面積、高質(zhì)量的石墨烯膜而越來越受到重視。然而通過CVD法制備的石墨烯膜通常附著于金屬基底上，需要進(jìn)行后續(xù)的過程將其轉(zhuǎn)移到其它基底上才能應(yīng)用于實(shí)際需求中。理想的轉(zhuǎn)移過程應(yīng)當(dāng)保持石墨烯膜清潔、完整無損壞并且大面積轉(zhuǎn)移。目前公開的常用轉(zhuǎn)移方法是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為介質(zhì)的濕法轉(zhuǎn)移技術(shù)，即首先在石墨烯表面旋涂一層PMMA，然后在金屬腐蝕液中將金屬基底腐蝕掉，再將覆蓋有PMMA的石墨烯層轉(zhuǎn)移到二氧化硅等基底上，然后用溶劑除去PMMA，從而得到附著在目標(biāo)基底上的石墨烯?；蛘咴谶@種濕法轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上改進(jìn)，通過其它有機(jī)膠體涂覆，輔助轉(zhuǎn)移到其它基底上；通過等離子體清除金屬基底的一側(cè)，然后將金屬基底平鋪在目標(biāo)基底上，濕法腐蝕掉金屬基底等方法轉(zhuǎn)移石墨烯。大面積石墨烯的轉(zhuǎn)移則是由韓國Bae等人提出的，該方法首先在石墨烯表面輥壓一層熱釋膠帶，然后用金屬腐蝕液將金屬腐蝕掉，再將附有熱釋膠帶的石墨烯層轉(zhuǎn)移到其他基底上，最后在一定溫度下去除熱釋膠帶。上述兩種方法在轉(zhuǎn)移過程中都使用了有機(jī)膠體作為過渡基底輔助轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底后需要去除這層有機(jī)基底，不可避免產(chǎn)生殘留對(duì)石墨烯層造成污染，并且都需要將金屬基底腐蝕掉，產(chǎn)生大量的重金屬廢液，浪費(fèi)水資源，產(chǎn)生環(huán)境污染，增加制備成本，因此發(fā)明一種金屬基底可以循環(huán)利用、環(huán)境友好的直接轉(zhuǎn)移方法非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明的目的在于提出一種大面積快速轉(zhuǎn)移CVD石墨烯膜的方法，可降低轉(zhuǎn)移過程中對(duì)石墨烯的污染和破壞，減少環(huán)境污染排放，并且使金屬基底能夠循環(huán)利用，從而降低生產(chǎn)成本。所述生長轉(zhuǎn)移工藝如下:
a.利用CVD的方法在金屬箔基底上制備石墨烯膜，生長的石墨烯為不同層數(shù)的石墨烯。
[0005]b.在長有石墨烯膜的金屬箔基底的兩個(gè)表面熱輥壓一層高分子膜，包括PET、PC、P1、PVC、PS、PE、PP膜。將高分子膜/石墨烯復(fù)合膜前段卷纏在輥軸上，用于下一步的卷繞。采用輥壓的方式將附有高分子膜的石墨烯層卷繞在輥軸上。通氣體(空氣、氧氣、氯化氫、氮?dú)?、氬氣?輔助，使石墨烯與金屬基底相接觸的活性金屬層與氣體發(fā)生部分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬箔基底上剝離，同時(shí)通過輥軸滾動(dòng)，收集剝離的高分子膜/石墨烯復(fù)合膜。金屬基底另外收集再次利用。
[0006]c.或者先將高分子膜熱輥壓到兩個(gè)輥軸的表面，然后將長有石墨烯膜的金屬箔基底熱輥壓到附有高分子膜的輥軸上，在一定壓力和溫度的條件下，通氣體(空氣、氧氣、氯化氫、氮?dú)?、氬氣?輔助，使石墨烯與金屬基底相接觸的活性金屬層與氣體發(fā)生部分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬箔基底上剝離。通過高分子膜與石墨烯的相互作用，協(xié)助石墨烯層與金屬箔基底的分離和收集。
[0007]d.得到轉(zhuǎn)移到高分子膜上的石墨烯復(fù)合膜或者單一的石墨烯膜。通過上述方法可以一步得到直接與特定高分子膜相復(fù)合的石墨烯膜，也可以得到單一的石墨烯膜，減少了中間轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)。可用于直接制備石墨烯基特種復(fù)合膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1利用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法在金屬箔表面生長的石墨烯圖。
[0009]圖2利用熱輥壓的方法在長有石墨烯層的金屬箔表面輥壓一層高分子膜。
[0010]圖3在通氣體輔助的條件下利用熱輥壓的方法剝離石墨烯圖。
[0011]圖4獲得的轉(zhuǎn)移到高分子膜基底上的石墨烯圖。
[0012]圖5附有高分子膜的輥軸圖。
[0013]圖6采用熱輥壓的方法直接將石墨烯層輥壓到附有高分子膜的輥軸圖。
[0014]圖7獲得的轉(zhuǎn)移到附有高分子膜的石墨烯圖。
[0015]圖8高分子膜PET/石墨烯復(fù)合膜實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]實(shí)施例一:
a.利用CVD的方法在金屬箔基底上制備石墨烯膜，生長條件:首先在通氫氣20SCCm，氬氣330sccm條件下，1000°C下先預(yù)燒30分鐘，然后通甲烷2sccm，1000°C下生長60分鐘，在通氫氣20sccm,lS氣330sccm條件下快速降溫,從得到生長的基底上的石墨烯；生長基底為金屬箔，包括銅箔、鎳箔、金箔、鉬箔，優(yōu)選銅箔。
[0018]b.在長有石墨烯膜的金屬箔基底的兩個(gè)表面熱輥壓一層高分子膜，包括PET、PC、P1、PVC, PS、PE、PP膜，溫度為80°C，壓力為0.1Mpa ;使金屬基底前端的高分子膜/石墨烯復(fù)合層手動(dòng)剝開，以便將高分子膜/石墨烯復(fù)合膜卷纏在輥軸上，用于下一步的卷繞。采用輥壓的方式將附有高分子膜的石墨烯層卷繞在輥軸上。通氣體(空氣、氧氣、氯化氫、氮?dú)?、氬氣?輔助，使石墨烯與金屬基底相接觸的活性金屬層與氣體發(fā)生部分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬箔基底上剝離，同時(shí)通過輥軸滾動(dòng)，收集剝離的高分子膜/石墨烯復(fù)合膜。金屬基底另外收集再次利用。
[0019]c.得到轉(zhuǎn)移到高分子膜上的石墨烯復(fù)合膜或者單一的石墨烯膜。
[0020]實(shí)施例二:
a.與實(shí)施例一(a)中所述一致。
[0021]b.先將高分子膜在0.1Mpa，80°C條件下熱輥壓到兩個(gè)輥軸的表面，然后將長有石墨烯膜的金屬箔基底熱輥壓到附有高分子膜的輥軸上，在0.1Mpa，80°C條件下，通氣體(空氣、氧氣、氯化氫、氮?dú)狻鍤獾?輔助，使石墨烯與金屬基底相接觸的活性金屬層與氣體發(fā)生部分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯從金屬箔基底上剝離。通過高分子膜與石墨烯的相互作用，協(xié)助石墨烯層與金屬箔基底的分離和收集。
[0022]c.得到轉(zhuǎn)移到高分子膜上的石墨烯復(fù)合膜或者單一的石墨烯膜。
【權(quán)利要求】
1.一種大面積轉(zhuǎn)移CVD石墨烯膜的方法，包括以下步驟: a.利用CVD的方法在金屬箔基底上制備石墨烯膜； b.在長有石墨烯膜的金屬箔基底的兩個(gè)表面熱輥壓一層高分子膜，將高分子膜/石墨烯復(fù)合膜前段卷纏在輥軸上，用于下一步的卷繞；采用輥壓的方式將附有高分子膜的石墨烯層通過氣體的輔助從金屬箔基底上剝離下來；或者先將高分子膜熱輥壓到兩個(gè)輥軸的表面，然后將長有石墨烯膜的金屬箔基底熱輥壓到附有高分子膜的輥軸上，在一定壓力和溫度的條件下，通過高分子膜與石墨烯的相互作用，采用輥軸卷繞，實(shí)現(xiàn)石墨烯層與金屬箔基底的分離； c.得到轉(zhuǎn)移到高分子膜上的石墨烯復(fù)合膜或者單一的石墨烯膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述制備石墨烯膜的制備條件:氫氣20sccm，氬氣330sccm，1000°C下先預(yù)燒30分鐘，然后通甲烷2sccm，1000°C下生長60分鐘，在通氫氣20sCCm，氬氣330sCCm條件下快速降溫，生長基底為金屬箔，包括銅箔、鎳箔、金箔、鉬箔，優(yōu)選銅箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，這類高分子膜可根據(jù)實(shí)際需要選擇，包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(Polyethykenetereohthalate 簡稱 PET)膜、聚碳酸酯(Polycarbonate 簡稱 PC)膜、聚酰亞胺(Polyimide簡稱PI)膜、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride polymer簡稱PVC)膜、聚苯乙烯(Polystyrene簡稱PS)膜、聚乙烯(polyethylene簡稱PE)膜、聚丙烯(Polypropylene 簡稱 PP)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所通的輔助氣體包括空氣、氧氣、氯化氫(HC1)、氮?dú)?、気氣?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱輥壓的溫度為80°C，壓力為0.1Mpa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯為不同層數(shù)的石墨烯。
【文檔編號(hào)】B32B27/00GK103833030SQ201410018825
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】黃長水, 張圣亮, 崔光磊, 張傳健, 逄淑平, 韓鵬獻(xiàn) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所