一種cvd生長的石墨烯的轉移裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CVD生長的石墨烯的快速轉移裝置和方法，具體步驟如下：1）去除化學氣相沉積法在相應襯底上背面生長的石墨烯；2）將目標襯底與步驟1）中得到的單面石墨烯/生長襯底樣品同一端固定在底部鏤空的容器壁上，其中目標襯底平行于刻蝕液液面，生長襯底/單面石墨烯樣品以一定角度插入液面以下；3）步驟2）中浸在液面下的生長襯底部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器中液面位置，使石墨烯與目標襯底接觸貼合，即先完成轉移。4）然后繼續(xù)調節(jié)刻蝕液液面位置，重復步驟3）中刻蝕，轉移操作，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕，直至全部刻蝕完成。本發(fā)明避免目前石墨烯轉移技術使用PMMA等有機物，導致殘留有機成分的污染問題，簡化了轉移工藝，實現(xiàn)了一種新型的連續(xù)大面積、高質量石墨烯樣品的邊刻蝕邊轉移的工藝。
【專利說明】 —種CVD生長的石墨烯的轉移裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉移石墨烯的方法，屬于薄膜材料領域。

【背景技術】
[0002]石墨烯是碳原子在二維平面內(nèi)以SP2軌道雜化形成的六角結構。由于結構中的π鍵，石墨烯表現(xiàn)出優(yōu)異的熱學、電磁學和機械性能(據(jù)文獻報道熱導SOOOWnr1K-1,本征遷移率達到200000 cm2 V-1 s'光學透過率97.7%，表面積達到2630 mY1，楊氏模量1.0TPa,)。因此，石墨烯不僅成為很多的科研工作者心目中的“明星材料”，而且吸引了越來越多的企業(yè)家致力于將其推向產(chǎn)業(yè)化。在石墨烯走向實際應用的過程中，主要有兩大障礙:制備和轉移。盡管在制備方面已有報道能夠生長出30英寸的石墨烯樣品，但是實際應用還有很長的路要走，因為大部分的樣品質量退化現(xiàn)象(如褶皺、破裂等)還是發(fā)生在石墨烯轉移過程中。目前的轉移工藝主要可以分為干法轉移和濕法轉移，其中roll-to-roll屬于典型的干法轉移，但其限制了目標襯底只能為柔性襯底，對于Si片、Al2O3等剛性襯底則不適用；目前的濕法轉移需要借助有機物(如PDMS、PMMA)，雖然它們在轉移過程中較好的保持了石墨烯的本征形貌，但是轉移完成后很難被完全除去，殘留在樣品上，對樣品性能產(chǎn)生影響。本發(fā)明實現(xiàn)了一種邊刻蝕邊轉移的新型轉移工藝，不僅克服了干法轉移中對襯底材料的限制，而且避免了有機殘留對樣品性能的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是克服一般濕法轉移中有機物殘留和干法刻蝕中襯底受限問題，提供了一種簡單、環(huán)保、可控的高質量石墨烯轉移方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來具體實現(xiàn):
一種CVD生長的石墨烯的快速轉移裝置和方法，具體步驟如下:
O去除化學氣相沉積法在生長襯底上背面生長的石墨烯；
2)將目標襯底與步驟I)中得到的單面石墨烯/生長襯底樣品同一端固定在底部鏤空的容器壁上，其中目標襯底平行于液面，單面石墨烯/生長襯底樣品以一定角度插入液面以下；
3)步驟2)中浸在液面下的部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器中液面位置，使石墨烯與目標襯底接觸貼合，即先完成轉移；
4)然后繼續(xù)調節(jié)刻蝕液位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕,直至全部刻蝕完成；
5)將步驟4)中所得的石墨烯/目標襯底用電導率為18.25kQcm的去離子水洗滌并在60°C 干燥 180min。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制；在附圖中:
圖1是本發(fā)明實施的裝置圖，其中①表示目標襯底，②表示生長襯底，③表示底部鏤空容器，④表示刻蝕液，⑤表示玻璃皿
圖2轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在PET上的石墨烯的拉曼圖譜圖3轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在Si上的石墨烯的拉曼圖譜圖4轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在Al2O3上的石墨烯的拉曼圖譜

【具體實施方式】
[0006]以下對本發(fā)明的優(yōu)選實例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實例僅用于說明和解釋本發(fā)明的原理和實質，并不用于限定本發(fā)明。
[0007]本發(fā)明提供一種本發(fā)明涉及一種CVD生長的石墨烯的快速轉移裝置和方法，所述方法包括如下步驟:
O用化學氣相沉積法在Cu上生長石墨烯，并用氧等離子體清洗去除襯底背面生長的石墨烯；
2)將目標襯底與步驟I)中得到的單面石墨烯/Cu樣品同一端固定在底部鏤空的容器壁上，其中目標襯底平行于液面，單面石墨烯/Cu樣品以一定角度插入液面以下；
3)步驟2)中浸在液面下的部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器液面位置，使石墨烯與目標襯底接觸貼合，即先完成轉移；
4)然后繼續(xù)調節(jié)刻蝕液位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕,直至全部刻蝕完成；
5)將步驟4)中所得的石墨烯/目標襯底用電導率為18.25kQcm的去離子水洗滌并在60°C 干燥 180min。
[0008]以下對本發(fā)明方法的各步驟作進一步詳細說明如下:
下面用詳細的示范性實施例進一步描述本發(fā)明，但這些實施例不構成對本發(fā)明的任何限制。
[0009]實施例1
I)用化學氣相沉積法在Cu襯底上生長石墨烯，并用氧等離子體去除襯底背面生長的石墨烯；2)將PET與步驟I)中得到的單面石墨烯/Cu樣品同一端固定在底部鏤空直徑為1mm的圓孔的容器壁上，其中PET平行于三氯化鐵溶液液面，單面石墨烯/Cu樣品以30度插入液面以下；3)步驟2)中浸在液面下的Cu部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器液面位置，使石墨烯與PET接觸貼合，即先完成轉移；4)用注射器調節(jié)三氯化鐵溶液液面位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移操作，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕，直至全部刻蝕完成；5)將步驟4)中所得的石墨烯/PET用電導率為18.25kQcm的去離子水洗滌5遍并在60°C下干燥3h ;由圖2轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在PET上的石墨烯的拉曼圖譜對比可以看出，轉移前后石墨烯的結構特性沒有發(fā)生明顯變化。
[0010]實施例2
I)用化學氣相沉積法在Cu襯底上生長石墨烯，并用氧等離子體清洗去除襯底背面生長的石墨烯；2)將Si與步驟I)中得到的單面石墨烯/Cu樣品同一端固定在底部鏤空直徑為1mm的六邊形的容器壁上，其中Si平行于過硫酸銨溶液液面，單面石墨烯/Cu樣品以20度插入液面以下；3)步驟2)中浸在液面下的Cu部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器液面位置，使石墨烯與Si接觸貼合，即先完成轉移；4)用注射器調節(jié)過硫酸銨溶液液面位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移操作，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕，直至全部刻蝕完成；5)將步驟4)中所得的石墨烯/Si用電導率為18.25k Ω cm的去離子水洗滌6遍并在60°C下干燥3h ;由圖3轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在Si上的石墨烯的拉曼圖譜對比可以看出，轉移前后石墨烯的結構特性沒有發(fā)生明顯變化。
[0011]實例 3
I)用化學氣相沉積法在Cu襯底上生長石墨烯，并用氧等離子體清洗去除襯底背面生長的石墨烯；2)將Al2O3與步驟I)中得到的單面石墨烯/Cu樣品同一端固定在底部鏤空邊長為邊長為1mm正方形的容器壁上，其中Al2O3平行于過硫酸鉀溶液液面，單面石墨烯/Cu樣品以10度插入液面以下；3)步驟2)中浸在液面下的Cu部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器液面位置，使石墨烯與Al2O3接觸貼合，即先完成轉移；4)用注射器調節(jié)過硫酸鉀溶液液面位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕，直至全部刻蝕完成；5)將步驟4)中所得的石墨烯/ Al2O3用電導率為18.25k Ω cm的去離子水洗滌5遍并在60°C下干燥3h ;由圖4轉移前在銅箔上的石墨烯和轉移后在Al2O3上的石墨烯的拉曼圖譜對比可以看出，轉移前后石墨烯的結構特性沒有發(fā)生明顯變化。
【權利要求】
1.一種CVD生長的石墨烯的快速轉移裝置和方法，具體步驟如下: 1)去除化學氣相沉積法在生長襯底上背面生長的石墨烯； 2)將目標襯底與步驟1)中得到的單面石墨烯/生長襯底樣品同一端固定在底部鏤空的容器壁上，其中目標襯底平行于液面，單面石墨烯/生長襯底樣品以一定角度插入液面以下； 3)步驟2)中浸在液面下的生長襯底部分首先被刻蝕，調節(jié)鏤空容器液面位置，使石墨烯與目標襯底接觸貼合，即先完成轉移； 4)然后繼續(xù)調節(jié)刻蝕液液面位置，重復步驟3)中刻蝕，轉移操作，使單面石墨烯樣品由自由端向固定端逐漸被刻蝕，直至全部刻蝕完成； 5)將步驟4)中所得的石墨烯/目標襯底用電導率為18.25k Ω cm的去離子水洗滌并干燥。
2.權利要求1所述轉移方法步驟1)中去除生長襯底上背面生長的石墨烯，其特征在于:可選等離子體清洗、3M膠帶剝離等手段，優(yōu)選氧等離子體清洗。
3.權利要求1所述轉移方法步驟2)中目標襯底，其特征在于:目標襯底可以為選擇任意無機/有機材料，或任意柔性/剛性材料，優(yōu)選PET、S1、A1203等任意一種。
4.權利要求1-3轉移方法中所涉及的底部鏤空容器，其特征在于:底部鏤空圖案可選直徑在5-10mm的圓孔、邊長為5_10mm正方形、長方形、六邊形等；優(yōu)選直徑為10mm的圓孔。
5.權利要求1、3、4轉移方法中所述的目標襯底和單面石墨烯/生長襯底樣品形成一定夾角，其特征在于:形成的夾角度在1(Γ30°之間可選，優(yōu)選15?20°之間。
6.權利要求1-5轉移方法中所述的調節(jié)鏤空容器中液面位置，其特征在于:由于目標襯底、單層石墨烯/生長襯底樣品以及鏤空容器固定在一起，如果直接手動調節(jié)，會造成一定程度震動，導致轉移樣品發(fā)生褶皺、破裂等缺陷；這里選用注射器沿最外側玻璃皿容器壁緩慢加入刻蝕液，從而相對改變鏤空容器中液面的位置。
7.權利要求1-6轉移方法中所述刻蝕方法和刻蝕液，其特征在于:刻蝕方法可以采用化學刻蝕、電化學鼓泡等方法；刻蝕液可以選過硫酸銨溶液、過硫酸鉀溶液、三氯化鐵溶液等或以上溶液的混合溶液；刻蝕方法優(yōu)選化學刻蝕法，刻蝕液優(yōu)選過硫酸銨溶液。
8.權利要求1-7所述轉移方法步驟5)，其特征在于:干燥采用烘烤的方式，通過加熱烘烤去除轉移后石墨烯和目標襯底間的水分；優(yōu)選60°C，烘烤180min。
【文檔編號】C01B31/04GK104370281SQ201410560750
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權日:2014年10月21日
【發(fā)明者】賈寶平, 王小周, 丁建寧 申請人:江南石墨烯研究院, 常州大學