一種大面積石墨烯中間體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大面積石墨烯中間體的制備方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括，步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所述孔的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材；步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于1000～1500Pa大氣壓下，通入Ar氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至850～1080℃，保溫25～35min，通入碳源氣體，保持8～18min，停止通氣，退火，冷卻至室溫，形成石墨烯薄膜；步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠黏劑，形成膠黏層；步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金屬基片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石墨烯制備方法，特別涉及一種大面積石墨烯中間體的制備方 法。 一種大面積石墨烯中間體的制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯，即石墨的單原子層，是碳原子按蜂窩狀排列的二維結(jié)構(gòu)，也是構(gòu)成其他低 維度碳材料如富勒烯、碳納米管的基本單元。按照層數(shù)，石墨烯可以分為單層石墨烯、雙層 石墨烯、少層石墨烯。石墨烯的研究由來已久，但是真正獨(dú)立穩(wěn)定存在的石墨烯則是由英國 曼徹斯特大學(xué)的Geim等通過膠帶剝離高定向石墨獲得。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以后，由于其優(yōu) 異的性能和巨大的應(yīng)用前景引發(fā)了物理和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱潮。石墨烯具有優(yōu)異的 機(jī)械性能、透光率、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性能，在工業(yè)上可以在太陽能電池、觸控面板等領(lǐng)域作為透 明電極材料，同時也可以替代目前的銅導(dǎo)線作為集成電路的導(dǎo)線材料。
[0003] 在金屬襯底（如銅、鎳等）上采用化學(xué)氣相沉積法（CVD)制備石墨烯是目前適用 于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要生產(chǎn)方法，而采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯必須經(jīng)過特殊工藝將 石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上，才能實(shí)現(xiàn)真正的工業(yè)應(yīng)用。目前，可以采用濕法轉(zhuǎn)移或干法轉(zhuǎn)移 兩種方法將石墨烯由金屬生長襯底轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底。濕法轉(zhuǎn)移主要是采用旋涂法在石墨 烯表面沉積PMMA或其他膠體薄膜，再利用化學(xué)試劑腐蝕金屬襯底，使石墨烯與金屬襯底分 離，將石墨烯轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)襯底上后，再利用丙酮或氯仿等有機(jī)溶劑將膠體薄膜溶去，得 到石墨烯樣品，目前常用的方法不適合大面積轉(zhuǎn)移；干法轉(zhuǎn)移主要是采用PDMS(聚二甲基 硅氧烷）或其它熱分解膠帶直接壓印在石墨烯表面，作為保護(hù)石墨烯的介質(zhì)材料，再利用 化學(xué)試劑使石墨烯與金屬襯底分離，當(dāng)石墨烯轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)襯底上后，再用機(jī)械方法揭 去PDMS保護(hù)膜，得到最終的石墨烯樣品，但這種方法容易造成石墨烯樣品的破裂。
[0004] 基于以上所述，制備一種大面積石墨烯中間體對于CVD制成中石墨烯有著重要意 義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大面積石墨烯中間體的制備方法，旨 在實(shí)現(xiàn)石墨烯轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底前的單獨(dú)存儲，且間接擴(kuò)大了石墨烯的制備面積，降低了制 備工藝的復(fù)雜性，為CVD制成石墨烯及石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支持。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0007] -種大面積石墨烯中間體的制備方法，其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括，
[0008] 步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所 述孔的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材；
[0009] 步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于1000?1500Pa大氣壓下， 通入Ar氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至850?1080°C，保溫25?35min，通入碳源氣體，保 持8?18min，停止通氣，退火，冷卻至室溫，所述孔沿處及所述金屬基片表面生長形成石墨 烯薄膜；
[0010] 步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠 黏劑，形成膠黏層；
[0011] 步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金 屬基片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，所述耐高溫膜選用聚丙 烯耐高溫保護(hù)膜。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，所述孔呈方孔、圓孔或 異形孔；單個孔的面積為10?150cm2.
[0014] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，所述金屬基片為20? 30 μ m厚的銅或鎳，純度達(dá)到99. 9%。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，步驟2中所述碳源氣體 包括甲烷、乙烯或乙炔。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，所述步驟3中膠黏劑呈 液態(tài)或膜狀。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，所述膠黏劑為液態(tài)透明 硅膠，所述液態(tài)透明硅膠透光率大于95%，霧度小于1 %，涂膜厚度為5?15 μ m。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，步驟4中所述腐蝕溶液 為三氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液、過硫酸鈉溶液或硝酸。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其中，步驟4采用去離子水對 基體表面進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)為2?5次。
[0020] 本發(fā)明公開了一種大面積石墨烯中間體的制備方法，該制備方法操作簡單，適宜 規(guī)?；a(chǎn)，可間接得到大面積石墨烯；基底材料的設(shè)置使石墨烯在轉(zhuǎn)移過程中可省去目 標(biāo)襯底，以中間產(chǎn)物的形式單獨(dú)儲存，避免了石墨烯再轉(zhuǎn)移過程中易破損的現(xiàn)象，使石墨烯 再轉(zhuǎn)移操作方便。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù) 以實(shí)施。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 一種大面積石墨烯中間體的制備方法，其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括，
[0024] 步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所 述孔的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高溫膜選用聚丙 烯耐高溫保護(hù)膜。所述孔呈方孔、圓孔或異形孔；單個孔的面積為l〇cm 2。所述金屬基片為 20 μ m厚的銅，純度達(dá)到99. 9%。
[0025] 步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于lOOOPa大氣壓下，通入Ar 氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至850°C，保溫25min，通入碳源氣體，保持8min，停止通氣，退 火，冷卻至室溫，所述孔沿處及所述金屬基片表面生長形成石墨烯薄膜；步驟2中所述碳源 氣體為甲烷。
[0026] 步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠 黏劑，形成膠黏層；所述步驟3中膠黏劑呈液態(tài)為液態(tài)透明硅膠，所述液態(tài)透明硅膠透光率 大于95 %，霧度小于1 %，涂膜厚度為5 μ m。
[0027] 步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金 屬基片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。步驟4中所述腐蝕溶 液為三氯化鐵溶液。步驟4采用去離子水對基體表面進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)為2次。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 一種大面積石墨烯中間體的制備方法，其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括，
[0030] 步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所 述孔的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高溫膜選用聚丙 烯耐高溫保護(hù)膜。所述孔呈圓孔；單個孔的面積為150cm 2。所述金屬基片為30 μ m厚的鎳， 純度達(dá)到99. 9%。
[0031] 步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于1500Pa大氣壓下，通入Ar 氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至l〇80°C，保溫35min，通入碳源氣體，保持18min，停止通氣， 退火，冷卻至室溫，所述孔沿處及所述金屬基片表面生長形成石墨烯薄膜；步驟2中所述碳 源氣體為乙烯。
[0032] 步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠 黏劑，形成膠黏層；所述步驟3中膠黏劑呈液態(tài)，所述膠黏劑為液態(tài)透明硅膠，所述液態(tài)透 明硅膠透光率大于95%，霧度小于1%，涂膜厚度為5?15 μ m。
[0033] 步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金 屬基片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。步驟4中所述腐蝕溶 液為硝酸。步驟4采用去離子水對基體表面進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)為5次。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 一種大面積石墨烯中間體的制備方法，其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括，
[0036] 步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所 述孔的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材；所述耐高溫膜選用聚丙 烯耐高溫保護(hù)膜。所述孔呈三角孔；單個孔的面積為100cm 2。所述金屬基片為25 μ m厚的 銅，純度達(dá)到99.9%。
[0037] 步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于1200Pa大氣壓下，通入Ar 氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至l〇〇〇°C，保溫30min，通入碳源氣體，保持12min，停止通氣， 退火，冷卻至室溫，所述孔沿處及所述金屬基片表面生長形成石墨烯薄膜；步驟2中所述碳 源氣體為乙炔。
[0038] 步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠 黏劑，形成膠黏層；所述步驟3中膠黏劑呈膜狀，透光率大于95 %，霧度小于1 %，厚度為 5 ?15 μ m〇
[0039] 步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金 屬基片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。步驟4中所述腐蝕溶 液為過硫酸銨溶液。步驟4采用去離子水對基體表面進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)為3次。
[0040] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列
【權(quán)利要求】
1. 一種大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，包括， 步驟1)以耐高溫膜作為基底，在所述基底上切割出至少兩個彼此相連的孔，在所述孔 的孔沿處涂覆金屬粉，并將金屬基片嵌于所述孔中，制得基材； 步驟2)將步驟1)中制得的基材放入反應(yīng)室，抽真空，于1000?1500Pa大氣壓下，通 入Ar氣和氫氣，將反應(yīng)室溫度加熱至850?1080°C，保溫25?35min，通入碳源氣體，保持 8?18min，停止通氣，退火，冷卻至室溫，所述孔沿處及所述金屬基片表面生長形成石墨烯 薄膜； 步驟3)刮除金屬基片一側(cè)的石墨烯，并在另一側(cè)的基材上及金屬片表面粘設(shè)膠黏劑， 形成膠黏層； 步驟4)將步驟3)中刮除掉石墨烯的金屬基片一側(cè)浸泡在腐蝕溶液中，腐蝕掉金屬基 片，并對基體表面進(jìn)行清洗，從而得到面積擴(kuò)大的石墨烯中間體。
2. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，所述耐高溫膜 選用聚丙烯耐高溫保護(hù)膜。
3. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，所述孔呈方孔、 圓孔或異形孔；單個孔的面積為10?150cm 2.
4. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，所述金屬基片 為20?30 μ m厚的銅或鎳，純度達(dá)到99. 9%。
5. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，步驟2中所述碳 源氣體包括甲烷、乙烯或乙炔。
6. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中膠 黏劑呈液態(tài)或膜狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，所述膠黏劑為 液態(tài)透明硅膠，所述液態(tài)透明硅膠透光率大于95%，霧度小于1 %，涂膜厚度為5?15 μ m。
8. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，步驟4中所述腐 蝕溶液為三氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液、過硫酸鈉溶液或硝酸。
9. 如權(quán)利要求1所述的大面積石墨烯中間體的制備方法，其特征在于，步驟4采用去離 子水對基體表面進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)為2?5次。
【文檔編號】C01B31/04GK104098090SQ201410374116
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】金闖, 楊曉明 申請人:蘇州斯迪克新材料科技股份有限公司