一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，屬于石墨烯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是近年來發(fā)現(xiàn)的二維納米材料，具有眾多優(yōu)異性能。其中，極高的透過率及超高的載流子迀移率，使其可作為全新的透明導(dǎo)電材料而備受工業(yè)界關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有成熟的石墨烯規(guī)?；苽涞姆椒ㄊ腔瘜W(xué)氣相沉積法(CVD)，CVD法制備石墨烯一般選用不透明的金屬作為生長(zhǎng)基底，例如銅箔、鎳箔等。然而，實(shí)際應(yīng)用中通常需將石墨烯轉(zhuǎn)移到其它基底，例如柔性透明的PET、PEN基底?，F(xiàn)有石墨烯轉(zhuǎn)移方法需借助過度支撐材料，如PMMA，硅膠薄膜、熱釋膠帶等，并配合濕法溶銅工藝，通過兩次貼合過程將石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底。存在操作過程復(fù)雜，石墨烯易破損，轉(zhuǎn)移效率低、成本高，溶銅廢液污染等問題。此外，CVD生長(zhǎng)石墨烯方阻較高，不能直接應(yīng)用，必須對(duì)其進(jìn)行摻雜以降低方阻，而摻雜所用的小分子摻雜劑，例如乙二胺、硝酸、氯金酸等，與石墨烯作用力弱，易揮發(fā)迀移，放置過程中導(dǎo)致石墨烯方阻不斷增加，均勻性惡化，嚴(yán)重限制了石墨烯的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述【背景技術(shù)】中的不足，本發(fā)明提供一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，避免不穩(wěn)定的摻雜工藝，提高石墨烯電性能均勻穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
[0005]本發(fā)明提供的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，該方法步驟如下:
[0006]步驟SOl，在轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底(01)表面涂布一層彈性透明涂層(02)，形成目標(biāo)基底/彈性透明涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)I;所述彈性透明涂層(02)為聚二甲基硅氧烷、聚苯基硅氧烷及它們的共聚物，或者為甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯中一種或幾種的共聚物，或者為包含聚環(huán)氧丙烷軟連段的聚氨酯;所述彈性透明涂層(02)的厚度為10?40um;
[0007]步驟S02，通過滾壓方式將生長(zhǎng)有石墨烯的銅箔與步驟SOl中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)I壓合，形成由目標(biāo)基底(01)、彈性透明涂層(02)、石墨烯(03)和生長(zhǎng)基底銅箔(04)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)2;其中，壓合的壓力范圍為0.1MPa至0.6Mpa，加熱溫度范圍為50?130°C ;
[0008]步驟S03，將步驟S02所述復(fù)合結(jié)構(gòu)2通過滾壓壓緊，浸于電解質(zhì)溶液中，同時(shí)加電，鼓泡使石墨烯與生長(zhǎng)基底銅箔(04)分離并貼合轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上(01)，形成目標(biāo)基底
(01)、彈性透明涂層(02)、石墨烯(03)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)3;其中，所施加壓力范圍為
0.1MPa至IMpa，加電電流范圍為I?10A;
[0009]步驟S04，將步驟S03中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行沖洗并吹干；
[0010]步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04，在已轉(zhuǎn)移石墨烯表面再次疊層轉(zhuǎn)移石墨烯，直到所需石墨烯層數(shù)，形成目標(biāo)基底(01)、彈性透明涂層(02)、多層石墨烯(03)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)4。
[0011 ]本發(fā)明通過對(duì)石墨烯轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底涂布彈性透明涂層改性，結(jié)合電化學(xué)鼓泡剝離方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯快速完整轉(zhuǎn)移，根據(jù)實(shí)際需求轉(zhuǎn)移多層堆疊石墨烯，降低石墨烯方阻并提高石墨烯電學(xué)性能均勻性和穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化了石墨烯薄膜生產(chǎn)工藝，克服了上述【背景技術(shù)】中的不足。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所涉及的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法步驟流程圖，其中，SOl為步驟SOl，S02為步驟S02，S03為步驟S03，S04為步驟S04，S05為步驟S05。
[0013]圖2為本發(fā)明中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)I示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)2示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)3示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)4示意圖。
[0017]圖2至圖5中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件為:01為目標(biāo)基底，02為彈性透明涂層，03為石墨稀，04為生長(zhǎng)基底銅猜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所涉及的方法進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0019]本發(fā)明的方法流程如圖1所示，轉(zhuǎn)移過程中涉及的復(fù)合結(jié)構(gòu)如圖2至圖5所示；
[0020]實(shí)施例一
[0021]本實(shí)施例為本發(fā)明所涉及的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，具體步驟如下:
[0022]步驟SOl，將聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂布于目標(biāo)基底聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)01表面，加熱固化干燥后形成厚度約15微米的彈性透明涂層02，形成PET/PDMS的復(fù)合結(jié)構(gòu)I如圖2;
[0023]步驟S02，將步驟SOl得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)I與生長(zhǎng)石墨烯03滾壓貼合，壓力為0.2Mpa，加熱溫度為50°C，形成PET/PDMS/石墨烯/銅箔基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)2如圖3;
[0024]步驟S03，對(duì)步驟S02中所得到復(fù)合結(jié)構(gòu)2再次加壓貼合，壓力為0.5MPa，同時(shí)施加電流為4A，浸于電解質(zhì)水溶液中，通電鼓泡使石墨烯03與生長(zhǎng)基底銅箔04分離，形成PET/PDMS/石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)3如圖4;
[0025]步驟S04，對(duì)步驟S03中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行水沖洗處理并烘干；
[0026]步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04兩次，得到三層堆疊石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)4如圖5。
[0027]本實(shí)施例中得到的三層堆疊石墨烯方阻為167± 11歐方，室溫放置三個(gè)月后方阻為165 ±9歐方，方阻值均勻穩(wěn)定。
[0028]實(shí)施例二
[0029]本實(shí)施例為本發(fā)明所涉及的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，具體步驟如下:
[0030]步驟SOI，將二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷共聚物涂布于目標(biāo)基底聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)Ol表面，加熱固化干燥后形成厚度約15微米的彈性透明涂層02，形成PET目標(biāo)基底/共聚硅氧烷彈性透明涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)I如圖2;
[0031]步驟S02，將步驟SOl得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)I與生長(zhǎng)石墨烯03滾壓貼合，壓力為0.3Mpa，加熱溫度為80°C，形成PET目標(biāo)基底/共聚硅氧烷彈性透明涂層/石墨烯/銅箔基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)2如圖3;
[0032]步驟S03，對(duì)步驟S02中所得到復(fù)合結(jié)構(gòu)2再次加壓貼合，壓力為0.1MPa，同時(shí)施加電流為3A，浸于電解質(zhì)水溶液中，通電鼓泡使石墨烯03與生長(zhǎng)基底銅箔04分離，形成PET目標(biāo)基底/共聚硅氧烷彈性透明涂層/石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)3如圖4;
[0033]步驟S04，對(duì)步驟S03中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行水沖洗處理并烘干；
[0034]步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04四次，得到五層堆疊石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)4如圖5。
[0035]本實(shí)施例中得到的三層堆疊石墨烯方阻為89±8歐方，室溫放置三個(gè)月后方阻為85 ±6歐方，方阻值均勾穩(wěn)定。
[0036]實(shí)施例三
[0037]本實(shí)施例為本發(fā)明所涉及的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，具體步驟如下:
[0038]步驟SOl，將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異辛酯及丙烯酸四氫呋喃酯共聚物溶液涂布于目標(biāo)基底(PET)Ol表面，加熱固化干燥后形成厚度約30微米的彈性透明涂層02，得到PET目標(biāo)基底/共聚丙烯酸酯彈性透明涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)I如圖2;
[0039]步驟S02，將步驟SOl得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)I與生長(zhǎng)石墨烯03滾壓預(yù)貼合，壓力為
0.5Mpa，加熱溫度為90 V，形成PET目標(biāo)基底/共聚丙烯酸酯彈性透明涂層/石墨烯/銅箔基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)2如圖3;
[0040]步驟S03，對(duì)步驟S02中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)2再次加壓貼合，壓力為0.8MPa，同時(shí)施加IA電流。并浸于電解質(zhì)水溶液中，通電鼓泡使石墨烯03與生長(zhǎng)基底銅箔04分離，形成PET目標(biāo)基底/共聚丙烯酸酯彈性透明涂層/石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)3如圖4;
[0041]步驟S04，對(duì)步驟S03中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行水沖洗處理并烘干；
[0042]步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04—次，得到兩層堆疊石墨烯結(jié)構(gòu)。
[0043]本實(shí)施例中得到的兩層層堆疊石墨烯方阻為207± 13歐方，室溫放置三個(gè)月后方阻為201 ±10歐方，方阻值均勻穩(wěn)定。
[0044]實(shí)施例四
[0045]本實(shí)施例為本發(fā)明所涉及的一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，具體步驟如下:
[0046]步驟SOl，將含有聚環(huán)氧丙烷軟段和異氟爾酮二異氰酸酯硬段的聚氨酯(PU)溶液涂布于(PET)表面，加熱固化干燥后形成厚度約37微米的彈性透明涂層02;
[0047]步驟S02，將涂布有彈性涂層的PET基底01與生長(zhǎng)石墨烯03滾壓預(yù)貼合，壓力為
0.4Mpa，熱壓溫度為60°C，形成PET/PU彈性透明涂層/石墨烯/銅箔基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)2如圖3;
[0048]步驟S03，對(duì)步驟S02中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)再次滾壓加壓，壓力為0.3MPa，同時(shí)施加2A電流，并浸于電解質(zhì)水溶液中，通電鼓泡使石墨烯03與生長(zhǎng)基底銅箔04分離，形成PET/PU彈性透明涂層/石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)3如圖4;
[0049]步驟S04，對(duì)步驟S03中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行水沖洗處理并烘干；
[0050]步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04三次，得到四層堆疊石墨烯結(jié)構(gòu)4如圖5。
[0051]本實(shí)施例中得到的四層堆疊石墨烯方阻為107±7歐方，室溫放置三個(gè)月后方阻為101 ±7歐方，方阻值均勻穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該方法步驟如下: 步驟SOl，在轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底(01)表面涂布一層彈性透明涂層(02)，形成目標(biāo)基底/彈性透明涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)I;所述彈性透明涂層(02)為聚二甲基硅氧烷、聚苯基硅氧烷及它們的共聚物，或者為甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯中一種或幾種的共聚物，或者為包含聚環(huán)氧丙烷軟連段的聚氨酯;所述彈性透明涂層(02)的厚度為10?40um; 步驟S02，通過滾壓方式將生長(zhǎng)有石墨烯的銅箔與步驟SOl中得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)I壓合，形成由目標(biāo)基底(01)、彈性透明涂層(02)、石墨烯(03)和生長(zhǎng)基底銅箔(04)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)2;其中，壓合的壓力范圍為0.1MPa至0.6Mpa，加熱溫度范圍為50?130°C ; 步驟S03，將步驟S02所述復(fù)合結(jié)構(gòu)2通過滾壓壓緊，浸于電解質(zhì)溶液中，同時(shí)加電，鼓泡使石墨烯與生長(zhǎng)基底銅箔(04)分離并貼合轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上(01)，形成目標(biāo)基底(01)、彈性透明涂層(02)、石墨烯(03)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)3;其中，所施加壓力范圍為0.1MPa至IMpa，加電電流范圍為I?10A; 步驟S04，將步驟S03中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)3進(jìn)行沖洗并吹干； 步驟S05，重復(fù)步驟S02至步驟S04，在已轉(zhuǎn)移石墨烯表面再次疊層轉(zhuǎn)移石墨烯，直到所需石墨烯層數(shù)，形成目標(biāo)基底(01)、彈性透明涂層(02)、多層石墨烯(03)依次組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)4 ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯多層堆疊轉(zhuǎn)移方法，操作步驟為：步驟S01，在轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底表面涂布一層彈性透明涂層；步驟S02，通過滾壓方式將生長(zhǎng)有石墨烯的銅箔與涂布彈性透明涂層的目標(biāo)基底熱壓合；步驟S03，將得到壓合結(jié)構(gòu)繼續(xù)通過滾壓壓緊，浸于電解質(zhì)溶液中，同時(shí)加電鼓泡使石墨烯與銅箔分離并貼合轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上；步驟S04，對(duì)轉(zhuǎn)移石墨烯表面進(jìn)行沖洗并吹干；步驟S05，重復(fù)步驟S02到步驟S04，在已轉(zhuǎn)移石墨烯表面再次疊層轉(zhuǎn)移石墨烯，直到所需石墨烯層數(shù)。本發(fā)明通過對(duì)石墨烯轉(zhuǎn)移目標(biāo)基底涂布彈性涂層改性，結(jié)合電化學(xué)鼓泡剝離方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯快速完整轉(zhuǎn)移，根據(jù)實(shí)際需求轉(zhuǎn)移多層堆疊石墨烯，提高石墨烯電學(xué)性能均勻性和穩(wěn)定性。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105621401
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510996718
【發(fā)明人】姜浩, 馬金鑫, 高翾, 徐鑫, 李朝龍, 李占成, 史浩飛
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日