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CN104192832B - 一种转移石墨烯的方法及由该方法得到的石墨烯薄膜 - Google Patents

一种转移石墨烯的方法及由该方法得到的石墨烯薄膜 Download PDF

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CN104192832B CN201410401623.XA CN201410401623A CN104192832B CN 104192832 B CN104192832 B CN 104192832B CN 201410401623 A CN201410401623 A CN 201410401623A CN 104192832 B CN104192832 B CN 104192832B
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金虎
娄晓静
彭鹏
武文鑫
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Abstract

本发明公开了一种转移石墨烯的方法及由该方法得到的石墨烯薄膜,该方法利用双面胶膜将生长在生长基底上的石墨烯转移到目标衬底上。本发明利用很薄的双面胶膜滚压贴合长有石墨烯膜的生长基底,经腐蚀、剥离等方法去除生长基底,再在石墨烯面附膜,另一面贴合目标衬底的方法实现石墨烯从生长基底到目标衬底的转移,工艺简单,能极大地降低转移石墨烯的成本,利用双面胶的黏性,得到与目标衬底结合力好的石墨烯膜,提高了石墨烯和目标衬底的结合力,可以得到完整无缺陷的高质量的石墨烯膜。

Description

一种转移石墨烯的方法及由该方法得到的石墨烯薄膜
技术领域
本发明涉及一种转移石墨烯的方法及由该方法得到的石墨烯薄膜。
背景技术
石墨烯是由sp2轨道杂化的碳原子按正六边形紧密排列成蜂窝状品格的单层二维平面结构其厚度只有0.3354nm。是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯禁带宽度几乎为零,载流子迁移率(1.5×104cm2/(V·s))超过商用硅10倍多,有望取代硅成为纳米电路的理想材料。石墨烯不仅有优异的电学性能和完美的结构,其他方面也表现出奇特的性能,如突出的导热性,高度的透光性,超常的比表面积等,这使得石墨烯在电子、信息、能源和材料等领域具有广阔的应用前景。
石墨烯的很多应用是将其由生长基底转移到目标衬底上,而目前针对化学气相沉积法所得的石墨烯,已发展了诸如采用PMMA、热释放胶带、聚合物黏合剂、静电保护膜等的转移方法来转移石墨烯膜。但目前采用的一些石墨烯转移技术要么步骤繁琐、转移面积受限,要么成本较高,要么经过高温,使得到的石墨烯性能受影响,要么石墨烯与目标衬底的结合力较弱,最终得到的石墨烯不完整。
比如利用PMMA作为媒介转移石墨烯,该方法在转移石墨烯时容易使石墨烯破损,很难得到完整的石墨烯膜,对操作要求精准,也难以转移大面积的石墨烯。
热释放胶带转移石墨烯是将长有石墨烯的生长基底贴合在热释放胶带上,去掉生长基底,再将转有石墨烯的热释放胶带贴合在目标衬底上,然后利用热释放胶带的热释放特性,加热使其失去黏性,石墨烯便转到了目标衬底上。静电保护膜转移石墨烯是利用静电保护膜的静电吸附作用贴合包含生长衬底的石墨烯,然后将生长衬底去除,得到石墨烯/静电保护膜结合体,最后将石墨烯/静电保护膜结合体贴合于目标基底上,释放静电去除静电保护膜,得到石墨烯薄膜。这两种方法的缺陷也很明显:(1)热释放胶膜或者静电保护膜转移石墨烯时,利用高温加热释放胶或者去除静电时,可能会导致释放或者去除静电不完全,使得到的石墨烯不完整,且热释放胶带价格较高,增加了生产成本。采用聚合物黏合剂的方法转移石墨烯,难以精确控制黏合剂层的厚度,要经过UV光照或者加热的方法固化,耗时耗电,在连续生产时增加了生产成本;(2)利用热释放胶带转移石墨烯,热释放胶带价格昂贵,成本增加,在脱胶时还要经过高温烘烤,影响转移的石墨烯性能;(3)用静电保护膜转移的石墨烯,石墨烯与目标衬底的结合较弱,在去除静电时,要么采用高温加热,要么低温冷却,高温影响性能,去除静电不完全时,得到的石墨烯有破损。
发明内容
本发明的第一个目的是解决现有技术存在的问题,提供一种工艺简化、转移成本降低,与目标衬底结合力高,得到的石墨烯完全无缺陷的转移石墨烯的方法。
实现本发明目的的技术方案是一种转移石墨烯的方法,利用双面胶膜将生长在生长基底上的石墨烯转移到目标衬底上。
一种是转移一层石墨烯的方法:步骤一:将双面胶膜的上离型膜撕掉,留下双面胶膜体和下离型膜;
步骤二:准备生长有石墨烯的生长基底,与步骤一处理后的双面胶膜贴合,石墨烯贴合在双面胶膜体上;
步骤三:去除生长基底;
步骤四:在石墨烯上贴合一层保护膜;
步骤五:将双面胶膜体的下离型膜撕掉,将带有保护膜的石墨烯和双面胶膜体贴合在目标衬底上;
步骤六:撕掉保护膜,完成石墨烯由生长基底到目标衬底的转移。
另一种是转移多层石墨烯的方法:步骤一:将双面胶膜的上离型膜撕掉,留下双面胶膜体和下离型膜;
步骤二:准备生长有石墨烯的生长基底,与步骤一处理后的双面胶膜贴合,石墨烯贴合在双面胶膜体上;
步骤三:去除生长基底;
步骤四:准备生长有石墨烯的生长基底,将本步骤中的石墨烯与第三步中的石墨烯贴合;再去除生长基底;根据所需转移的石墨烯的层数,循环本步骤;
步骤四:在位于最上层的石墨烯上贴合一层保护膜;
步骤五:将双面胶膜体的下离型膜撕掉,将带有保护膜的石墨烯和双面胶膜体贴合在目标衬底上;
步骤六:撕掉保护膜,完成石墨烯由生长基底到目标衬底的转移。
这两种方法中所述的贴合为滚压贴合。所述的去除生长基底的方法为化学腐蚀法或者气泡剥离法。所述保护膜为PE膜或PET膜或离型膜或静电保护膜。所述双面胶膜体包括基膜、复合在基膜上面的上胶层和复合在基膜下面的下胶层;上胶层和下胶层均为硅胶或丙烯酸胶或PET胶,厚度均为2~6um,黏度范围为1~500g;基膜为PET膜或者PE膜,厚度为1~50um。作为优选,所述上胶层的黏度小于下胶层的黏度,下胶层的黏度为10~450g;上胶层的黏度为1~100g。所述上离型膜为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为25~180um;所述下离型膜为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为50~180um。
本发明的第二个目的是提供一种石墨烯薄膜。
实现本发明的技术方案是:一种石墨烯薄膜,依次为石墨烯、双面胶膜体和目标衬底;双面胶膜体包括基膜、复合在基膜上面的上胶层和复合在基膜下面的下胶层;上胶层和下胶层的厚度相同或者不相同,范围均为2~50um,黏度相同或者不相同,范围为1~500g;基膜厚度为1~180um。
采用了上述技术方案后,本发明具有以下的积极的效果:(1)本发明利用很薄的双面胶膜滚压贴合长有石墨烯膜的生长基底,经腐蚀、剥离等方法去除生长基底,再在石墨烯面附膜,另一面贴合目标衬底的方法实现石墨烯从生长基底到目标衬底的转移,工艺简单,能极大地降低转移石墨烯的成本,利用双面胶的黏性,得到与目标衬底结合力好的石墨烯膜,提高了石墨烯和目标衬底的结合力,可以得到完整无缺陷的高质量的石墨烯膜。
(2)本发明使用双面胶膜转移,可以减少固化的步骤,对目标基底没有要求,使方法的使用更加简单。
(3)本发明使用的双面胶膜的上胶层和下胶层的黏度可以相同也可不以不同,当黏度不相同时,可以合理控制黏度,更好的利用黏度大的一面与目标基底贴合。
(4)根据本发明的方法还可以得到转有多次石墨烯膜的目标衬底。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
图1为本发明用的双面胶膜的结构示意图。
图2为本发明各步骤的示意图。
附图中标号为:上离型膜1、双面胶膜体2、基膜21、上胶层22、下胶层23、下离型膜3、生长基底4、石墨烯膜5、保护膜6、目标衬底7
具体实施方式
(实施例1)
见图1,本实施例采用的双面胶膜从上往下依次为上离型膜1、双面胶膜体2和下离型膜3。双面胶膜体2包括基膜21、复合在基膜21上面的上胶层22和复合在基膜21下面的下胶层23;上胶层22和下胶层23均为硅胶或丙烯酸胶或PET胶,厚度均为2~50um,优选为2-6um,黏度范围为1~500g;为了得到更好的效果,下胶层23的黏度优选为10~450g,最优选为50-350g,上胶层22的黏度优选为1~100g,最优选为10~50g,基膜为PET膜或者PE膜,厚度为1~180um,优选为1~50um,更优选为1~25um,最优选为2~6um。上离型膜1为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为25~180um;下离型膜3为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为50~180um,优选为100~180um,能在转移石墨烯时起到一定的支撑作用。
见图2,本实施例的转移石墨烯的方法的步骤为:
步骤一:将位于双面胶膜黏性较小一面的上离型膜1撕掉,留下双面胶膜体2和位于黏性较大一面上的下离型膜3;
步骤二:准备生长有石墨烯5的生长基底4,与步骤一处理后的双面胶膜滚压贴合,石墨烯5贴合在双面胶膜体2上;
步骤三:用化学腐蚀法或者气泡剥离法去除生长基底4;
步骤四:在石墨烯5上滚压贴合一层保护膜6;保护膜为PE膜或PET膜或离型膜或静电保护膜。
步骤五:将位于双面胶膜体2黏性较大一面上的下离型膜3撕掉,将带有保护膜6的石墨烯5和双面胶膜体2滚压贴合在目标衬底7上;目标衬底7是厚度为120um、透光率为91%的PET;
步骤六:撕掉保护膜6,完成石墨烯5由生长基底4到目标衬底7的转移。
当然也可以是上胶层22和下胶层23是同样的黏度,在操作时任意撕开离型膜即可。
由上述步骤得到的成品依次为石墨烯5、上胶层22、基膜21、下胶层23和目标衬底7,方阻为430Ω/□,透光率为87.3%。
(实施例2)
本发明的方法与对比文件1原理相同,但可以根据需要转移多层石墨烯。
步骤一:将位于双面胶膜黏性较小一面的上离型膜1撕掉,留下双面胶膜体2和位于黏性较大一面上的下离型膜3;
步骤二:准备生长有石墨烯5的生长基底4,与步骤一处理后的双面胶膜贴合,石墨烯5贴合在双面胶膜体2上;
步骤三:去除生长基底4;
步骤四:准备生长有石墨烯5的生长基底4,将本步骤中的石墨烯5与第三步中的石墨烯5贴合;再去除生长基底4;根据所需转移的石墨烯的层数,循环本步骤;
步骤四:在位于最上层的石墨烯5上贴合一层保护膜6;
步骤五:将位于双面胶膜体2黏性较大一面上的下离型膜3撕掉,将带有保护膜6的石墨烯5和双面胶膜体2贴合在目标衬底7上;
步骤六:撕掉保护膜6,完成石墨烯5由生长基底4到目标衬底7的转移。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转移石墨烯的方法,其特征在于:利用双面胶膜将生长在生长基底(4)上的石墨烯(5)转移到目标衬底(7)上,包括以下步骤:
步骤一:将双面胶膜的上离型膜(1)撕掉,留下双面胶膜体(2)和下离型膜(3);
步骤二:准备生长有石墨烯(5)的生长基底(4),与步骤一处理后的双面胶膜贴合,石墨烯(5)贴合在双面胶膜体(2)上;
步骤三:去除生长基底(4);
步骤四:在石墨烯(5)上贴合一层保护膜(6);
步骤五:将双面胶膜体(2)的下离型膜(3)撕掉,将带有保护膜(6)的石墨烯(5)和双面胶膜体(2)贴合在目标衬底(7)上;
步骤六:撕掉保护膜(6),完成石墨烯(5)由生长基底(4)到目标衬底(7)的转移。
2.一种转移石墨烯的方法,其特征在于:利用双面胶膜将生长在生长基底(4)上的石墨烯(5)转移到目标衬底(7)上,包括以下步骤:
步骤一:将双面胶膜的上离型膜(1)撕掉,留下双面胶膜体(2)和下离型膜(3);
步骤二:准备生长有石墨烯(5)的生长基底(4),与步骤一处理后的双面胶膜贴合,石墨烯(5)贴合在双面胶膜体(2)上;
步骤三:去除生长基底(4);
步骤四:准备生长有石墨烯(5)的生长基底(4),将本步骤中的石墨烯(5)与步骤三中的石墨烯(5)贴合;再去除生长基底(4);根据所需转移的石墨烯的层数,循环本步骤;
步骤五:在位于最上层的石墨烯(5)上贴合一层保护膜(6);
步骤六:将双面胶膜体(2)的下离型膜(3)撕掉,将带有保护膜(6)的石墨烯(5)和双面胶膜体(2)贴合在目标衬底(7)上;
步骤七:撕掉保护膜(6),完成石墨烯(5)由生长基底(4)到目标衬底(7)的转移。
3.根据权利要求1或2所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述的贴合为滚压贴合。
4.根据权利要求1或2所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述的去除生长基底(4)的方法为化学腐蚀法或者电解剥离法。
5.根据权利要求1或2所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述保护膜为PE膜或PET膜或离型膜或静电保护膜。
6.根据权利要求1或2所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述双面胶膜体(2)包括基膜(21)、复合在基膜(21)上面的上胶层(22)和复合在基膜(21)下面的下胶层(23);上胶层(22)和下胶层(23)均为硅胶或丙烯酸胶或PET胶,厚度相同或者不相同,范围均为2~50um,黏度范围为1~500g;基膜(21)为PET膜或者PE膜,厚度为1~180um。
7.根据权利要求6所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述上胶层(22)的黏度小于下胶层(23)的黏度;所述下胶层(23)的黏度为10~450g;上胶层(22)的黏度为1~100g。
8.根据权利要求1或2所述的一种转移石墨烯的方法,其特征在于:所述上离型膜(1)为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为25~180um;所述下离型膜(3)为PET离型膜或PE离型膜或OPP离型膜或BOPET离型膜或BOPP离型膜,厚度为50~180um。
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