CN102602916A - 一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，包括以下步骤：1)将石墨烯薄膜表面旋涂高分子聚合物保护膜；然后从基底剥离下来；2)用去离子水将剥离下来的薄膜漂洗干净；3)将漂洗干净的薄膜转移至表面平整的海绵结构聚合物的表面，再将海绵结构聚合物烘干；4)将烘干的海绵结构聚合物放入去离子水中，将石墨烯-高分子聚合物薄膜从海绵结构聚合物的表面剥离到去离子水中，再转移至任意所需要的衬底上。本发明首次提出了石墨烯薄膜的无损运输和方便使用，具有制备工艺简单可靠，成本低廉、运输方便、使用方便等优点，具有很大的市场应用潜力，大大方便了广大的石墨烯研究工作者的使用，对促进石墨烯相关技术的研究和相关产品的出现具有重大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯薄膜的应用方法，具体涉及一种大面积石墨烯薄膜的应用方法，尤其涉及一种大面积石墨烯的异地应用方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)，又称单层石墨，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，透光率为97.7％。具有以下优异性能：如导热系数高，电子迁移率高，目前世上电阻率最小，厚度最薄、比表面积也较大，超过金刚石的强度、弹性模数和导热率，室温下也可呈现量子霍尔效应，透射率为100％的通道效应，负折射率等等。
其目前主要应用如下：可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管；可用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池；可作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器，或是理想的阻挡膜(Barrier Film)；可用于超高精度的气体传感器和应变传感器；可用于通信领域，已造出了超高速的光调制器等等。石墨烯可预见的应用主要有(1)：“触摸面板”最快于2012年面世。(2)2013年将实现以500GHz频率工作的高速石墨烯晶体管和光学元件。(3)“太阳能电池”——石墨烯成为大幅提高转换效率的王牌材料。(4)大容量大功率即将实现，对于电池等化学反应发生的表面积和半导体间接合面积越大，材料利用效率就越高的产品而言，没有理由不利用石墨烯这一特点。
要实现上述应用的前提条件是，能够制备大面积的石墨烯薄膜并将其安全、便捷地转移至目标衬底上。当前对于石墨烯的研究和报道主要集中于它的控制的合成、转移以及器件应用。对于很多器件研究工作者来说，获得大面积石墨烯薄膜目前仍是一个很大的挑战，更重要的是，关于从基底剥离的大面积石墨烯薄膜如何能够实现安全的转移运输和便捷的异地使用还未见报道。现有的石墨烯薄膜转移技术都存在诸多问题，例如转移过程中容易造成石墨烯的破损或引入其他杂质，从而影响了石墨烯的性能，或者转移的工艺操作复杂、不易控制等等。而且这些现有的转移方法都不能解决石墨烯薄膜制备完成后，离开制备地的异地应用的问题。这是阻碍石墨烯薄膜的后续工业应用和研究的最大瓶颈。因此，本发明提供一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，大大的方便了石墨烯薄膜的应用和研究，对促进石墨烯相关产品和技术的研发具有重大的推动意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有石墨烯使用和运输的困难，提出一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，该发明方法工艺简单、经济环保，可以极大的方便任何石墨烯薄膜的相关研究工作者，对促进石墨烯相关产品的出现和科技的进步具有极大的推进作用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
提供一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，包括以下步骤：
1)将石墨烯薄膜表面旋涂高分子聚合物保护膜；然后将旋涂了高分子聚合物的石墨烯薄膜从基底剥离下来；
2)用去离子水将步骤1)剥离下来的薄膜漂洗干净；
3)将步骤2)漂洗干净的薄膜转移至表面平整的海绵结构聚合物的表面，再将表面平整的海绵结构聚合物烘干；
4)将步骤3)烘干的海绵结构聚合物放入去离子水中，将石墨烯-高分子聚合物薄膜从海绵结构聚合物的表面剥离到去离子水中，得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-高分子聚合物薄膜；将去离子水中漂浮的薄膜转移至任意所需要的衬底上，即可实现大面积石墨烯的异地应用。
步骤1)所述的石墨烯薄膜优选化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯薄膜；所述的石墨烯薄膜可以是n型的或p型的，也可以是单层的或者多层的，也可以是经过任意表面处理或者任意掺杂的。
步骤1)所述的高分子聚合物可以选自PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PS(聚苯乙烯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)；优选PMMA。
当高分子聚合物为PDMS时，所述旋涂使用时需加入占高分子聚合物溶液总重量5％-15％的固化剂。
当高分子聚合物是PS时，所述旋涂使用时需将PS溶于氯苯中，使PS在溶液中的重量百分比为5％-10％。
当高分子聚合物是PMMA时，所述旋涂使用时需将PMMA溶于苯甲醚溶液，使溶液中的PMMA重量百分比浓度为3％-20％。
步骤1)所述的剥离可以是现有技术的各种实现剥离的方法，例如可以利用溶液刻蚀基底等方法。
步骤3)所述的海绵结构聚合物可以为表面平整的任意厚度、任意大于所述石墨烯薄膜的面积的纳米海绵或普通海绵等。
步骤3)所述的将薄膜转移至表面平整的海绵结构聚合物的表面，优选转移后涂有高分子聚合物的一面向外，未涂高分子聚合物的石墨烯薄膜一面附着海绵结构聚合物。
步骤3)所述的烘干优选在60～200℃下进行。
本发明优选的应用方法，包括以下步骤：
步骤1)将石墨烯从生长基底剥离：
将CVD法生长的大面积石墨烯连同基底切出合适大小的面积，利用旋涂的方法在表面旋涂一层PMMA重量百分比浓度为3％-20％的苯甲醚溶液，而后利用溶液刻蚀基底的方法将石墨烯-PMMA从基底剥离下来；
步骤2)清洗石墨烯-PMMA薄膜：
将步骤1)从基底剥离下来的石墨烯-PMMA薄膜放入去离子水中多次漂洗，直到将刻蚀液清洗干净；
步骤3)便于运输和使用的石墨烯-PMMA薄膜的制备：
将步骤2)清洗干净的石墨烯-PMMA薄膜转移至表面平整的纳米海绵的表面，使转移后涂有PMMA的一面向外，未涂PMMA的石墨烯薄膜一面附着纳米海绵，再将纳米海绵在60～200℃下烘干；
步骤4)
将步骤3)烘干的纳米海绵放入去离子水中，将石墨烯-PMMA薄膜从纳米海绵的表面剥离到去离子水中，这时可得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜，然后转移至任意所需要的衬底上，即可实现大面积石墨烯的异地应用。
目前还未见与本发明相似或者相近的报道出现。本发明的技术方案可以适用于石墨烯薄膜在任意距离之外的异地应用，与现有技术相比，解决了石墨烯薄膜异地应用的运输问题，而且操作简便快捷，还能够保证石墨烯薄膜不受损。
具体实施方式
下面以实施例的方式详细描述本发明的技术方案，但以下实施例并不限定本发明的保护范围。
实施例1：
1、将CVD法生长的铜基底单层石墨烯，切出1cm×1cm的面积。在表面旋涂一层含10％PMMA的苯甲醚溶液，然后将其放入CuSO4∶HCl∶H2O＝10g∶50ml∶50ml的铜刻蚀液中将铜基底刻蚀完毕，得到石墨烯-PMMA薄膜，放入去离子水中将刻蚀液漂洗干净后转移至纳米海绵的表面烘干；
2、将附着大面积石墨烯薄膜的纳米海绵放入去离子水中，将石墨烯-PMMA薄膜从纳米海绵的表面剥离到去离子水中，这时可得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜；
3、将氧化硅片切出一块略大于1cm×1cm的面积，清洗干净后，将漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜转移到氧化硅的表面，可以看出使用起来非常方便。
实施例2：
1、将CVD法生长的铜基底多层石墨烯，切出2cm×2cm的面积。在表面旋涂一层含10％PMMA的苯甲醚溶液，然后将其放入CuSO4∶HCl∶H2O＝10g∶50ml∶50ml的铜刻蚀液中将铜基底刻蚀完毕，得到石墨烯-PMMA薄膜，放入去离子水中将刻蚀液漂洗干净后转移至纳米海绵的表面烘干即；
2、将附着大面积石墨烯薄膜的纳米海绵放入去离子水中，将石墨烯-PMMA薄膜从纳米海绵的表面剥离到去离子水中，这时可得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜；
3、将蓝宝石切出一块略大于2cm×2cm的面积，清洗干净后，将漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜转移到蓝宝石的表面。可以看出使用起来非常方便。
实施例3：
1、将CVD法生长的N掺杂铜基底多层石墨烯，切出1cm×1cm的面积。在表面旋涂一层含10％PMMA的苯甲醚溶液，然后将其放入CuSO4∶HCl∶H2O＝10g∶50ml∶50ml的铜刻蚀液中将铜基底刻蚀完毕，得到石墨烯-PMMA薄膜，放入去离子水中将刻蚀液漂洗干净后转移至纳米海绵的表面烘干；
2、将附着大面积石墨烯薄膜的纳米海绵放入去离子水中，将石墨烯-PMMA薄膜从纳米海绵的表面剥离到去离子水中，这时可得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜；
3、将石英片清洗干净后，将漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜转移到石英片的表面。可以看出使用起来非常方便。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，包括以下步骤：
1)将石墨烯薄膜表面旋涂高分子聚合物保护膜；然后将旋涂了高分子聚合物的石墨烯薄膜从基底剥离下来；
2)用去离子水将步骤1)剥离下来的薄膜漂洗干净；
3)将步骤2)漂洗干净的薄膜转移至表面平整的海绵结构聚合物的表面，再将表面平整的海绵结构聚合物烘干；
4)将步骤3)烘干的海绵结构聚合物放入去离子水中，将石墨烯-高分子聚合物薄膜从海绵结构聚合物的表面剥离到去离子水中，得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-高分子聚合物薄膜；将去离子水中漂浮的薄膜转移至任意所需要的衬底上。
2.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤1)所述的石墨烯薄膜是化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜。
3.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤1)所述的高分子聚合物选自PDMS、PS或PMMA。
4.权利要求3所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：所述的高分子聚合物为PMMA。
5.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤1)所述的高分子聚合物为PDMS，所述旋涂时在PDMS中加入占PDMS重量5％-15％的固化剂。
6.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤1)所述的高分子聚合物为PS，所述旋涂时将PS溶于氯苯中，使PS在溶液中的重量百分比为5％-10％。
7.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤1)所述的高分子聚合物为PDMS，所述旋涂时将PMMA溶于苯甲醚溶液，使溶液中的PMMA重量百分比浓度为3％-20％。
8.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤3)所述的将薄膜转移至表面平整的海绵结构聚合物的表面，是转移后涂有高分子聚合物的一面向外，未涂高分子聚合物的石墨烯薄膜一面附着海绵结构聚合物。
9.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于：步骤3)所述的烘干在60～200℃下进行。
10.权利要求1所述的大面积石墨烯薄膜的异地应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将石墨烯从生长基底剥离：
将CVD法生长的大面积石墨烯连同基底切出合适大小的面积，利用旋涂的方法在表面旋涂一层PMMA重量百分比浓度为3％-20％的苯甲醚溶液，而后利用溶液刻蚀基底的方法将石墨烯-PMMA从基底剥离下来；
步骤2)清洗石墨烯-PMMA薄膜：
将步骤1)从基底剥离下来的石墨烯-PMMA薄膜放入去离子水中多次漂洗，直到将刻蚀液清洗干净；
步骤3)便于运输和使用的石墨烯-PMMA薄膜的制备：
将步骤2)清洗干净的石墨烯-PMMA薄膜转移至表面平整的纳米海绵的表面，使转移后涂有PMMA的一面向外，未涂PMMA的石墨烯薄膜一面附着纳米海绵，再将纳米海绵在60～200℃下烘干；
步骤4)
将步骤3)烘干的纳米海绵放入去离子水中，将石墨烯-PMMA薄膜从纳米海绵的表面剥离到去离子水中，这时可得到漂浮在去离子水表面的石墨烯-PMMA薄膜，然后转移至任意所需要的衬底上，即可实现大面积石墨烯的异地应用。
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