CN107512714A - 一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移结构与方法，通过喷涂一层聚合物，在金属基底上生长的大面积石墨烯薄膜表面形成一层保护层，并将其置于电解液中与电源负极相连，采用石墨等导电电极置于电解液中并与电源正极相连，利用电解过程中金属基底与石墨烯之间形成的微小气泡实现石墨烯与金属衬底的分离，并将其转移到目标衬底上，本发明的优点是可实现大面积石墨烯薄膜的低损伤快速转移，同时金属基底可重复利用。
Description
技术领域
本发明属于材料制备和加工领域，具体涉及一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。近年来，石墨烯薄膜的制备方法和工艺主要有机械剥离法、氧化还原法、外延生长法以及化学气相沉积(CVD)法。CVD法制备的石墨烯薄膜面积大、质量高层数可控，因此该方法成为目前制备石墨烯薄膜的最有效的方法。其以金属如铜、镍等作为基底和催化剂，利用含碳有机气体如甲烷、乙炔等碳源的分解与沉积，从而实现石墨烯薄膜的连续生长，获得附着于金属基底上的石墨烯薄膜。在实际应用中，通常要求石墨烯薄膜位于石英玻璃、硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯等基底或者器件的功能层薄膜上，因此，如何将生长在金属基底上的石墨烯薄膜转移到目标衬底上至关重要。
石墨烯薄膜的转移方法很多，其中使用聚合物作为保护层并溶解金属基底的方法是非常重要的一种方法。该方法是在生长于金属基底上的石墨烯表面旋涂一层聚合物支撑层，通过腐蚀溶液将金属溶解，得到自由的聚合物/石墨烯薄膜，再将其转移到目标衬底。该方法是目前被研究最多的方法，有着工艺稳定、转移技术成熟、操作过程较简单等优点，但同时该方法也具有金属基底不可重复利用性以及时间消耗长等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移结构,在金属基底上有石墨烯二维材料，石墨烯二维材料上涂覆有聚合物保护层，石墨烯二维材料通过共价键与柔性载体之间形成界面层。
所述石墨烯二维材料和金属基底基于电化学自分离系统进行分离。所述电化学自分离系统中，以烘干后的聚合物保护层/石墨烯/金属基底为阴极，惰性电极为阳极，NaOH为电解质，搭建电解池装置；通上直流电压，石墨烯/金属基底的表面产生大量的H2气泡，从而提供一种温和而持久的力，使得聚合物保护层/石墨烯沿着金属基底的边缘逐渐与金属基底分离。
所述聚合物保护层的材料为PMMA，所述金属基底的材料是铜箔或者铜镍合金，所述的柔性载体是PET。
所述石墨烯二维材料通过化学气相方法生成在金属基底上。
本发明还提供了一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法，其特征在于，通过喷涂一层聚合物，在金属基底上生长的大面积石墨烯薄膜表面形成一层保护层，并将其置于电解液中与电源负极相连，采用石墨等导电电极置于电解液中并与电源正极相连，利用电解过程中金属基底与石墨烯之间形成的微小气泡实现石墨烯与金属衬底的分离，并将其转移到目标衬底上。
所述金属基底是铜、镍或者铜镍合金，所述惰性电极是石墨或不锈钢。
与现有技术相比，本发明的优点是：
降低了时间消耗并能同时保证金属基底可重复利用，并且可以进行大面积石墨烯的转移。
附图说明
图1为喷枪喷涂PMMA示意图。
图2为电解装置示意图。
图3为转移到PET上的石墨烯示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明提供了一种基于电化学自分离的大面积低损伤的转移石墨烯的结构，参照图1，石墨烯二维材料1通过化学气相方法等方法生长在金属基底2上，石墨烯二维材料1上涂覆有聚合物保护层3，石墨烯二维材料1通过共价键与柔性载体9之间形成界面层8。
参照图2，石墨烯二维材料1和金属基底2基于电化学自分离系统进行分离。所述电化学自分离系统中，以烘干后的聚合物保护层3/石墨烯二维材料1/金属基底2的整体为阴极7，惰性电极5为阳极，NaOH为电解质6，搭建电解池装置；通上直流电压4，石墨烯二维材料1/金属基底2与电解质6接触位置会产生大量的H2气泡，从而提供一种温和而持久的力，使得聚合物保护层3/石墨烯二维材料1沿着金属基底2的边缘逐渐与金属基底2分离。
将聚合物保护层3/石墨烯二维材料1转移到去离子水中，静置30min,以去除电解液。
本发明中，聚合物保护层3的材料为PMMA，金属基底2是铜箔或者镍箔或者铜镍合金，柔性载体9是PET。
如图3所示，将聚合物保护层3/石墨烯二维材料1转移至柔性衬底9上，静置30min,使衬底上的水分自然挥发。
使用烘盘对聚合物保护层3/石墨烯二维材料1/柔性衬底9样品进行后烘，后烘温度为90℃，时间为1h。后烘的主要目的是提高石墨烯与目标衬底的粘附度。
将聚合物保护层3/石墨烯二维材料1/柔性衬底9样品浸泡在丙酮中，30min后聚合物保护层3会溶于丙酮。然后用无水酒精及去离子水清洗，最后使用氮气吹干即得到了转移好的石墨烯二维材料1。
Claims (2)
1.一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法，其特征在于，通过喷涂一层聚合物，在金属基底上生长的大面积石墨烯薄膜表面形成一层保护层，并将其置于电解液中与电源负极相连，采用石墨等导电电极置于电解液中并与电源正极相连，利用电解过程中金属基底与石墨烯之间形成的微小气泡实现石墨烯与金属衬底的分离，并将分离后的石墨烯转移到目标衬底上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属基底是铜、镍或者铜镍合金，所述惰性电极是石墨或不锈钢。
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