理论教育 片式石墨烯薄膜转移装置的优化设计

片式石墨烯薄膜转移装置的优化设计

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前广泛使用的石墨烯手动转移方法效率低,重复性主要依赖操作技巧。图3-43石墨烯自动转移装置的结果示意图及内部原理石墨烯自动转移装置各组件及连接的示意图;PTFE自动化转移系统的装样架;由于石墨烯薄膜和自组装处理过的管壁内墙间的毛细管作用和静电排斥力,薄膜在容器管里居中原理的示意图转移过程如下。随着金属基底被刻蚀掉,薄膜自动居中机理开始发挥作用;当金属完全被刻蚀后,PMMA/石墨烯薄膜会位于容器管的中央。

片式石墨烯薄膜转移装置的优化设计

目前广泛使用的石墨烯手动转移方法效率低,重复性主要依赖操作技巧。Bosca等基于全流体控制的方法,开发了一种自动化转移CVD法制备石墨烯薄膜的装置,以避免对石墨烯造成机械破坏、应力拉伸和污染。结合毛细管作用和石墨烯与容器间的静电排斥力,可以保证样品位于目标基底的正上方。与手动转移方法相比,自动转移装置得到的石墨烯载流子迁移率和产量都有很大的提高,转移装置示意图如图3-43所示。

图3-43 石墨烯自动转移装置的结果示意图及内部原理 (www.daowen.com)

(a)石墨烯自动转移装置各组件及连接的示意图;(b)PTFE自动化转移系统的装样架;(c)由于石墨烯薄膜和自组装处理过的管壁内墙间的毛细管作用和静电排斥力,薄膜在容器管里居中原理的示意图

转移过程如下。在开始自动转移系统的操作之前,目标基底装载在基底架上,将温度升至60℃以保证在30min内完成转移。随着金属基底被刻蚀掉,薄膜自动居中机理开始发挥作用;当金属完全被刻蚀后,PMMA/石墨烯薄膜会位于容器管的中央。然后,蠕动泵将容器管中的蚀刻液抽出直到最低液面,再加入去离子水稀释容器管中蚀刻液,重复以上两个步骤,直至几乎完全去除容器管中蚀刻液离子。整个转移过程需要大约2h,对于11cm2的样品,需要400mL去离子水清洗。通过优化系统设计,可以减少时间和去离子水的需求量。该方法虽然提高了湿法转移过程的自动化程度,减少了人为的手动操作,但是清洗样品的操作步骤略微复杂、耗时过长,且对于大面积的石墨烯样品(如30cm×30cm),转移成功率会下降。

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