理论教育 石墨烯转移技术:保护薄膜的涂抹方式常见问题

石墨烯转移技术:保护薄膜的涂抹方式常见问题

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:当前,人们已合成了各种大小和类型的石墨烯,如从几毫米的单晶石墨烯[周等2013]到几米的多晶体石墨烯片[裴等,2010]。在不损坏石墨烯的情况下,从金属转移不同类型的石墨烯至目标基底上是至关重要的一步。1)在生长于铜箔、镍或硅/二氧化硅基底或任意其他基底的石墨烯上用黏合剂涂上一层保护薄膜。因此转移石墨烯的方式注定不是一成不变的。

石墨烯转移技术:保护薄膜的涂抹方式常见问题

石墨烯成功应用于商业领域取决于:合成优质石墨烯的适当方法,转移石墨烯至确定的基底,以及根据特殊应用的要求,对石墨烯进行掺杂。虽然理想方式是将石墨烯合成到所需的基底上,但目前为止我们尚未达到该目标;现阶段,我们通过使用聚甲基丙烯酸甲酯作为牺牲层,或者通过一种基于聚二甲基硅氧烷弹性印章的干燥方法,将在铜箔、镍或二氧化硅/硅上合成的石墨烯转移至其他基板。这一关键的方法对电流流经石墨烯装置十分必要,因为导电衬底/催化剂会阻碍电流。因此,有必要将石墨烯转移至绝缘层[科兹斯基等(Kedzierski et al.),2009]。

为在商业应用中经济地大规模制造石墨烯,我们在实验中努力避免使用金属箔。因此,有必要开发不使用金属箔的工序。其次,为实现逐步增加石墨烯薄膜的产量,开发的转移工序必须能够采用统一有效的方式和工业兼容的方法。卷对卷式工序可为最佳方式,并为未来的应用提供了新的可能性。

当前,人们已合成了各种大小和类型的石墨烯,如从几毫米的单晶石墨烯[周等(Zhou et al.)2013]到几米的多晶体石墨烯片[裴等(Bae et al.),2010]。在不损坏石墨烯的情况下,从金属转移不同类型的石墨烯至目标基底上是至关重要的一步。而在此之前,人们已经尝试过数种转移方法。在本小节,我们将讨论各种将合成石墨烯片转移至理想基底的工序以及规模化生产的潜在可能性(即石墨烯片是否可进行大规模生产)。而无论采用何种转移方法,应基本包括以下步骤。

1)在生长于铜箔、镍或硅/二氧化硅基底或任意其他基底的石墨烯上用黏合剂涂上一层保护薄膜。

2)用刻蚀剂去掉基底,如用0.1mol/L的过氧硫酸铵水溶液[乔等(Jo et al.),2005]或者三氯化铁溶液除去铜箔。采用热或化学处理方法可完整去除聚合物。(www.daowen.com)

3)直接从聚合物载体转移石墨烯至理想的基底,或采用卷对卷式转移。

在此必须指出,合成石墨烯的方法不同,所用的基底也不同(详见第7章)。因此转移石墨烯的方式注定不是一成不变的。例如:通过化学气相沉积方法合成的石墨烯可通过卷对卷式转移方法进行加工,但该转移方法可能不适用于通过其他工艺合成的石墨烯(如用机械剥离法或化学剥离法处理的作为前驱体材料的多层石墨)。同样,并非所有转移技术都适用于化学气相沉积方法合成的石墨烯。

在转移过程中,单层石墨烯则暴露出更多问题,因为脆弱的单层石墨烯可能会在转移过程中遭到损坏或者目标基底与石墨烯之间的定位不精确;其次,假如在水溶液中进行转移,还有可能出现液体陷在石墨烯与目标基底之间的界面空间的情况。

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