CN103358613B - 制备高透过率石墨烯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备高透过率石墨烯的方法：步骤一：利用化学气相沉积法在衬底上生长均匀的石墨烯；步骤二：在目标载体上涂覆一层或一条均匀的粘结物，把衬底长有石墨烯的一面平铺在目标载体上；步骤三：压覆衬底上表面，使得粘结物被挤压形成均匀的第一粘合剂层；步骤四：去除衬底，得到转移有石墨烯的目标载体，石墨烯和目标载体之间由第一粘合剂层粘结；步骤五：在步骤四中的石墨烯表面涂覆一层均匀的第二粘合剂层；步骤六：再在第二粘合剂层上压覆一层用透明材料制成的透光层。通过增加粘合剂层，使得转移石墨烯后，目标载体与石墨烯结合牢固；另外，通过增加透光层，使得转移后石墨烯表面得到保护，并且视觉效果更加清晰。

Description

制备高透过率石墨烯的方法

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种制备高透过率石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是碳原子按六角结构紧密堆积成的单原子层二维晶体，载流子的本征迁移率可达到2×10⁵cm/（V·S），这种优异的电学性质使其在高频电子器件中有着巨大的应用价值。为了制备石墨烯电子器件，首要的问题是制备出大尺寸、具有优异电学性能的石墨烯薄膜，并转移至合适的目标基底上。

石墨烯的制备方法主要有包括以下几种：（1）胶带剥离法（或为机械剥离法），过程简单，产物质量高，但产能低，难以实现石墨烯的大面积和规模化制备；（2）化学剥离法，可宏量制备石墨烯，但制备得到的石墨烯含有较多的缺陷、导电性差；（3）碳化硅（SiC）外延生长法，虽可获得高质量大面积的单层石墨烯，但是所使用的SiC的价格昂贵，生长条件苛刻，且生产出的石墨烯难于转移；（4）化学气相沉积法（CVD）可以在衬底上生长大面积的单层或多层石墨烯薄膜，所得石墨烯质量好、易于转移，是目前制备石墨烯薄膜的常用方法，被广泛用于制备石墨烯晶体管和透明导电薄膜。

石墨烯薄膜的转移技术是石墨烯在不同基体之间转移的方法，通常是将石墨烯从制备基体转移到目标基体之上。石墨烯薄膜的转移技术是制备石墨烯薄膜发展的关键因素，理想的转移技术应具有如下特点：（1）在转移过程中能保持石墨烯完整、无破损；（2）对石墨烯无污染;(3)工艺稳定、可靠，具有较强的适用性和稳定性。

采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚二甲基硅氧烷PDMS等作为转移介质，先旋涂一定厚度（约200nm）的PMMA或PDMS在已经生长有石墨烯的基体上，固化后腐蚀基体，石墨烯薄膜和固化后的粘结剂漂浮在腐蚀液表面，用转移目标载体（玻璃、硅片、PET薄膜等）捞取粘结剂附带的石墨烯薄膜，再用有机溶剂溶解PMMA或者PDMS等粘结剂后石墨烯薄膜被转移到目标载体上，但是该方法使用到的旋涂设备、PMMA/PDMS价格昂贵，而且无法转移大面积石墨烯薄膜，很难实现宏量制备和规模化生产。

专利申请号为：201210052850.7，公开号为CN102583352A的专利申请中公开了一种石墨烯薄膜的热转移方法，转片后在应用过程中石墨烯和载体之间很容易脱落，引用过程中：丝印、烘烤、光刻等工序很容易造成石墨烯与载体脱落导致的破损，石墨烯不完整以后无法满足器件要求，而且视觉清晰效果不高，类似于毛玻璃。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中转移石墨烯成本高，效率底，耗时间等问题，本发明提供一种制备高透过率石墨烯的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种制备高透过率石墨烯的方法，具有如下步骤：

步骤一：利用化学气相沉积法在衬底上生长均匀的石墨烯；

步骤二：在目标载体上涂覆一层或一条均匀的粘结物，把衬底长有石墨烯的一面平铺在目标载体上，使得石墨烯与粘结物相靠；

步骤三：压覆或滚压衬底上表面，使得粘结物被挤压形成均匀的第一粘合剂层，使得第一粘合剂层均匀紧密贴合石墨烯；

步骤四：去除衬底，得到转移有石墨烯的目标载体，石墨烯和目标载体之间由第一粘合剂层粘结；

步骤五：在步骤四中的石墨烯表面涂覆一层均匀的第二粘合剂层；

步骤六：再在第二粘合剂层上压覆一层用透明材料制成的透光层。通过增加粘合剂层和透光层，解决了转移石墨烯时目标载体与石墨烯容易脱落，转移后石墨烯视觉效果模糊的问题。

为了保证石墨烯表面平整又不影响石墨烯的透光性，需要满足：1）透光性要好，必须达到光学级的透光性，2）需要有一定的延展性，可通过压覆填满石墨烯薄膜上原有的凹凸不平，本发明的第一粘合剂层为能够粘合目标载体与石墨烯层的所有类型的粘合剂，优选为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、改性丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种，更优选为聚氨酯丙烯酸酯或/和改性丙烯酸酯。第二粘合剂层为能够粘合目标载体与石墨烯层的所有类型的粘合剂，优选为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、改性丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种，更优选为聚氨酯丙烯酸酯或/和改性丙烯酸酯。第一粘合剂层和第二粘合剂层的材料相同或不同。

为了保证压覆均匀，所述的步骤三中优选采用圆辊滚压衬底上表面。

由于粘合剂层的厚度越薄越好，优选的所述第一粘合剂层厚度为5～50μm。

为了达到高清晰的视觉效果，所述的透光层透过率高于89%材料，优选采用PET或玻璃。优选的所述透光层的厚度为0.03～1mm。

本发明的有益效果是，本发明的制备高透过率石墨烯的方法，通过第一粘合剂层，使得转移石墨烯后，目标载体与石墨烯结合牢固，不容易脱落；另外，采用粘合滚压贴合的方法可以转移大面积的石墨烯薄膜，工艺稳定，可靠性强，但是转移后，因生长用的衬底本身有扎制条纹，导致转移后粘合剂有凸凹不平，产生视觉模糊感，影响透过率，而且转移后的石墨烯薄膜表面很脆弱，与其他物品接触、摩擦会损伤薄膜。因此，通过增加透光层，使得转移后石墨烯表面得到保护，并且视觉效果更加清晰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明长有石墨烯的衬底结构示意图。

图2是本发明涂有粘接物的目标载体结构示意图。

图3是本发明石墨烯转移后的结构示意图。

图4是本发明石墨烯转移后除去衬底的结构示意图。

图5是本发明制备完成的高透过率石墨烯结构示意图。

图中：1、衬底，2、石墨烯，3、目标载体，4、第一粘合剂层，5、第二粘合剂层，6、透光层。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1-5所示，制备高透过率石墨烯的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：利用化学气相沉积法在衬底1上生长均匀的石墨烯2；

步骤二：在目标载体3上涂覆一层均匀的粘结物，把衬底1长有石墨烯2的一面平铺在目标载体3上，使得石墨烯2与粘结物相靠；

步骤三：压覆衬底1上表面，使得粘结物被挤压形成均匀的第一粘合剂层4，石墨烯2与第一粘合剂层4均匀紧密贴合，然后固化第一粘合剂层4；

步骤四：去除衬底1，得到转移有石墨烯2的目标载体3，石墨烯2和目标载体3之间由第一粘合剂层4粘结；

步骤五：在步骤四中的石墨烯2表面涂覆一层第二粘合剂层5；

步骤六：再在第二粘合剂层5上压覆一层用透明材料制成的透光层6。

所述步骤三中第一粘合剂层4厚度为5μm，所述的第一粘合剂层4采用聚氨酯，第二粘合剂层5采用环氧树脂，透光层6采用PET，透光层6的厚度为0.03mm，该厚度与透光层的材料有关。

经测试，本实施例制备的石墨烯薄膜的透过率可以提高4%，可以明显解决视觉模糊问题。

实施例2

按与实施例1基本相同的方法制备高透过率石墨烯，不同在于：

所述步骤二中的粘结物是有机硅，步骤三采用滚压形成第一粘结剂层4，滚压次数为2次，第一粘合剂层4的厚度为20μm，第二粘合剂层5采用有聚乙烯醇。

所述的透光层6采用玻璃，透光层6的厚度为0.7mm，该厚度与透光层的材料有关。

经测试，本实施例制备的石墨烯薄膜的透过率可以提高2%，可以明显解决视觉模糊问题。

实施例3

按与实施例2基本相同的方法制备高透过率石墨烯，不同在于：

所述的步骤三中滚压次数为3次。第一粘合剂层4的厚度为50μm。

所述的第一粘合剂层4采用聚氨酯树脂，第二粘合剂层5采用改性丙烯酸酯，所述的透光层6采用PET，透光层6的厚度为1mm，该厚度与透光层的材料有关。

经测试，本实施例制备的石墨烯薄膜的透过率可以提高3.3%，可以明显解决视觉模糊问题。

实施例4

按与实施例1基本相同的方法制备高透过率石墨烯，不同在于：

所述步骤二中的粘结物是聚氨酯丙烯酸酯，压覆形成第一粘合剂层4，第一粘合剂层4的厚度为30μm，第二粘合剂层5采用改性丙烯酸酯，。

所述的透光层6采用玻璃，透光层6的厚度为0.5mm，该厚度与透光层的材料有关。

经测试，本实施例制备的石墨烯薄膜的透过率可以提高3%，可以明显解决视觉模糊问题。

本发明整个制备过程需要在千级洁净间，温度常温。

上述实施例中的第一粘合剂层也可以为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、改性丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种，第二粘合剂层也可以为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、改性丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种，更优选为聚氨酯丙烯酸酯或/和改性丙烯酸酯。第一粘合剂层和第二粘合剂层的材料相同或不同。

本发明视觉成像原理：光线在物体上反射，通过晶状体折射成像于视网膜上。眼睛之所以能看到东西，是因为光线照在物体上发生反射，在视网膜上成了一个清晰的像。如果石墨烯薄膜表面不平整，本来应该进入人眼的光线，通过石墨烯薄膜反射或折射后，射向四面八方，只有部分光线折射到视网膜上，所以无法形成清晰的像，看不清石墨烯薄膜背后的东西。

当应用本发明的方法对石墨烯薄膜进行增透后，石墨烯薄膜的表面平整透光，物体反射的光线可以完整的通过薄膜，所以，在视网膜上呈现出清晰完整的像，提高了视觉清晰度。

经过测试，本发明制备的石墨烯薄膜的透过率可以提高2%～4%。虽然透过率增加不是非常大，但是可以明显解决视觉模糊的问题。

该方法可以在石墨烯薄膜制作成触摸屏、智能玻璃等透明器件后应用，以得到清晰的视觉效果。

如不用透光层，用原有凹凸不平的石墨烯薄膜制作的触摸屏、智能玻璃等器件，在用户使用过程中，透过器件看对面的物体或显示屏会有模糊感（视觉效果类似于毛玻璃，无法满足客户视觉要求的清晰效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：利用化学气相沉积法在衬底（1）上生长均匀的石墨烯（2）；

步骤二：在目标载体（3）上涂覆一层或一条均匀的粘结物，把衬底（1）长有石墨烯（2）的一面平铺在目标载体（3）上，使得石墨烯（2）与粘结物相靠；

步骤三：压覆衬底（1）上表面，使得粘结物被挤压形成均匀的第一粘合剂层（4），使得第一粘合剂层（4）均匀紧密贴合石墨烯（2）；

步骤四：去除衬底（1），得到转移有石墨烯（2）的目标载体（3），石墨烯（2）和目标载体（3）之间由第一粘合剂层（4）粘结；

步骤五：在步骤四中的石墨烯（2）表面涂覆一层均匀的第二粘合剂层（5）；

步骤六：再在第二粘合剂层（5）上压覆一层用透明材料制成的透光层（6）；

所述的第一粘合剂层（4）厚度为5～50μm。

2.如权利要求1所述的制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于：所述的第一粘合剂层（4）为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于：所述的第二粘合剂层（5）为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、有机硅、聚氨酯丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种或几种。

4.如权利要求2或3所述的制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于：所述的第一粘合剂层（4）和第二粘合剂层（5）的材料相同或不同。

5.如权利要求1所述的制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于：所述的透光层（6）为可见光透过率高于89%的材料。

6.如权利要求1所述的制备高透过率石墨烯的方法，其特征在于：所述的透光层（6）采用PET或玻璃。