WO2023216354A1 - 一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法 - Google Patents

一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法 Download PDF

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张方君
王姣霞
汪伟
陈黎
鲁淑芬
刘兆平
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宁波柔碳电子科技有限公司
中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment

Definitions

  • the aliphatic hydrocarbon solvent includes pentane and/or hexane
  • the alcoholic solvent includes octanol and/or hexanol;
  • the ester solvent includes one or more of ethyl acetate, methyl acetate, dimethyl carbonate and butyl acetate;
  • the pressing speed of the roller pressing is 0.1 ⁇ 2m/min
  • the adhesive is preferably located between the graphene film and the target substrate.
  • the target substrate preferably includes one or more of a plastic substrate, an ordinary glass substrate, a quartz substrate, a silicon wafer substrate, and a metal substrate, and is more preferably a plastic substrate, an ordinary glass substrate, a quartz substrate, a silicon wafer substrate, or Metal base.
  • the aromatic hydrocarbon solvent preferably includes one or more of benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, more preferably benzene, toluene, xylene or ethylbenzene.
  • the alicyclic hydrocarbon solvent preferably includes one or more of cyclohexane, cyclohexanone and methylcyclohexane, more preferably cyclohexane, cyclohexanone or methylcyclohexane. alkyl.

Abstract

一种用于石墨烯膜(2)转移的粘结剂(3)，包括5～95重量份的可挥发性有机溶剂A和95～5重量份的可挥发性有机溶剂B。不使用过渡基底，成本大大减少，实现了低成本转移；而且可以全部挥发，转移后的石墨烯(2)无残胶，石墨烯(2)纯净无污染，能够在转移后得到高品质的石墨烯薄膜(2)，还可以实现高品质多层转移，并保证多层石墨烯(2)的品质；同时可以将石墨烯(2)转移到任意不同的目标基底(4)。转移方法操作简单，可控性好，可重复性高，不只是单片转移，还可实现卷对卷大面积转移，且能够保持转移后石墨烯(2)的高品质，特别适于规模化制备和生产的推广和应用。

Description

一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法
本申请要求于2022年05月13日提交中国专利局、申请号为202210520375.5、发明名称为“一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明属于石墨烯薄膜转移技术领域，涉及一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法。
背景技术
目前大面积的石墨烯主要通过CVD法生长在金属基底(如铜箔、镍箔等)上，如何将石墨烯从金属基底上转移到任意基底上是石墨烯薄膜能否得到广泛运用的关键。传统工艺在转移方法上可以分为以下几大类：
第一种，使用过渡基底法。过渡基底主要包括：热释放胶带、PMMA、硅胶等。具体工艺为：用过渡基底与带石墨烯面的金属基底贴合，形成过渡基底/石墨烯/金属基底结构，通过相应的方法除去金属基底(该方法包括：化学刻蚀法，电化学鼓泡法等)将剩下的过渡基底/石墨烯结构与目标基底贴合，形成过渡基底/石墨烯结构/目标基底。最后通过相应的方法除去过渡基底，该方法主要包括热释放法、有机溶剂溶解法、其他物理方法等等。
第二种：使用粘结剂法。使用粘结剂将目标基底与带石墨烯的金属基底贴合，形成目标基底/粘结剂/石墨烯/金属基底的结构。通过相应的方法除去金属基底(该方法包括：化学刻蚀法，电化学鼓泡法等)，可得到目标基底/粘结剂/石墨烯。
但是，现有的转移方法仍然存在以下问题：
第一：高成本。过渡基底的使用过程中，难以避免地增加了过渡基底的成本。比如高成本的热释放胶带的引入。而其他类型的过渡基底的引入，如硅胶膜等，也增加了成本。
第二：不易操作，不适合大面积转移，尤其是卷对卷转移。比如使用PMMA的使用过程中，操作需非常谨慎，大面积转移容易出现损。
第三：石墨烯的完整性无法得到保证。使用过渡基底，石墨烯在来回转移的过程中很有容易发生破损，在石墨烯转移过程中无法保证石墨烯不出现破损。通俗的讲，转移工序越多，越容易出现破损。
第四：无法保持转移后的石墨烯的洁净程度。具体表现为无法彻底清除过渡基底。
第五：使用传统的粘结剂，影响透光率等物理性能。石墨烯转移到基底上，会在基底和石墨烯之间留下一层粘结剂薄层，这将会影响石墨烯薄膜产品的透光度，导电性能及严重限制该石墨烯产品的使用范围。
第六：使用传统的粘结剂无法进行多层转移。使用传统的粘结剂在多层转移石墨烯中，会在两层石墨烯之间留下粘结剂薄层，失去了转移多层石墨烯的意义。
因此，如何找到一种更为适宜的石墨烯薄膜转移方式，解决现有的石墨烯薄膜转移存在的上述问题，已成为诸多具有前瞻性的一线研究人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法，该具有特定组成的粘结剂，用于石墨烯转移过程中，可以进行石墨烯任意目标基底的低成本无损转移，配合卷对卷生长工艺可实现规模化制备及生产，同时能够实现通过石墨烯的多次转移来降低石墨烯方阻的目的。
本发明提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，包括：
可挥发性有机溶剂A 5～95重量份；
可挥发性有机溶剂B 95～5重量份；
所述可挥发性有机溶剂A包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；
所述可挥发性有机溶剂B包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。
优选的，所述可挥发性溶剂包括不溶于水和/或微溶于水的有机溶剂；
所述石墨烯包括石墨烯层或石墨烯膜；
所述转移具体为，将石墨烯膜从生长基底转移至目标基底；
所述转移过程中，所述粘结剂位于石墨烯膜与目标基底之间。
优选的，所述生长基底包括金属基底；
所述生长的方式包括化学气相沉积法；
所述转移过程中，包括将石墨烯膜、粘结剂和目标基底进行压合的步骤；
位于所述石墨烯膜与目标基底之间的粘结剂具体为有机溶剂液态膜。
优选的，所述金属基底包括铜箔、镍箔和铜镍合金中的一种或多种；
所述目标基底包括塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底和金属基底一种或多种。
优选的，所述卤代烃类溶剂包括三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯和五氯乙烷中的一种或多种；
所述芳香烃类溶剂包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的一种或多种；
所述脂肪烃类溶剂包括戊烷和/或己烷；
所述脂环烃类溶剂包括环己烷、环己酮和甲基环己烷中的一种或多种。
优选的，所述醇类溶剂包括辛醇和/或己醇；
所述酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯和乙酸丁酯中的一种或多种；
所述醚类溶剂包括***、正丙醚和苯甲醚中的一种或多种；
所述酮类溶剂包括甲基异丁酮、苯丙酮和甲基乙基酮中的一种或多种。
优选的，所述可挥发性溶剂的沸点为50～250℃；
所述可挥发性溶剂包括四氯乙烷、四氯乙烯、五氯乙烷、甲苯、戊烷、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、甲基异丁酮、苯酚和石油醚中的一种或多种。
本发明还提供了一种石墨烯膜的转移方法，包括以下步骤：
1)在金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构材料；
2)将可挥发性有机溶剂粘结剂设置在上述步骤得到的金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底之间，经过压合后，得到金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料；
所述可挥发性有机溶剂粘结剂包括上述技术方案任意一项所述的用于石墨烯膜转移的粘结剂；
3)将上述步骤的金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料，置于刻蚀液中，刻蚀去除金属基底后，得到石墨烯/液膜/目标基底结构；
4)上述步骤得到的石墨烯/液膜/目标基底结构在刻蚀过程、从刻蚀液取出过程中和从刻蚀液中取出后中的一步或多步中，液膜挥发后，得到石墨烯/目标基底结构材料。
优选的，所述设置的方式，包括将金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底置于可挥发性溶剂粘结剂中；
所述压合的方式包括辊压压合和/或平板压合。
优选的，所述压合的压力为0.01～1MPa；
所述辊压压合的压合速度为0.1～2m/min；
所述压合的时间为1～5s。
本发明提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，包括5～95重量份的可挥发性有机溶剂A和95～5重量份的可挥发性有机溶剂B；所述可挥发性有机溶剂A包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；所述可挥发性有机溶剂B包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的具有特定组成的双组份粘结剂，利用不溶或微溶于水性溶液的可挥发性溶剂作为粘结剂，该粘结剂的作用是在金属基底/石墨烯与目标基底之间形成一层液膜(以下表述均将该粘结剂称为液膜)，因为毛细作用力使液膜能够将金属基底/石墨烯和目标基底粘结在一起，并保证金属基底/石墨烯与目标基底在刻蚀过程中不脱开，待金属基底被蚀刻液蚀刻后，该液膜会在转移完成后挥发，因为分子间作用力的存在使石墨烯能够附着在目标基底上。本发明采用这种特定的不溶或微溶于水性溶液的组合，能够保证在水性蚀刻液中，金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构不会因为液膜溶解在溶液中而使金属基底/石墨烯与目标基底分离；而且具有可挥发性，在金属基底刻蚀后，因为粘结剂的可挥发性，使石墨烯利用分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。
本发明提供的双组份不溶或微溶于水性溶液的有机溶剂作为粘结剂，使得金属基底/石墨烯不会因为液膜溶解在刻蚀液中而与目标基底分离，保证了石 墨烯薄膜的完整性；因为粘结剂的可挥发性，在金属基底完全刻蚀后，粘结剂能够全部挥发，石墨烯通过分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。用此石墨烯转移方法可以进行石墨烯任意目标基底的低成本无损转移，配合卷对卷生长工艺可实现规模化制备及生产，同时能够实现通过石墨烯的多次转移来降低石墨烯方阻的目的。
本发明不使用过渡基底，成本大大减少，实现了低成本转移；而且粘结剂可以全部挥发，所以转移后的石墨烯无残胶，石墨烯纯净无污染，能够在转移后得到高品质的石墨烯薄膜，具有高透光率、无破损、低方阻等高品质特点，还可以实现高品质多层转移，并保证多层石墨烯的品质；同时因为只需要分子间作用力达到不脱落，所以可以将石墨烯转移到任意不同的目标基底，如塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底、贵金属基底等。此外，本发明提供的转移方法操作简单，可控性好，可重复性高，不只是单片转移，还可实现卷对卷大面积转移，且能够保持转移后石墨烯的高品质，特别适于规模化制备和生产的推广和应用。
附图说明
图1为本发明提供的石墨烯薄膜转移过程的流程示意简图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或石墨烯转移领域使用的试剂的常规纯度即可。
本发明提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，包括：
可挥发性有机溶剂A 5～95重量份；
可挥发性有机溶剂B 95～5重量份；
所述可挥发性有机溶剂A包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类 溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；
所述可挥发性有机溶剂B包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。
在本发明中，该一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，也可以为，本发明提供了可挥发性有机溶剂组合在石墨烯膜转移过程中作为粘结剂的应用。其中，所述可挥发性有机溶剂组合包括5～95重量份的可挥发性有机溶剂A以及95～5重量份的可挥发性有机溶剂B。具体的，所述粘结剂优选为双组份粘结剂。
在本发明中，可挥发性有机溶剂A加入量为5～95重量份，优选为25～75重量份，更优选为45～55重量份。
在本发明中，可挥发性有机溶剂B加入量为95～5重量份，优选为75～25重量份，更优选为55～45重量份。
在本发明中，所述可挥发性有机溶剂A包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种，优选为卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂或脂环烃类溶剂。
在本发明中，所述可挥发性有机溶剂B包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种，优选为醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚或石油醚。
在本发明中，所述可挥发性溶剂优选包括不溶于水和/或微溶于水的有机溶剂，更优选为不溶于水或微溶于水的有机溶剂。
在本发明中，所述石墨烯优选包括石墨烯层或石墨烯膜。
在本发明中，所述转移具体优选为，将石墨烯膜从生长基底转移至目标基底。
在本发明中，所述转移过程中，所述粘结剂优选位于石墨烯膜与目标基底之间。
在本发明中，所述生长基底优选包括金属基底。
在本发明中，所述生长的方式优选包括化学气相沉积法。
在本发明中，所述转移过程中，优选包括将石墨烯膜、粘结剂和目标基底进行压合的步骤。
在本发明中，位于所述石墨烯膜与目标基底之间的粘结剂具体优选为有机 溶剂液态膜。
在本发明中，所述金属基底优选包括铜箔、镍箔和铜镍合金中的一种或多种，更优选为铜箔、镍箔或铜镍合金。
在本发明中，所述目标基底优选包括塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底和金属基底一种或多种，更优选为塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底或金属基底。
在本发明中，所述卤代烃类溶剂优选包括三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯和五氯乙烷中的一种或多种，更优选为三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯或五氯乙烷。
在本发明中，所述芳香烃类溶剂优选包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的一种或多种，更优选为苯、甲苯、二甲苯或乙苯。
在本发明中，所述脂肪烃类溶剂优选包括戊烷和/或己烷，更优选为戊烷或己烷。
在本发明中，所述脂环烃类溶剂优选包括环己烷、环己酮和甲基环己烷中的一种或多种，更优选为环己烷、环己酮或甲基环己烷。
在本发明中，所述醇类溶剂优选包括辛醇和/或己醇，更优选为辛醇或己醇。
在本发明中，所述酯类溶剂优选包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯和乙酸丁酯中的一种或多种，更优选为乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯或乙酸丁酯。
在本发明中，所述醚类溶剂优选包括***、正丙醚和苯甲醚中的一种或多种，更优选为***、正丙醚或苯甲醚。
在本发明中，所述酮类溶剂优选包括甲基异丁酮、苯丙酮和甲基乙基酮中的一种或多种，更优选为甲基异丁酮、苯丙酮或甲基乙基酮。
在本发明中，所述可挥发性溶剂的沸点优选为50～250℃，更优选为90～210℃，更优选为130～180℃。
在本发明中，所述可挥发性溶剂优选包括四氯乙烷、四氯乙烯、五氯乙烷、甲苯、戊烷、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、甲基异丁酮、苯酚和石油醚中的一种或多种，更优选为四氯乙烷、四氯乙烯、五氯乙烷、甲苯、戊烷、乙酸乙酯、碳 酸二甲酯、甲基异丁酮、苯酚或石油醚。
本发明提供了一种石墨烯膜的转移方法，包括以下步骤：
1)在金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构材料；
2)将可挥发性有机溶剂粘结剂设置在上述步骤得到的金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底之间，经过压合后，得到金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料；
所述可挥发性有机溶剂粘结剂包括上述技术方案任意一项所述的用于石墨烯膜转移的粘结剂；
3)将上述步骤的金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料，置于刻蚀液中，刻蚀去除金属基底后，得到石墨烯/液膜/目标基底结构；
4)上述步骤得到的石墨烯/液膜/目标基底结构在刻蚀过程、从刻蚀液取出过程中和从刻蚀液中取出后中的一步或多步中，液膜挥发后，得到石墨烯/目标基底结构材料。
本发明首先在金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构材料。
本发明再将可挥发性有机溶剂粘结剂设置在上述步骤得到的金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底之间，经过压合后，得到金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料；
所述可挥发性有机溶剂粘结剂包括上述技术方案中任意一项所述的用于石墨烯膜转移的粘结剂。
在本发明中，所述设置的方式，优选包括将金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底置于可挥发性溶剂粘结剂中。
在本发明中，所述压合的方式优选包括辊压压合和/或平板压合，更优选为辊压压合或平板压合。
在本发明中，所述压合的压力优选为0.01～1MPa，更优选为0.05～0.8MPa，更优选为0.1～0.6MPa，更优选为0.3～0.4MPa。
在本发明中，所述辊压压合的压合速度优选为0.1～2m/min，更优选为0.5～1.6m/min，更优选为0.9～1.2m/min。
在本发明中，所述压合的时间优选为1～5s，更优选为1.5～4.5s，更优选为2～4s，更优选为2.5～3.5s。
本发明然后将上述步骤的金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料，置于刻蚀液中，刻蚀去除金属基底后，得到石墨烯/液膜/目标基底结构。
本发明最后上述步骤得到的石墨烯/液膜/目标基底结构在刻蚀过程、从刻蚀液取出过程中和从刻蚀液中取出后中的一步或多步中，液膜挥发后，得到石墨烯/目标基底结构材料。
本发明为完整和细化整体转移步骤，更好的保证转移过程中石墨烯薄膜的特性和结构的稳定，提高转移过程的可操作性和高效性，上述石墨烯膜的转移方法具体可以为以下步骤：
(1)采用化学气相沉积法在相应金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构。
(2)使用上述提及的粘结剂将金属基底/石墨烯中的石墨烯面与目标基底通过过辊压合或者平板压合的方式贴合在一起，从而形成金属基底/石墨烯/液膜/目标基底的结构。
(3)将金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构，放入蚀刻液中，去除金属基底后得到石墨烯/液膜/目标基底结构。
(4)在刻蚀及从刻蚀液取出过程中液膜会快速挥发，得到石墨烯/目标基底结构，将其洗净吹干后即可得到干净的石墨烯/目标基底结构。
具体的，金属基底：表面有生长有石墨烯的金属，可以是铜箔、镍箔、铜镍合金等。
具体的，目标基底：塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底、金属基底等。
具体的，粘结剂(液膜)：在过辊或平压后分布在金属基底/石墨烯和目标基底之间的一层薄薄的有机溶剂液态膜。该有机溶剂的沸点在50～250℃，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa。
本发明所述可挥发性有机溶剂A为卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂或脂环烃类溶剂。
具体的，卤代烃类，例如三氯甲烷CHCl 3、三氯乙烷C 2H 3Cl 3、四氯乙烷C 2H 2Cl 4、四氯乙烯C 2Cl 4、五氯乙烷C 2HCl 5等等。
具体的，芳香烃类，例如苯C 6H 6、甲苯C 7H 8、二甲苯C 8H 10、乙苯C 8H 10 等等。
具体的，脂肪烃类，例如戊烷C 5H 12、己烷C 6H 14等等。
具体的，脂环烃类，例如环己烷C 6H 12、环己酮C 6H 10O，甲基环己烷C 7H 14等等。
本发明所述可挥发性有机溶剂B为醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚或石油醚。
具体的，醇类，例如辛醇C 8H 18O、己醇C 6H 14O等等。
具体的，酯类，例如乙酸乙酯C 4H 8O 2、乙酸甲酯C 3H 6O 2、碳酸二甲酯C 3H 6O 3、乙酸丁酯C 6H 12O 2等等。
具体的，醚类，例如***C 4H 10O、正丙醚C 6H 14O、苯甲醚C 7H 8O等等。
具体的，酮类，例如甲基异丁酮C 6H 12O、苯丙酮C 9H 10O、甲基乙基酮C 4H 8O等等。
具体的，其他如苯酚C 6H 6O、石油醚等等。
更具体的，所述可挥发性有机溶剂A可以为四氯乙烷C 2H 2Cl 4、四氯乙烯C 2Cl 4、五氯乙烷C 2HCl 5、甲苯C 7H 8或戊烷C 5H 12。所述可挥发性有机溶剂B可以为乙酸乙酯C 4H 8O 2、碳酸二甲酯C 3H 6O 3、甲基异丁酮C 6H 12O、苯酚C 6H 6O、石油醚。
参见图1，图1为本发明提供的石墨烯薄膜转移过程的流程示意简图。其中，1-金属基底，2-石墨烯，3-液膜，4-目标基底。
本发明上述内容提供了一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法。本发明提供的具有特定组成的双组份粘结剂，利用不溶或微溶于水性溶液的可挥发性溶剂作为粘结剂，该粘结剂的作用是在金属基底/石墨烯与目标基底之间形成一层液膜，因为毛细作用力使液膜能够将金属基底/石墨烯和目标基底粘结在一起，并保证金属基底/石墨烯与目标基底在刻蚀过程中不脱开，待金属基底被蚀刻液蚀刻后，该液膜会在转移完成后挥发，因为分子间作用力的存在使石墨烯能够附着在目标基底上。本发明采用这种特定的不溶或微溶于水性溶液的组合，能够保证在水性蚀刻液中，金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构不会因为液膜溶解在溶液中而使金属基底/石墨烯与目标基底分离；而且具有可挥发性，在金属基底刻蚀后，因为粘结剂的可挥发性，使石墨 烯利用分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。
本发明提供的双组份不溶或微溶于水性溶液的有机溶剂作为粘结剂，使得金属基底/石墨烯不会因为液膜溶解在刻蚀液中而与目标基底分离，保证了石墨烯薄膜的完整性；因为粘结剂的可挥发性，在金属基底完全刻蚀后，粘结剂能够全部挥发，石墨烯通过分子间作用力牢牢附着在目标基底上，并保证石墨烯与目标基底之间无任何残胶，在最大程度上呈现出石墨烯的高透光性。用此石墨烯转移方法可以进行石墨烯任意目标基底的低成本无损转移，配合卷对卷生长工艺可实现规模化制备及生产，同时能够实现通过石墨烯的多次转移来降低石墨烯方阻的目的。
本发明不使用过渡基底，成本大大减少，实现了低成本转移；而且粘结剂可以全部挥发，所以转移后的石墨烯无残胶，石墨烯纯净无污染，能够在转移后得到高品质的石墨烯薄膜，具有高透光率、无破损、低方阻等高品质特点，还可以实现高品质多层转移，并保证多层石墨烯的品质；同时因为只需要分子间作用力达到不脱落，所以可以将石墨烯转移到任意不同的目标基底，如塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底、贵金属基底等。此外，本发明提供的转移方法操作简单，可控性好，可重复性高，不只是单片转移，还可实现卷对卷大面积转移，且能够保持转移后石墨烯的高品质，特别适于规模化制备和生产的推广和应用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
1.采用化学气相沉积法在镍箔表面生长石墨烯得到镍箔/石墨烯结构。
2.分别使用苯酚C 6H 6O作为粘结剂，苯酚C 6H 6O与环己烷C 6H 12以质量比7:3的混合溶液，作为粘结剂将镍箔/石墨烯中的石墨烯面与硅片通过覆膜机压 合在一起，形成镍箔/石墨烯/液膜/硅片的结构。
3.将镍箔/石墨烯/液膜/硅片置于刻蚀液中去除镍箔，液膜会在完成刻蚀后快速挥发，得到石墨烯/硅片的结构，最后将其洗净吹干即可得到干净的石墨烯/硅片。
其中，以苯酚C 6H 6O作为粘结剂时，转移后的石墨烯方阻为220Ω/□。以苯酚C 6H 6O与环己烷C 6H 12作为粘结剂时，转移后的石墨烯方阻为200Ω/□。
实施例2
1.采用化学气相沉积法在铜箔表面生长石墨烯得到铜箔/石墨烯结构。
2.使用四氯乙烷C 2H 2Cl 4与乙酸乙酯C 4H 8O 2以质量比9:1的混合溶液作为粘结剂将铜箔/石墨烯中的石墨烯面与PET通过覆膜机压合在一起，形成铜箔/石墨烯/液膜/PET的结构。
3.将铜箔/石墨烯/液膜/PET置于刻蚀液中去除铜箔，液膜会在完成刻蚀后快速挥发，得到石墨烯/PET的结构，最后将其洗净吹干即可得到干净的石墨烯/PET，石墨烯方阻为180Ω/□。
4.将干净的石墨烯/PET作为目标基底重复上述步骤可得到多层石墨烯/PET，双层石墨烯方阻为100Ω/□，三层石墨烯方阻为70Ω/□。
实施例3
1.采用化学气相沉积法使用卷对卷石墨烯生长设备在铜箔表面生长石墨烯得到成卷的铜箔/石墨烯结构。
2.使用卷对卷转移设备，将成卷的铜箔/石墨烯中的石墨烯面与PET使用五氯乙烷C 2HCl 5与甲基异丁酮C 6H 12O以质量比8:2的混合溶液作为粘结剂连续卷对卷贴合后按顺序进入刻蚀槽及清洗槽后得到成卷的干净的石墨烯/PET，石墨烯方阻为190Ω/□。
对比例1
1.采用化学气相沉积法在铜箔表面生长石墨烯得到铜箔/石墨烯结构。
2.使用光固胶将铜箔/石墨烯中的石墨烯面与PET通过覆膜机压合在一起，并使用UV光固机将光固胶固化，形成铜箔/石墨烯/光固胶/PET的结构。
3.将铜箔/石墨烯/光固胶/PET置于刻蚀液中，去除铜箔后得到石墨烯/光固胶/PET。
4.将石墨烯/光固胶/PET从刻蚀液中取出，将其洗净吹干即可得到干净的石墨烯/光固胶/PET，石墨烯方阻为210Ω/□。
参见表1，表1为本发明实施例和对比例提供的石墨烯薄膜转移后的性能数据对比。
表1
Figure PCTCN2022098064-appb-000001
以上对本发明提供的一种用于石墨烯膜转移的粘结剂以及石墨烯薄膜的转移方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

  1. 一种用于石墨烯膜转移的粘结剂，其特征在于，包括：
    可挥发性有机溶剂A 5～95重量份；
    可挥发性有机溶剂B 95～5重量份；
    所述可挥发性有机溶剂A包括卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和脂环烃类溶剂中的一种或多种；
    所述可挥发性有机溶剂B包括醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、苯酚和石油醚中的一种或多种。
  2. 根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述可挥发性溶剂包括不溶于水和/或微溶于水的有机溶剂；
    所述石墨烯包括石墨烯层或石墨烯膜；
    所述转移具体为，将石墨烯膜从生长基底转移至目标基底；
    所述转移过程中，所述粘结剂位于石墨烯膜与目标基底之间。
  3. 根据权利要求2所述的粘结剂，其特征在于，所述生长基底包括金属基底；
    所述生长的方式包括化学气相沉积法；
    所述转移过程中，包括将石墨烯膜、粘结剂和目标基底进行压合的步骤；
    位于所述石墨烯膜与目标基底之间的粘结剂具体为有机溶剂液态膜。
  4. 根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述金属基底包括铜箔、镍箔和铜镍合金中的一种或多种；
    所述目标基底包括塑料基底、普通玻璃基底、石英基底、硅片基底和金属基底一种或多种。
  5. 根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述卤代烃类溶剂包括三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯和五氯乙烷中的一种或多种；
    所述芳香烃类溶剂包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的一种或多种；
    所述脂肪烃类溶剂包括戊烷和/或己烷；
    所述脂环烃类溶剂包括环己烷、环己酮和甲基环己烷中的一种或多种。
  6. 根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述醇类溶剂包括辛醇 和/或己醇；
    所述酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯和乙酸丁酯中的一种或多种；
    所述醚类溶剂包括***、正丙醚和苯甲醚中的一种或多种；
    所述酮类溶剂包括甲基异丁酮、苯丙酮和甲基乙基酮中的一种或多种。
  7. 根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述可挥发性溶剂的沸点为50～250℃；
    所述可挥发性溶剂包括四氯乙烷、四氯乙烯、五氯乙烷、甲苯、戊烷、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、甲基异丁酮、苯酚和石油醚中的一种或多种。
  8. 一种石墨烯膜的转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
    1)在金属基底上生长石墨烯得到金属基底/石墨烯结构材料；
    2)将可挥发性有机溶剂粘结剂设置在上述步骤得到的金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底之间，经过压合后，得到金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料；
    所述可挥发性有机溶剂粘结剂包括权利要求1～7任意一项所述的用于石墨烯膜转移的粘结剂；
    3)将上述步骤的金属基底/石墨烯/液膜/目标基底结构材料，置于刻蚀液中，刻蚀去除金属基底后，得到石墨烯/液膜/目标基底结构；
    4)上述步骤得到的石墨烯/液膜/目标基底结构在刻蚀过程、从刻蚀液取出过程中和从刻蚀液中取出后中的一步或多步中，液膜挥发后，得到石墨烯/目标基底结构材料。
  9. 根据权利要求8所述的转移方法，其特征在于，所述设置的方式，包括将金属基底/石墨烯结构材料中的石墨烯面与目标基底置于可挥发性溶剂粘结剂中；
    所述压合的方式包括辊压压合和/或平板压合。
  10. 根据权利要求9所述的转移方法，其特征在于，所述压合的压力为0.01～1MPa；
    所述辊压压合的压合速度为0.1～2m/min；
    所述压合的时间为1～5s。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616769A (zh) * 2012-03-19 2012-08-01 浙江大学 一种直接转移石墨烯薄膜的方法
CN103342472A (zh) * 2013-07-11 2013-10-09 常州二维碳素科技有限公司 一种转移石墨烯薄膜的方法
WO2015197217A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 Instytut Technologii Materialow Elektronicznych Method of transferring a graphene film
CN105239061A (zh) * 2015-09-25 2016-01-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯/金属复合薄膜及其制备方法
KR20170013557A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 주성엔지니어링(주) 그래핀 전사기판 제조방법
CN107364851A (zh) * 2016-11-28 2017-11-21 中国科学院金属研究所 一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用
CN108285142A (zh) * 2018-03-15 2018-07-17 浙江大学 一种湿法转移石墨烯的方法
CN113023718A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 北京大学 一种洁净转移制备高质量悬空二维材料支撑膜的方法
CN114180562A (zh) * 2022-01-13 2022-03-15 重庆理工大学 一种石墨烯转移方法
CN114408905A (zh) * 2022-01-28 2022-04-29 北京大学 一种自支撑二维材料可控制备及转移的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616769A (zh) * 2012-03-19 2012-08-01 浙江大学 一种直接转移石墨烯薄膜的方法
CN103342472A (zh) * 2013-07-11 2013-10-09 常州二维碳素科技有限公司 一种转移石墨烯薄膜的方法
WO2015197217A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 Instytut Technologii Materialow Elektronicznych Method of transferring a graphene film
KR20170013557A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 주성엔지니어링(주) 그래핀 전사기판 제조방법
CN105239061A (zh) * 2015-09-25 2016-01-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯/金属复合薄膜及其制备方法
CN107364851A (zh) * 2016-11-28 2017-11-21 中国科学院金属研究所 一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用
CN108285142A (zh) * 2018-03-15 2018-07-17 浙江大学 一种湿法转移石墨烯的方法
CN113023718A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 北京大学 一种洁净转移制备高质量悬空二维材料支撑膜的方法
CN114180562A (zh) * 2022-01-13 2022-03-15 重庆理工大学 一种石墨烯转移方法
CN114408905A (zh) * 2022-01-28 2022-04-29 北京大学 一种自支撑二维材料可控制备及转移的方法

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