[发明专利]一种气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法，其包括如下步骤：化学法还原氧化石墨烯薄膜、薄膜基底分离和再次转移：使用第二基底倾斜地插入石墨烯图案化薄膜的下方，并缓慢地捞取出石墨烯图案化薄膜，使其转移到第二基底上。本发明具有稳定性高、操作简单、成本低廉等特点，能较好的保持石墨烯图案化薄膜结构完整，且适用于平面或曲面的刚性或柔性基底。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，特别涉及一种简易低廉的气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法。

背景技术

石墨烯是一种超薄的二维原子碳材料，以其超高的比表面积、机械强度、电导率、透过率，稳定的热、化学性质，可外接功能化官能团等优异性能于一身，即可以直接用作柔性电极材料，也可以作为柔性功能材料的组分，使其在柔性电子器件领域有着诱人的发展前景。对于石墨烯柔性材料应用到柔性电子器件而言，无论是柔性石墨烯导电线路、柔性锂离子电池、柔性超级电容器、柔性场效应管等柔性电子器件而言，实现石墨烯图案化设计是柔性电子制造的核心技术之一，这是因为图案化的结构是制备功能性器件的基本要求，另外则是图案化的结构有利于在弯折过程中释放屈曲应力，且弯折过程中石墨烯片层内部滑动，不至于出现裂纹失效，实现在柔性基底大变形时功能材料小应变。无论是传统的制造工艺遵循的自上而下去除多余材料还是自下而上增材制造，如何精确便捷的实现石墨烯薄膜的器件化，成为了石墨烯发展的制约因素之一。

石墨烯在器件化的过程中，主要的问题是石墨烯薄膜的制备和转移。目前已有大量的报道能够实验石墨烯薄膜的大规模制备，然后无论是光刻技术、激光直写技术、转移压印技术、还是喷墨打印技术都只能在平面的基底上制备薄膜，都无法在非平面的基底上实现石墨烯薄膜的制备。也有大量的石墨烯薄膜的转移技术，常见的有：有机物粘贴法、树脂转移法、热释放胶带法、热压转移法等方法，然而利用有机物和胶带等方法，有一定的操作难度和固有缺陷；另外转移后遗留的残胶，影响转移后薄膜的品质，而热压转移法仅适用于柔性基底，且转移过程中易造成石墨烯薄膜的破坏，无法保证薄膜图案结构的完整性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法。该方法具有稳定性高、操作简单、成本低廉等特点，能较好的保持石墨烯薄膜的图案化结构，适用于平面或曲面的刚性或柔性基底。

为实现上述技术问题，本发明主要是通过以下技术方案实现：

一种气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)化学法还原氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯溶液在第一基底上制成氧化石墨烯图案化薄膜，经化学还原剂还原，将氧化石墨烯图案化薄膜还原成石墨烯图案化薄膜；

(2)薄膜基底分离：将带有石墨烯图案化薄膜的第一基底倾斜且缓慢地放入平静的水中，石墨烯图案化薄膜缓慢地脱离出第一基底的表面而漂浮在气液界面上；

(3)再次转移：使用第二基底倾斜地插入石墨烯图案化薄膜的下方，并缓慢地捞取出石墨烯图案化薄膜，使其转移到第二基底上。

进一步方案，所述步骤(1)中的第一基底为硅片、聚对苯二甲酸类塑料薄膜(PET)或聚酰亚胺膜(PI)。

进一步方案，所述步骤(1)中的化学还原剂为氢溴酸、氢碘酸、水合肼、碘、醋酸、维生素C中的至少一种。

进一步方案，所述步骤(2)中第一基底与水面倾斜的角度为0-90°。

进一步方案，所述步骤(2)中水的温度为15-30℃。

进一步方案，所述步骤(3)中第二基底与水面倾斜的角度为0-90°。

进一步方案，所述步骤(3)中的第二基底为平面或曲面的刚性或柔性基底。