[发明专利]一种鼓泡转移石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种鼓泡转移石墨烯的方法，包括：在电解液中以带有石墨烯的原基底为阴极或阳极，连续施加两段不同的电压进行电化学鼓泡，其中先施加的一段电压大于后施加的一段电压，使石墨烯从所述原基底剥离。本发明的方法采用两段式电压进行电化学鼓泡，能有效控制电解时产生气泡的速率，一方面可防止石墨烯因气泡生成过快破损或者卷曲，保证了石墨烯的完整性，实现了高质量转移石墨烯，另一方面与采用单一电压相比，可减少剥离所用的时间，实现了快速转移石墨烯，且整个过程无二次污染，操作简易，成本低廉。

技术领域

本发明涉及高分子材料制备领域，更具体地，涉及一种鼓泡转移石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子按正六边形排列构成的二维蜂巢状晶格，碳原子按sp2杂化轨道成键，每个碳原子外壳有4个电子，其中3个与邻边的三个碳原子形成具有类金刚石共价键的二维平面结构，从而决定了其卓越的机械性能，余下的1个电子可以自由运动，成为π轨道电子，该电子决定了石墨烯所有奇异的电学性能。石墨烯中的π电子具有与光子相同的线性能量/动量关系，速度约为光速的1/300，且像电子一样没有质量。石墨烯中的π电子与光子行为类似，既有金属特征，也具有半导体的属性，使得石墨烯成为未来技术创新和产业升级的神奇材料。石墨烯独特的二维晶格结构造就了出众的物理、机械、化学和电学特性，是世界上最薄的材料，厚度仅为0.34nm。同时也是表面积最大的材料，石墨烯原子间的连接非常柔韧，是已知的延展性最好的晶体材料。石墨烯各种优异的特性使其在众多领域具有重要的应用，例如在信息技术领域，石墨烯可用于柔性电子器件、高频电子器件、超高速和超宽带光电子器件、高灵敏度传感器等。

化学气相沉积(CVD)是目前低成本制造单晶石墨烯和大面积多晶石墨烯的主要方法，CVD生长在金属基底表面的石墨烯需要经过转移才能到制作电子器件的基体材料上。转移方法分为湿法转移和干法转移，干法转移容易造成石墨烯的破损，而且对基底的选择有一定的限制。湿法转移有刻蚀基底法和电化学鼓泡法，其中刻蚀基底法通常采用与基底发生化学反应的液体将基底刻蚀掉，容易生成新的杂质离子污染石墨烯。电化学鼓泡法采用带有石墨烯的基底为电解的一极，发生电解的过程中产生的气泡会将石墨烯膜从基底上剥离下来，基底可重复利用且不会引入二次污染，但是电解过程中产生的气泡容易使石墨烯膜破损，限制了石墨烯薄膜的广泛应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种鼓泡转移石墨烯的方法，无二次污染，能高质量且快速地实现石墨烯的转移。

本发明提供了一种鼓泡转移石墨烯的方法，包括：在电解液中以带有石墨烯的原基底为阴极或阳极，连续施加两段不同的电压进行电化学鼓泡，其中先施加的一段电压大于后施加的一段电压，使石墨烯从所述原基底剥离。

上述技术方案中，采用两段式电压进行电化学鼓泡，能有效控制电解时产生气泡的速率，一方面可防止石墨烯因气泡生成过快破损或者卷曲，保证了石墨烯的完整性，实现了高质量转移石墨烯，另一方面与采用单一电压相比，可减少剥离所用的时间，实现了快速转移石墨烯。

优选地，所述方法包括：在电解液中以带有石墨烯的原基底为阴极，以铂电极为阳极，先施加5～30V的电压进行电化学鼓泡1～60s，再施加0.1～4.9V的电压进行电化学鼓泡10～300s，使石墨烯从所述原基底剥离。其中所述先施加的电压优选为5～10V。

上述技术方案中，在众多可作为电极的惰性金属或碳棒中，以铂电极为阳极，而带有石墨烯的原基底为阴极，并施加上述范围内的电压及时长，获得的石墨烯质量更佳。

优选地，所述方法还包括：先在石墨烯表面设置保护层，然后再进行所述电化学鼓泡，所述保护层在所述电化学鼓泡过程中与石墨烯不发生脱离。

上述技术方案中，为了电化学鼓泡过程中石墨烯表面不被污染，以及发生破损和卷曲，因此在石墨烯表面设置保护层，设置方法可为涂覆、贴合、沉积等。在电化学鼓泡过程中，保护层与石墨烯之间不发生脱离，仅石墨烯与原基底之间发生剥离，要不然不能起到良好的保护作用。