[发明专利]一种选择性刻蚀生长基底制备悬空石墨烯支撑膜的方法

说明书

本发明公开了一种选择性刻蚀生长基底制备悬空石墨烯支撑膜的方法。该制作方法避免了石墨烯的转移过程，效率高、成本低，一步刻蚀即可得到高质量的石墨烯支撑膜。所得的石墨烯支撑膜无需任何高分子膜及高分子纤维辅助支撑，石墨烯支撑膜层数可控，完整度高(90％‑97％)、悬空面积大(直径10‑50μm)、洁净区域广(＞100nm)，并可实现批量制备。此外，该石墨烯支撑膜可直接用于透射电镜支撑膜，并能实现所纳米颗粒的高分辨成像。

技术领域

本发明涉及一种选择性刻蚀生长基底制备悬空石墨烯支撑膜的方法。

背景技术

石墨烯作为一种具有高机械强度、高导电性、高导热性的单原子层二维材料，在支撑膜、过滤膜、隔膜等领域具有良好的应用前景。例如，悬空石墨烯薄膜可以用作透射电子显微镜载网，提高成像分辨率；悬空单层石墨烯可以直接用作氢同位素分离薄膜，实现氢同位素的富集。在现有的石墨烯制备方法中，化学气相沉积法(CVD)能够在铜箔等金属基底上批量制备出高质量的石墨烯薄膜，满足石墨烯大规模应用的需求。但将石墨烯脱离生长基底的支撑，进而获得悬空的石墨烯支撑膜仍是一个重大的挑战。目前石墨烯支撑膜的制备方法主要包括以下几类：1、将高分子膜(如PMMA)旋涂在CVD方法生长的石墨烯上，刻蚀掉金属基底后把石墨烯转移至悬空基底上，再除去高分子膜，从而得到悬空的石墨烯。这种方法得到的悬空石墨烯完整度较低，并且高分子污染比较严重；2、通过异丙醇将石墨烯辅助转移至含有碳膜的金网上。这种方法虽然能够避免高分子的污染，但是成本高昂，工艺不稳定，不能大规模制备石墨烯支撑膜；3、事先旋涂光刻胶保护石墨烯，并通过光刻技术选择性刻蚀石墨烯生长基底，去除光刻胶后便直接得到悬空的石墨烯。这种方法能够批量制备石墨烯支撑膜，但是石墨烯表面的光刻胶污染仍然不可避免。

因此，发展低成本、可批量制备超洁净、高完整度的石墨烯支撑膜的方法，对石墨烯在多功能隔膜领域的大规模应用极其重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种选择性刻蚀生长基底制备悬空石墨烯支撑膜的方法。该方法所得的石墨烯支撑膜无需任何辅助支撑，石墨烯支撑膜完整度高、悬空面积大、洁净区域广，并可实现批量制备。

本发明提供的制备悬空石墨烯支撑膜的方法，包括：

1)在金属基底的两表面生长得到石墨烯薄膜；

2)刻蚀掉步骤1)所得金属基底一侧的石墨烯薄膜，旋涂光刻胶，光刻，得到石墨烯/金属基底/光刻胶复合体；

3)将步骤2)所得石墨烯/金属基底/光刻胶复合体悬浮在刻蚀液液面上，刻蚀液将所述光刻步骤暴露出来的金属基底刻蚀完全，除去光刻胶，得到所述悬空石墨烯支撑膜。

上述方法的步骤1)中，所述金属基底为过渡金属或过渡金属合金的单晶和/或多晶基底；所述过渡金属选自铜、镍、钼和金中至少一种；所述过渡金属合金具体为铜镍合金；

所述金属基底的厚度为10-30μm；

所述石墨烯薄膜为单层大畴区单晶石墨烯薄膜、双层石墨烯薄膜或少层石墨烯薄膜；所述少层石墨烯薄膜具体为2-5层石墨烯薄膜；

所述生长步骤中，生长方法为化学气相沉积法。

具体的，所述化学气相沉积法中，生长温度为980℃-1050℃；具体可为1030℃；

载气选自氢气和氩气中至少一种；

载气的流量为100～2000sccm；具体为100或500sccm；

碳源气体为甲烷、乙烯或乙烷；

碳源气体的流量为1～10sccm。

所述单层大畴区单晶石墨烯薄膜的生长中，载气的流量为100-1000sccm；