[发明专利]一种CVD石墨烯的转移方法

说明书

本发明涉及二维材料制备领域，具体涉及一种CVD石墨烯的转移方法。本发明以CVD生长得到的铜基石墨烯为主体，利用过硫酸铵腐蚀铜箔以去除铜基石墨烯背面的石墨烯；再对腐蚀后的铜基石墨烯进行电化学腐蚀，除去铜基底后得到剥离的石墨烯；使用了氧化剂(NH₄)₂S₂O₈对背面的石墨烯进行化学腐蚀去除，氧化后的铜离子可以形成络合物，进而加速石墨烯的脱离；采用电化学腐蚀，反应速率可以用电压精确调控，同时减少过硫酸铵用量，降低气泡产生速率，避免对石墨烯的损伤。在电解过程中加入过硫酸铵是为了去除未能被电解去除的铜颗粒。

技术领域

本发明涉及二维材料制备领域，具体涉及一种CVD石墨烯的转移方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，其晶格具有六角形蜂窝结构。

石墨烯具有优良的性能：它仅有单原子层的厚度，每平方米仅重约0.77mg,拉伸强度和杨氏模量是钢的100至300倍。常温下石墨烯的导电率极好，可用来制作电子器件。同时，石墨烯的导热率很高，为2000-5000W/m·K，有利于制作高散热的器件。此外石墨烯对于可见光透射性能很高接近97％，适合用做太阳能电池板的导电涂层。石墨烯还在替代硅电子产品、制作高性能电池、生产透明加热薄膜等领域具有潜在的应用价值。

目前可以通过CVD(化学气相沉积法)生长来得到大块石墨烯，这是制备石墨烯器件的重要方法。对于以铜衬底生长出的石墨烯，需要先对石墨烯进行转移后再来进行器件制作。目前通用的转移方法有热释放胶法和PMMA等方法，但转移过程中需要使用丙酮等有机溶剂，会不可避免地引入有机物污染，而有机物的污染就会造成制作电子器件时电极表面的电子行为受到干扰。并且用这些方法转移石墨烯，在转移过程中会对石墨烯造成一定的损害，宏观上表现为石墨烯在显微镜下肉眼可见的破损，卷曲，褶皱。微观上表现为拉曼光谱测量结果的D峰在转移前后会出现增大现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计出一种电解铜的方法将石墨烯从铜衬底转移至溶液表面，此方法转移过程中石墨烯样品始终漂浮在平静的液面上，对石墨烯的损伤小，适用于大尺寸无衬底石墨烯的制备。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

本发明公开的CVD石墨烯转移方法包括以下步骤：

(1)以CVD生长得到的铜基石墨烯为主体，利用过硫酸铵溶液腐蚀铜箔以去除铜基石墨烯背面的石墨烯；

(2)再对腐蚀后的铜基石墨烯进行电化学腐蚀，除去铜基底后得到剥离的石墨烯。

其中，通过CVD生长得到的铜基石墨烯通常是覆盖了铜箔正反两面的，其中一侧的石墨烯样品质量较差，为了在腐蚀铜箔后得到高质量的样品，需要先去除背面质量较差的石墨烯。通过CVD将石墨烯沉积到铜箔的表面得到铜基石墨烯，铜基石墨烯背面为低质量石墨烯。

其中，步骤(1)的具体操作如下：

裁剪CVD生长出的铜基石墨烯至所需尺寸，用两块干净的载玻片按压至平整后取出，将平整后的铜基石墨烯置于过硫酸铵溶液表面，步骤(1)中所用的过硫酸铵溶液浓度为1-1.1mol/L，保持铜基石墨烯中的铜箔背面接触溶液，静置5-10min，之后从过硫酸铵溶液取出背面被腐蚀的铜基石墨烯，并用去离子水冲洗铜基石墨烯，除去铜箔背面的石墨烯和过硫酸铵溶液，以及铜基石墨烯正面附着的过硫酸铵溶液。

这里使用了氧化剂(NH₄)₂S₂O₈对铜箔背面进行化学腐蚀去除，氧化后的铜离子可以形成络合物，进而促使石墨烯脱离，溶解反应为：