[发明专利]基于原位制备目标基底的转移石墨烯的方法

说明书

本发明涉及一种基于原位制备目标基底的转移石墨烯的方法，包括以下步骤：S101：在固相载体上沉积的石墨烯表面涂覆和/或沉积目标基底；其中，目标基底的原料组分中至少有一种呈非固相状态；S102：对S101得到的产物进行处理或其自发相变，以使目标基底中呈非固相状态的原料组分转化为固相；S103：分离除去S102产物中的固相载体，实现石墨烯的转移。采用本发明提供的方法可以高质量地将大面积石墨烯转移到不同的目标基底上；转移过程中，目标基底实现由非固相状态到固相的相转变过程，从而始终保持目标基底与石墨烯的完美贴合，进而在后续去除固相载体时将石墨烯的缺陷最小化。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体涉及一种基于原位制备目标基底的转移石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯，是碳原子相互之间以sp²键和蜂窝状晶格排列形成的二维材料，可在二维空间无限延伸，且被认为是宇宙上最薄的材料，也被认为是最结实的材料。石墨烯具有不可穿透性、优异的机械性能、透明性以及导电性等，且被认为是分离应用的理想材料，目前已成为物理、化学、生物以及材料科学领域的研究热点。然而，在石墨烯的制备方面，以往采用微机械剥离法制备得到的石墨烯因尺寸小、产量低而严重限制了其在器件方面的应用。众所周知，通过化学气相沉积(CVD)法可以使碳材料在一些溶解性适宜的材料上生长，人们采用CVD法在铜片或硅片等固相载体上生产大面积且高质量的石墨烯，从而实现能够在显著降低生产成本的同时大面积的生产石墨烯。

然而，在具体应用过程中，常常需要将石墨烯转移到目标基底上，如在电子工业领域中，需要将石墨烯转移到SiO₂/Si上才能应用；因为初始的固相载体如铜片或镍片等作为一种导电且非透明性的基材，不能用在最终的应用型产品中。基于此，如何将生长在固相载体如铜基材薄膜上的石墨烯有效转移到其他柔性、非导电且高弹性的基底材料上，已成为制约石墨烯广泛应用的瓶颈。

针对该技术难题，人们进行了一系列研究。然而，现有技术中转移石墨烯的技术依旧存在诸多不足，从而极大地影响了石墨烯的质量。具体原因为：传统转移过程主要包括以下步骤：(一)将沉积在初始固相载体(如铜片，PMMA塑料等)上的石墨烯面朝下放置在目标基底上；(二)通过溶解或加热等方法去除石墨烯的载体。该法最大的缺点在于：载体和目标均为固体，所以微观上存在结构不完全匹配的不足，当去除初始固相载体后，部分石墨烯因失去支持而处于悬空状态或皱褶状态，随后该部分石墨烯随机发展成缺陷，从而显著降低了石墨烯的质量，进而严重影响了石墨烯的性质如导电性或阻隔性等。基于此，提供一种新型高效转移石墨烯的方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种基于原位制备目标基底的转移石墨烯的方法。采用本发明提供的方法可以高质量地将大面积石墨烯转移到不同的目标基底上；转移过程中，目标基底实现由非固相状态到固相的相转变过程，从而始终保持目标基底与石墨烯的完美贴合，进而在后续去除固相载体时将石墨烯的缺陷最小化；换句话说，本发明提供的基于原位制备目标基底转移石墨烯的方法，使得石墨烯在转移过程中始终能够得到完美的支撑，从而在除去固相载体时将石墨烯的缺陷最小化。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于原位制备目标基底的转移石墨烯的方法，包括以下步骤：S101：在固相载体上沉积的石墨烯表面涂覆和/或沉积目标基底；其中，目标基底的原料组分中至少有一种呈非固相状态；即目标基底与石墨烯表面接触。S102：对S101得到的产物进行处理或其自发相变，以使目标基底中呈非固相状态的原料组分转化为固相；即在转移的过程中，使非固相状态的目标基底转化为固相，从而在石墨烯上原位形成能提供支撑的最终目标形态。当然，非固相状态的原料组分转化为固相的过程，可以自发进行，也可以在一定条件下进行处理而发生。S103：分离除去S102产物中的固相载体，实现石墨烯的转移；即石墨烯与目标基底从金属箔上释放下来。

在本发明的进一步实施方式中，S101中，非固相状态包括气态或液态。