咨询电话:021-58952328
石墨烯的转移方法2018-01-29

1 湿法转移

图 1展示了石墨烯湿法转移的流程,将铜箔上的石墨烯转移到目标基底上,中间要经过旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、去铜、烘烤、去胶、清洗等过程。由于转移流程较长,对操作过程的熟练程度往往对转移后的石墨烯薄膜质量影响很大。

图1 石墨烯湿法转移示意图

 

转移过程具体有以下步骤:

1)配制刻蚀液: 称量 27 g 六水三氯化铁( FeCl3·6H2O)放入烧杯中,将 100 ml去离子水倒入烧杯中,用玻璃棒搅拌均匀,使FeCl3·6H2O粉末在烧杯中完全溶解,形成浓度 ~1 M三氯化铁( FeCl3)溶液,如图 2所示。

图 2     1M三氯化铁( FeCl3)溶液

2)配制 PMMA: 称量 4 g PMMA 粉末称好放入棕色广口瓶里,将 100 ml 丙酮缓缓放入瓶子里,水浴 50 ℃,保持磁力搅拌 1 小时,使 PMMA 颗粒全部溶解形成均匀的 PMMA溶液。在搅拌时广口瓶要密封,整个操作要在通风橱中完成。

3)旋涂 PMMA: 将铜基(或镍基)的石墨烯安放于匀胶机,用滴管取适量 PMMA 溶液滴在石墨烯的表面,打开匀胶机,先以 100−500 rpm 的转速匀胶 1−5 s,再以 4000 rpm 转速旋胶 10−30 s, PMMA 薄膜层的厚度为 150−450nm。

4) 烘烤: 将涂有 PMMA 层的样品,放置到 135−170 ℃热板上烘烤 30−50 min,使 PMMA与石墨烯层紧密贴附。烘烤结束后,将样品从热板上取下,冷却至室温。

5)去铜(或镍层): 将烘后的样品,放入三氯化铁( FeCl3)溶液中,使之漂浮在溶液表面,如图 3所示。刻蚀 30−60 min,使Cu 完全去除。

图3  漂浮在三氯化铁( FeCl3)溶液表面的样品

 

6)清洗: 待 Cu 去除干净后,用一个清洁抛光后的硅基片(或其它抛光基片)将 PMMA/石墨烯膜轻轻拖出移至去离子水中,使其保持漂浮状态,浸泡 10 min,再移至干净离子水中浸泡 10 min,如此 3 次,以保证残余的三氯化铁去除干净,如图4所示。

图4 清洗干净后的 PMMA/石墨烯薄膜

7)转移: 用一个清洁的硅基片将 PMMA/石墨烯膜从去离子水中轻轻拖出,将其转移到目标基底(石英、高反镜等)的表面。操作时,先使 PMMA/石墨烯膜与目标基底一端接触,然后轻轻将硅基片抽出,使 PMMA/石墨烯膜与目标基底完全帖附,避免中间产生气泡。帖附结束后将样品自然干燥。

8)烘烤: 将干燥后的样品再次放置到热板上烘烤,烘烤温度 135−170 ℃,烘烤时间 30−50min,使石墨烯薄膜与目标基底紧密帖附,烘烤结束后将样品取下自然冷却至室温。

9)去除 PMMA: 将烘烤后的样品放入盛有丙酮的烧杯中,缓慢加热丙酮至 70−100 ℃,30 min 后将烧杯中的样品取出再次放入干净的烧杯中重复以上步骤 3 次,将 PMMA 完全除去。

10)去除丙酮: 将样品放入盛有酒精的烧杯中清洗 2 次去掉丙酮,再将样品取出放入去离子水中清洗 2 次去掉酒精,最后将样品放入烘箱中干燥 10−15 min,烘箱温度设定在 ~50℃,选取中等风力。

2 干法转移

石墨烯的干法转移与湿法转移的前 8 个步骤类似,不同之处在于,第 9、 10 步的去胶工艺。如图5 所示,以下是干法转移的具体步骤:将湿法转移的前 8 步处理后的样品放入管式炉内,通入氢气和氩气的混合气体,气体流速 500sccm,比例 1: 1, 将炉子升温300−450 ℃,热处理 2.5−5 h 将 PMMA 去除干净。

图5   石墨烯干法转移示意图

 

3 热剥离胶带转移法

转移石墨烯除了用 PMMA 作石墨烯的支撑膜,还可以用热剥离胶带作支撑膜。热剥离胶带在常温下具有较强的粘性,在 80−120 ℃时其粘性则迅速丧失。利用这个特点,在 温下使其帖附在 Cu 基的石墨烯表面,带 Cu 取出后,将热剥离胶带/石墨烯帖附在目标基底上,加热 80−120 ℃,使热剥离胶带丧失粘性与基底脱离,石墨烯则被保留在了目标基底上。与 PMMA 相比热剥离胶带具有独到的优势,热剥离胶带的转移过程不涉及去胶过程中的丙酮处理(湿法),也不涉及高温处理(干法),因此使用热剥离胶带转移法可将石墨烯转移到不耐丙酮、不耐高温的有机基底上,如 PET 基底, PVDF 基底。以 PET 基底为例,下面简述热剥离胶带转移法的转移过程,图 6所示:
(1) 施加 0.1 MPa 的轻度压力将热释放胶带压贴于铜基石墨烯薄膜上。
(2) 将样品漂浮于 1 M 的氯化铁蚀刻剂中除去铜箔。
(3) 用去离子水将样品浸泡除去样品表面的残余的氯化铁蚀刻剂,浸泡 3 次,每次 30 min,以保证残余的氯化铁蚀刻剂完全除干净。
(4) 将样品从去离子水中取出,放在通风橱中晾干,将带有石墨烯薄膜的热剥离胶带压附到 PVDF 膜上。
(5) 放置在 80 ℃的加热平台上。热剥离胶带在热量的作用下丧失粘性与石墨烯分离,而石墨烯薄膜保留在了 PET 基底上。

图6  热剥离胶带转移法示意图

 

 

 

石墨烯

最新产品
园区介绍