一種原子級(jí)清潔轉(zhuǎn)移石墨烯的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種CVD石墨烯的高效轉(zhuǎn)移和獲取原子級(jí)清潔表面的方法，其包括如下步驟：在石墨烯/金屬基底表面旋涂一層PMMA溶液，待其固化后通過(guò)(NH4)2S2O8溶液腐蝕除去金屬基底，石墨烯/PMMA清洗后用目標(biāo)基底撈起干燥，然后選用有機(jī)酸溶劑溶解PMMA層，最后通過(guò)高溫退火方式進(jìn)一步除去石墨烯表面殘留PMMA，從而獲取原子級(jí)清潔的石墨烯表面。本發(fā)明提供的石墨烯表面面積大，結(jié)構(gòu)完整，缺陷和PMMA殘留少。本發(fā)明所提供的方法PMMA殘留極少，更容易獲取原子級(jí)清潔的表面。該方法所獲取的石墨烯適用于構(gòu)筑電子器件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、透明電極等，亦可用于表界面的理論研究。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種原子級(jí)清潔轉(zhuǎn)移石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原子級(jí)清潔轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，尤其是一種CVD石墨烯的高效轉(zhuǎn)移與獲取原子級(jí)清潔表面的方法，屬于納米材料與【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯由于具有一系列優(yōu)異的性能，如超高的載流子遷移率、導(dǎo)熱系數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度等，自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直是物理學(xué)，材料學(xué)，表界面科學(xué)等眾多前沿領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。石墨烯的主要獲取方式有機(jī)械/溶液剝離法，SiC外延生長(zhǎng)法，還原氧化石墨烯法和化學(xué)氣相沉積法(CVD法)。其中CVD法由于具有層數(shù)可控，生長(zhǎng)尺寸易于放大等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在觸屏裝置和透明電極等領(lǐng)域展示出潛在的應(yīng)用前景。
[0003]雖然CVD石墨烯的生長(zhǎng)已經(jīng)在形貌和缺陷控制等方面達(dá)到了成熟可控的地步，但是基于石墨烯載流子遷移率、透光性等性質(zhì)的應(yīng)用，如超高頻率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、觸屏裝置、柔性電極等均對(duì)石墨烯的負(fù)載基底有特殊要求(NatureNanotechnology.，2010，5，722-726)，此即要求CVD法生長(zhǎng)的石墨烯能高效可控的轉(zhuǎn)移至相應(yīng)基底。當(dāng)前關(guān)于CVD石墨烯轉(zhuǎn)移的最主要方法為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)輔助的轉(zhuǎn)移方法。該方法中PMMA易于再聚合而導(dǎo)致的殘留問(wèn)題一直是限制該方法進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸之所在。Ruoff等人發(fā)現(xiàn)，石墨稀表面PMMA的殘留使得石墨稀的電學(xué)和光學(xué)性能大打折扣(Nano Letters.，2013, 13，1462-1467)。一種能降低PMMA殘留并且不引入額外缺陷的轉(zhuǎn)移方法顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種CVD石墨烯的高效轉(zhuǎn)移和獲取原子級(jí)清潔表面的轉(zhuǎn)移方法。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是引入簡(jiǎn)單的有機(jī)酸溶劑處理方法而得到具有原子級(jí)清潔的CVD石墨稀。本發(fā)明提供的石墨稀面積大，結(jié)構(gòu)完整，缺陷和PMMA殘留少。較之傳統(tǒng)的以丙酮做溶劑去除PMMA的方法，本發(fā)明所提供的方法PMMA殘留極少，能獲取原子級(jí)清潔的表面。該方法所獲取的石墨烯適用于構(gòu)筑電子器件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、透明電極等，亦可用于表界面的理論研究。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種原子級(jí)清潔CVD石墨烯轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，選用有機(jī)酸作溶劑去除PMMA涂層。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述有機(jī)酸選自乙酸、三氟乙酸、甲酸、草酸中至少一種。優(yōu)選乙酸，乙酸對(duì)于PMMA的溶解性和降解程度最好。
[0008]本發(fā)明采用有機(jī)酸溶劑兼具有對(duì)PMMA良好的降解性和溶解性，較之傳統(tǒng)單一依賴(lài)丙酮溶解性去除PMMA的方法，本發(fā)明所提供的方法去除PMMA更徹底，能獲取原子級(jí)清潔的CVD石墨烯表面。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述轉(zhuǎn)移方法包括:將鋪展有石墨烯/PMMA的目標(biāo)基底浸泡于有機(jī)酸溶液中，溶解PMMA即可獲得鋪展有石墨烯的目標(biāo)基底。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，在所述鋪展有石墨烯/PMMA的目標(biāo)基底浸泡于有機(jī)酸溶液浸泡于有機(jī)酸溶液之前，還包括如下步驟:
[0011](I)在生長(zhǎng)有石墨烯的基底表面旋涂一層PMMA溶液，固化成型；
[0012](2)將步驟(I)所得樣品的PMMA層朝上浸泡于腐蝕溶液中腐蝕所述基底，然后將粘有石墨烯的PMMA轉(zhuǎn)移至去離子水中洗凈殘余離子；
[0013](3)選取合適目標(biāo)基底撈起石墨烯/PMMA層，干燥處理。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，所述生長(zhǎng)有石墨烯的基底為銅箔、N1、Pt等金屬基底。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述方法具體包括如下步驟:
[0016](I)在生長(zhǎng)有石墨烯的基底表面旋涂一層PMMA溶液，固化成型；
[0017](2)將步驟(I)所得樣品的PMMA層朝上浸泡于腐蝕溶液中腐蝕基底，然后將粘有石墨烯的PMMA轉(zhuǎn)移至去離子水中洗凈殘余離子；
[0018](3)選取合適目標(biāo)基底撈起石墨烯/PMMA層，干燥處理；
[0019](4)將鋪展有石墨烯/PMMA的目標(biāo)基底浸泡于有機(jī)酸溶液中，溶解PMMA即可獲得鋪展有石墨稀的目標(biāo)基底；
[0020](5)最后將鋪有石墨烯的基底`于H2/Ar混合氣中退火處理，即可獲取原子級(jí)清潔的石墨烯表面。
[0021]上述方法中，步驟(I)中的PMMA溶液旋涂在石墨烯表面成膜。然后通過(guò)加熱固化處理增加PMMA和石墨烯間的粘附作用。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，步驟(I)中石墨烯的制備方法可以參見(jiàn)Nanotechnology, 2012，23，O957-4484。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在生長(zhǎng)有石墨烯的基底(如銅箔、N1、Pt等金屬基底)表面旋涂一層PMMA溶液的旋涂轉(zhuǎn)速為3000rpm。旋涂結(jié)束后將涂覆有PMMA的金屬基底置于加熱板加熱固化。優(yōu)選地，所述加熱板的加熱溫度為80-200°C，優(yōu)選100-180°C。
[0024]上述方法中，步驟(2)的腐蝕溶液可根據(jù)CVD生長(zhǎng)石墨烯的襯底材料做相應(yīng)選擇。常用的CVD石墨稀的生長(zhǎng)基底有Ni和Cu。其中Cu表面易于形成單層石墨稀,Ni表面易于形成多層石墨烯。本專(zhuān)利優(yōu)選Cu基底。Cu腐蝕液主要有商品化銅腐蝕液(Transene，CE-100)、FeCl3溶液和(NH4)2S2O8三種，其中(NH4)2S2O8溶液不會(huì)導(dǎo)致金屬離子殘留，有助于構(gòu)筑一些石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管等器件。因此本發(fā)明優(yōu)選的腐蝕液為(NH4)2S2O8溶液。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，所述(NH4)2S2O8溶液的溶度為0.05-2mol/L，優(yōu)選0.1-lmol/L。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，所述腐蝕溶液的處理時(shí)間為1-5小時(shí)，優(yōu)選2-3小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明，待銅箔充分溶解后，轉(zhuǎn)移至清水中浸泡，浸泡時(shí)間為30-90分鐘，優(yōu)選40-60分鐘。
[0027]上述方法中，步驟(3)中的PMMA/石墨烯/目標(biāo)基底的干燥處理溫度為80_180°C。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中的目標(biāo)基底選自=SiO2，云母等。另外本發(fā)明所提供的方法理論上可將CVD石墨烯轉(zhuǎn)移至對(duì)有機(jī)酸不反應(yīng)的任何基底。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中洗凈石墨烯表面的殘余離子后，選取一片潔凈的目標(biāo)基底將石墨烯和PMMA薄層撈起。
[0030]步驟(3)中石墨烯轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底之后，干燥處理能促進(jìn)石墨烯與基底的相互作用和吸附。[0031]根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，將撈起后的樣品轉(zhuǎn)移至加熱臺(tái)加熱，所述加熱溫度為優(yōu)選為100-150°C。所述加熱時(shí)間為l_3h，使石墨烯與目標(biāo)基底充分接觸。
[0032]上述方法中，步驟(4)中的有機(jī)酸溶液選自乙酸、三氟乙酸、甲酸、草酸中至少一種。其中乙酸對(duì)于PMMA的溶解性和降解程度最好。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，待樣品冷卻至室溫后將其浸泡于乙酸溶液中，所述浸泡時(shí)間為1-5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)。所述浸泡溫度為恒溫，優(yōu)選40-80°C，更有55°C _70°C恒溫處理。
[0034]上述方法中，步驟(5)中的石墨烯的退火氣氛為5_15%H2/Ar混合氣，退火時(shí)間為1-4h，退火溫度為350-500°C，處理壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0035]本發(fā)明還提供了由上述方法處理所得的原子級(jí)清潔石墨烯表面。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，所述原子級(jí)清潔石墨烯表面結(jié)構(gòu)完整。優(yōu)選表面起伏度小于0.2nm,為原子級(jí)平整表面。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，不引入CVD生長(zhǎng)以外的額外缺陷，PMMA殘留少。
[0038]本發(fā)明還提供一種由上述方法處理獲得的原子級(jí)清潔石墨烯表面的應(yīng)用，其特征在于，所述石墨烯可用于構(gòu)筑場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、透明電極等電子器件或者用作原子級(jí)平整基底以研究表界面的微觀過(guò)程。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)掃描隧道顯微鏡，本發(fā)明提供的石墨烯基底上可以清楚的觀察到8-辛氧基酞菁銅在石墨烯表面的自組裝結(jié)構(gòu)。
[0040]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，改用有機(jī)酸溶液溶解PMMA涂層能極大地改善常規(guī)丙酮處理方法中聚合PMMA的殘留問(wèn)題；本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于石墨烯表面經(jīng)退火處理之后能在原子級(jí)層面除去石墨烯表面PMM A殘留，獲取原子級(jí)清潔的石墨烯表面。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0042](I)本發(fā)明所使用的有機(jī)酸溶劑無(wú)毒、廉價(jià)，且在石墨烯表面無(wú)殘留和吸附影響。
[0043](2)經(jīng)退火處理之后石墨烯表面達(dá)到原子級(jí)清潔，并且能獲取微米級(jí)無(wú)PMMA殘留的大范圍清潔表面。
[0044](3)本發(fā)明所獲取的石墨烯在充分降低PMMA殘留的同時(shí)，不引入額外的缺陷，極大地保留了 CVD石墨稀的初始性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1為本發(fā)明提供的CVD石墨烯的轉(zhuǎn)移和處理流程圖。
[0046]圖2為銅箔表面石墨烯初始形貌的掃描電鏡圖。
[0047]圖3為實(shí)施例1轉(zhuǎn)移至SiO2基底石墨烯的光學(xué)顯微圖片。
[0048]圖4為對(duì)照例I轉(zhuǎn)移至SiO2基底石墨烯的光學(xué)顯微圖片。
[0049]圖5為實(shí)施例1轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面石墨烯的原子力顯微鏡圖像。
[0050]圖6為對(duì)照例I轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面石墨烯的原子力顯微鏡圖像。
[0051]圖7為實(shí)施例2轉(zhuǎn)移至云母基底表面石墨烯的大范圍掃描隧道顯微鏡圖像。
[0052]圖8為實(shí)施例2轉(zhuǎn)移至云母基底表面石墨烯的高分辨掃面隧道顯微鏡原子圖像。
[0053]圖9為實(shí)施例3石墨烯表面滴加8-辛氧基酞菁銅分子之后的掃面隧道顯微鏡圖像。
[0054]圖10為實(shí)施例1轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面石墨烯的Raman譜圖，其中插入圖片為轉(zhuǎn)移之前石墨烯在銅箔表面的初始Raman譜圖。
[0055]圖11為實(shí)施例1轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面石墨烯以D峰和G峰Raman強(qiáng)度比作圖所獲取的面掃圖。
[0056]其中圖1的流程圖記載如下步驟:首先在石墨烯/銅箔表面旋涂一層PMMA溶液，待其固化后通過(guò)(NH4)2S2O8溶液腐蝕除去銅箔，石墨烯/PMMA清洗后用目標(biāo)基底撈起干燥，然后選用有機(jī)酸溶劑溶解PMMA層，最后通過(guò)高溫退火方式進(jìn)一步除去石墨烯表面殘留PMMA,從而獲取原子級(jí)清潔的石墨稀表面。
[0057]圖2中SEM結(jié)果表明，CVD法生長(zhǎng)的石墨烯表面均一平整，無(wú)雜質(zhì)和明顯破損。
[0058]對(duì)比圖3和圖4。選用丙酮作溶劑時(shí),石墨烯表面易于殘留PMMA (圖4中灰色絮狀物)，有機(jī)酸作溶劑能獲得均一潔凈的石墨烯表面。
[0059]圖5中，亮條為石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中所形成的本征褶皺，PMMA殘留較少。
[0060]圖6中，石墨烯表面除了石墨烯的本征生長(zhǎng)褶皺之外，PMMA殘留明顯可見(jiàn)，說(shuō)明傳統(tǒng)丙酮去除PMMA效果不理想，有機(jī)溶劑去除PMMA更徹底。
[0061]圖7中，石墨烯的表面均一無(wú)雜質(zhì)，表面起伏度小于0.2nm，為原子級(jí)平整表面。
[0062]圖8中蜂窩狀高分辨率原子圖像的單包參數(shù)為0.25nm，與石墨烯的理論尺寸一致，說(shuō)明石墨烯結(jié)構(gòu)完整。
[0063]圖9中，8-辛氧基酞菁銅分子明顯可見(jiàn)，說(shuō)明石墨烯表面平整潔凈，同時(shí)也表明本發(fā)明所提供的處理方法能提供原子級(jí)平整的石墨烯基底，可用于表界面的微觀理論研究。
[0064]圖10中石墨烯轉(zhuǎn)移至Si02`/Si基底之后，Raman譜圖中D峰(-1350CHT1處)無(wú)明顯增強(qiáng)，峰形與轉(zhuǎn)移前銅箔表面石墨烯信號(hào)一致，說(shuō)明本發(fā)明所提供的處理方法不引入石墨烯生長(zhǎng)以外的額外缺陷。
[0065]圖11中樣品表面D峰強(qiáng)度與G峰強(qiáng)度比值小于0.1的區(qū)域大于90%，說(shuō)明石墨烯性質(zhì)優(yōu)良缺陷較少。
【具體實(shí)施方式】
[0066]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明并不局限于此，任何在本發(fā)明的基礎(chǔ)上作出的改進(jìn)和發(fā)明都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0067]下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0068]實(shí)施例1、以乙酸為有機(jī)酸溶液將CVD石墨烯轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面
[0069]制備步驟如下:
[0070](I)在長(zhǎng)有石墨烯的銅箔(具體制備方法可以參照Nanotechnology,.2012, 23, 0957-4484.)表面旋涂一層 PMMA 溶液(960PMMA A4, MicroChem)，旋涂轉(zhuǎn)速為 3000rpm。旋涂結(jié)束后將涂覆有PMMA的銅箔置于180°C加熱板加熱固化。
[0071](2)樣品PMMA面朝上浮于0.1moVL(NH4)2S2O8溶液表面，腐蝕處理3h。待銅箔充分溶解后，轉(zhuǎn)移至清水中浸泡60min。
[0072](3)洗凈石墨烯表面的殘余離子后，選取一片潔凈的SiO2基底將石墨烯和PMMA薄層撈起。轉(zhuǎn)移樣品至加熱臺(tái)180°C加熱lh，使石墨烯與SiO2基底充分接觸。
[0073](4)待樣品冷卻至室溫后將其浸泡于乙酸溶液中，55°C恒溫處理lh。[0074](5)將洗凈的石墨烯/SiO2基底轉(zhuǎn)移至管式爐中350°C常壓退火處理，處理時(shí)間為Ih,處理氣氛為5%H2/Ar混合氣。
[0075]對(duì)照例1、以丙酮為溶劑將CVD石墨烯轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面
[0076]采用傳統(tǒng)丙酮溶劑轉(zhuǎn)移CVD石墨烯至SiO2基底表面，除步驟4中將樣品轉(zhuǎn)移至丙酮溶液中之外，其余操作均與實(shí)施例1相同。
[0077]實(shí)施例2、以乙酸為有機(jī)酸溶液將CVD石墨烯轉(zhuǎn)移云母基底表面
[0078]采用有機(jī)酸做溶劑轉(zhuǎn)移CVD石墨烯至云母基底表面，除步驟(3)中將目標(biāo)基底由SiO2改為云母之外，其余操作均與實(shí)施例1相同。
[0079]實(shí)施例3、以實(shí)施例2所得到的石墨烯為基底，在其表面構(gòu)筑8-辛氧基酞菁銅分子的自組裝層。
[0080]以實(shí)施例2所獲取的石墨烯為基底，在其表面滴加濃度約為10_5mol/L8-辛氧基酞菁銅的甲苯溶液，待溶劑揮發(fā)之后即可獲得8-辛氧基酞菁銅在石墨烯表面的自組裝層。
[0081]對(duì)比圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)溶劑丙酮雖能溶解絕大部分PMMA涂層，但是部分過(guò)度聚合的PMMA殘留仍十分嚴(yán)重，以乙酸為溶劑能極大的改善石墨烯表面PMMA的殘留問(wèn)題。在原子力顯微鏡掃描圖像中，有機(jī)酸作溶劑處理過(guò)的石墨烯表面PMMA殘留明顯少于丙酮作溶劑所處理過(guò)的石墨烯表面，相應(yīng)結(jié)果如圖5和圖6所示。
[0082]此外，對(duì)實(shí)施例2中云母表面石墨烯，任選區(qū)域做掃描隧道顯微鏡成像可以獲取大范圍原子級(jí)平整圖像，相應(yīng)結(jié)果如圖7所示。
[0083]圖8所示的高分辨原子像也表明樣品表面蜂窩狀六邊形結(jié)構(gòu)的單胞參數(shù)為
0.25nm，其與理論石墨烯單 胞參數(shù)一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了石墨烯的存在和結(jié)構(gòu)完整性。
[0084]圖9中，實(shí)施例3中8-辛氧基酞菁銅分子清晰可見(jiàn)，表面無(wú)PMMA殘留，基底起伏度在分子級(jí)范圍以?xún)?nèi)。此即說(shuō)明本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)移方法能得到原子級(jí)清潔的石墨烯表面。
[0085]對(duì)處理過(guò)的樣品做Raman譜圖，結(jié)果如圖10所示，其中2D峰強(qiáng)度與G峰強(qiáng)度比值約為2，D峰強(qiáng)度弱，此結(jié)果與轉(zhuǎn)移前的CVD石墨烯一致，此即證明，轉(zhuǎn)移操作過(guò)后石墨烯基本上完好的保存了原CVD石墨烯的特性，本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)移方法不對(duì)石墨烯產(chǎn)生明顯的缺陷影響。對(duì)石墨烯樣品表面任選區(qū)域以D峰強(qiáng)度和G峰強(qiáng)度比值做Raman面掃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11，其也表明轉(zhuǎn)移過(guò)的石墨烯缺陷較少，品質(zhì)優(yōu)良。
[0086]實(shí)施例4、以乙酸為有機(jī)酸溶液將CVD石墨烯轉(zhuǎn)移至SiO2基底表面
[0087]制備步驟如下:
[0088](I)在長(zhǎng)有石墨烯的Pt基底(具體制備方法可以參照Nanotechnology,.2012, 23,0957-4484.)表面旋涂一層 PMMA 溶液(960PMMA A4, MicroChem)，旋涂轉(zhuǎn)速為 3000rpm。旋涂結(jié)束后將涂覆有PMMA的Pt基底置于160°C加熱板加熱固化。
[0089](2)樣品PMMA面朝上浮于0.15mol/L (NH4) 2S208溶液表面，腐蝕處理2.5h。待銅箔充分溶解后，轉(zhuǎn)移至清水中浸泡40min。
[0090](3)洗凈石墨烯表面的殘余離子后，選取一片潔凈的SiO2基底將石墨烯和PMMA薄層撈起。轉(zhuǎn)移樣品至加熱臺(tái)180°C加熱2h，使石墨烯與SiO2基底充分接觸。
[0091](4)待樣品冷卻至室溫后將其浸泡于乙酸溶液中，55°C恒溫處理lh。
[0092](5)將洗凈的石墨烯/SiO2基底轉(zhuǎn)移至管式爐中350°C常壓退火處理，處理時(shí)間為
1.5h，處理氣氛為8%H2/Ar混合氣。
【權(quán)利要求】
1.一種原子級(jí)清潔CVD石墨烯的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，選用有機(jī)酸作溶劑去除PMMA涂層。 優(yōu)選地，所述有機(jī)酸選自乙酸、三氟乙酸、甲酸、草酸中至少一種。優(yōu)選乙酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移方法包括:將鋪展有石墨烯/PMMA的目標(biāo)基底浸泡于有機(jī)酸溶液中，溶解PMMA即可獲得鋪展有石墨烯的目標(biāo)基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)在生長(zhǎng)有石墨烯的金屬基底(如銅箔或其他金屬基底)表面旋涂一層PMMA溶液，固化成型； (2)將步驟(I)獲得的樣品的PMMA層朝上浸泡于腐蝕溶液中腐蝕金屬基底，然后將粘有石墨烯的PMMA轉(zhuǎn)移至去離子水中洗凈殘余離子； (3)選取合適目標(biāo)基底撈起石墨烯/PMMA層，干燥處理； (4)將鋪展有石墨烯/PMMA的目標(biāo)基底浸泡于有機(jī)酸溶液中，溶解PMMA即可獲得鋪展有石墨稀的目標(biāo)基底； (5)最后將鋪有石墨稀的基底于H2/Ar混合氣中退火處理，即可獲取原子級(jí) 清潔的石墨烯表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其特征在于:步驟(I)中PMMA溶液通過(guò)旋涂方式涂覆于CVD石墨烯表面。優(yōu)選通過(guò)加熱固化處理增加PMMA和石墨烯間粘附作用。 優(yōu)選地，在長(zhǎng)有石墨烯的銅箔表面旋涂一層PMMA溶液的旋涂轉(zhuǎn)速為3000rpm。 優(yōu)選地，旋涂結(jié)束后將涂覆有PMMA的銅箔置于加熱板加熱固化。優(yōu)選地，所述加熱板的加熱溫度為80-200°C，優(yōu)選100-180°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于:步驟(2)的腐蝕溶液選自商品化銅腐蝕液(Transene，CE-100)、FeCl3溶液或(NH4)2S2O8三種。所述的生長(zhǎng)基底有Ni和Cu。其 優(yōu)選地，所述腐蝕液為(NH4)2S2O8溶液。石墨烯表面殘余離子通過(guò)去離子水洗凈。 優(yōu)選地，所述(NH4)2S2O8溶液的溶度為0.05-2mol/L，優(yōu)選0.1-lmol/L。 優(yōu)選地，所述腐蝕溶液的處理時(shí)間為1-5小時(shí)，優(yōu)選2-3小時(shí)。優(yōu)選地，待銅箔充分溶解后，轉(zhuǎn)移至清水中浸泡，浸泡時(shí)間為30-90分鐘，優(yōu)選40-60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其特征在于:步驟(3)中的PMMA/石墨烯/目標(biāo)基底的干燥處理溫度為80-180°C。優(yōu)選地，目標(biāo)基底選自=SiO2，云母等。 優(yōu)選地，步驟(3)中洗凈石墨烯表面的殘余離子后，選取一片潔凈的SiO2基底將石墨烯和PMMA薄層榜起。步驟(3)中石墨稀轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底之后，干燥處理能促進(jìn)石墨稀與基底的相互作用和吸附。 優(yōu)選地，步驟(3)中，將撈起后的樣品轉(zhuǎn)移至加熱臺(tái)加熱，所述加熱溫度為優(yōu)選為100-150°C。所述加熱時(shí)間為l_3h，使石墨烯與SiO2基底充分接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其特征在于:步驟(4)中PMMA通過(guò)有機(jī)酸溶劑去除，其中有機(jī)酸溶劑選至下述至少一種:乙酸、三氟乙酸、甲酸、草酸。優(yōu)選乙酸。 優(yōu)選地，待樣品冷卻至室溫后將其浸泡于乙酸溶液中，所述浸泡時(shí)間為1-5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)。所述浸泡溫度為恒溫，優(yōu)選40-80°C，更有55°C _70°C恒溫處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其特征在于:步驟(5)中石墨烯表面的殘余PMMA通過(guò)H2/Ar混合氣氛退火進(jìn)一步去除。所述石墨烯的退火氣氛為5-15%H2/Ar混合氣，退火時(shí)間為l-4h,退火溫度為350_500°C,處理的壓力為一個(gè)大氣壓。
9.一種由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的方法處理獲得的原子級(jí)清潔石墨烯表面。 優(yōu)選地，所述原子級(jí)清潔石墨烯表面結(jié)構(gòu)完整。優(yōu)選表面起伏度小于0.2nm，為原子級(jí)平整表面。
10.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的方法處理獲得的原子級(jí)清潔石墨烯表面用于構(gòu)筑電子器件或者用作原子級(jí)平整基底以研究表界面的微觀過(guò)程的應(yīng)用。優(yōu)選用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、透明電極 中。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103449418SQ201310362356
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】王棟, 李景, 萬(wàn)立駿 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所