



从不同制备工艺得到的石墨烯往往还不能直接用于设计相关功能器件。另一个亟须解决的问题是根据不同的应用需求将石墨烯转移到不同的衬底上,以及加工不同的石墨烯图案。下面介绍当前一些经典的石墨烯转移方法及石墨烯图案的加工。
湿法转移技术使用化学腐蚀液体去除CVD制备过程中使用的金属箔片,并将石墨烯转移到其他材料的衬底上。由于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的黏滞性比较低且浸润性较好,因此经常将其作为湿法转移石墨烯的中间件使用 [203] 。该流程的示意图如图1.9所示 [204] ,可以概括为以下几点:
(1)用CVD方法在铜箔上制备得到石墨烯,使用旋涂方法在石墨烯表面涂覆均匀的PMMA;
(2)将旋涂有PMMA的石墨烯加热至大约60℃并保持3min;
(3)使用化学腐蚀液体(如FeCl 3 )将铜箔腐蚀,此时石墨烯附着在了PMMA中间件上;
(4)将需要的衬底与PMMA贴合,在纯水中浸泡,使得石墨烯贴合在目标衬底上。
湿法转移存在一些缺点:由于旋涂环节的瓶颈,当石墨烯/铜箔较大时,PMMA很难均匀涂覆在石墨烯表面,所以用这种方法转移的石墨烯面积比较小;由于需要多次长时间浸泡,所以湿法转移效率比较低。
图1.9 湿法转移石墨烯到介质衬底上的流程示意图,主要分为旋涂、加热、腐蚀、转移几个步骤
卷对卷转移工艺示意图如图1.10所示 [205] ,用CVD法得到同样的石墨烯/铜箔之后,将石墨烯一面与专门的热释放胶带(PVC、PET等材质)胶面对齐,利用塑封机滚轮的加热、压合效应,将石墨烯/铜箔与胶带紧密压合。接下来,使用化学腐蚀液体将铜箔腐蚀,最终将石墨烯转移到胶带上。
首先,由于热释放胶带具有一定的韧性及厚度,所以这种转移到柔性衬底上的石墨烯十分适合应用在具有弯曲表面、共形结构上;其次,卷对卷工艺只有腐蚀铜箔环节耗时较长,整套流程效率仍然较高;除此之外,卷对卷压合几乎不受尺寸限制,因此能够转移超大尺度的石墨烯。总之,卷对卷转移石墨烯方法能够达到大批量、流水线式的工艺水准。
图1.10 卷对卷转移石墨烯方法,用塑封机热压方法将附着单层/多层石墨烯的铜箔/镍箔与特质的PVC胶带紧密压合,再将金属箔腐蚀,使石墨烯转移到PVC柔性衬底上 [205]