电化学鼓泡转移石墨烯及其性能的研究

石墨烯作为新型二维碳材料,因其具有诸多优异的电、热和机械特性,在高速晶体管、手机触屏、太阳能电池和超级电容器等电子器件上有广阔的应用前景。这些应用主要依赖于石墨烯薄膜能否高质量地从金属基片转移到目标基片。采用电化学鼓泡法转移石墨烯,用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/G/Cu作阴极,Pt箔作阳极,在NaOH电解液中发生水解反应。阴极Cu箔表面产生氢气气泡,数十秒内可将PMMA/石墨烯与Cu剥离。采用电化学鼓泡法转移的石墨烯样品完整,清晰,没有破损,方阻和透光率分别为835Ω/和94.8%,表现出良好的透光性和导电性,有望应用于工业上的大规模转移石墨烯。

使用密闭空腔阻挡层的CVD石墨烯鼓泡法转移

采用传统电化学鼓泡法转移的石墨烯破洞和褶皱较多。提出了一种改进型电化学鼓泡法转移大面积化学气相沉积石墨烯的技术。转移过程中,利用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)框和薄片在石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑层的上方形成了一个密闭空腔。此空腔阻挡了水和H+离子对PMMA的直接透过,从而不会在石墨烯的上下表面产生H2气泡,致使石墨烯产生破洞和褶皱,甚至发生断裂。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、喇曼光谱检测石墨烯形貌和结构,并制备场效应晶体管测量石墨烯载流子迁移率。结果表明,使用该方法转移的石墨烯几乎没有破损,具有很好的均匀性,其载流子迁移率约为4 500 cm2·V-1·s-1,高于未做阻挡层处理而转移的同类石墨烯样品。