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邁可諾技術(shù)有限公司
主營產(chǎn)品： 美國Laurell勻膠機,WS1000濕法刻蝕機,Cargille光學(xué)凝膠,EDC-650顯影機,NOVASCAN紫外臭氧清洗機 |
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2024-12-26 閱讀(268)
石墨烯通常通過化學(xué)氣相沉積（CVD）在生長基底上沉積,，然后轉(zhuǎn)移到適合其特定應(yīng)用的目標(biāo)基底上。等離子體處理可用于支持和促進各種石墨烯轉(zhuǎn)移方法。
介紹
石墨烯是一種具有六方晶體結(jié)構(gòu)的單原子碳層,，由于其許多DT的材料特性，在過去幾十年中受到了廣泛的研究,。憑借其高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,、近乎光學(xué)的透明度和高機械強度，石墨烯被認為是一種非常通用的二維材料,，可用于廣泛的應(yīng)用,，包括能源儲存、光學(xué)顯示和傳感器[1-3],。
生產(chǎn)石墨烯的常見方法是CVD,，使用碳氫化合物氣體或含碳前體與催化襯底（如銅銅箔）結(jié)合使用，以分解前體并將石墨烯沉積在生長襯底上,。
然后必須將石墨烯轉(zhuǎn)移到適合特定應(yīng)用的期望的目標(biāo)襯底上,。例如,，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的柔性透明聚合物基板，可能有利于制造基于石墨烯的可穿戴電子設(shè)備,。因此,，石墨烯從生長基底到目標(biāo)基底(及其最終使用點)的高保真轉(zhuǎn)移是器件制造方案中非常關(guān)鍵的處理步驟。
已經(jīng)使用了各種方法來轉(zhuǎn)移石墨烯,，包括濕轉(zhuǎn)移(通過浸入濕化學(xué)溶液中從生長基底釋放石墨烯),、干轉(zhuǎn)移(無濕化學(xué)的脫層)或不同技術(shù)的組合。在少數(shù)情況下,，也研究了石墨烯在目標(biāo)襯底上的直接生長[3],。
等離子體處理可以通過在納米級水平上清潔表面和改變表面化學(xué)以增強膜粘附來促進石墨烯轉(zhuǎn)移。由于施加的功率相對較低,，只有10瓦,，Harrick等離子清洗機非常適合溫和地清潔表面和處理石墨烯。在本篇案例中,，我們探索了使用等離子體處理來增加表面親水性,，并通過各種轉(zhuǎn)移技術(shù)為可靠的石墨烯轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備襯底表面。
用Su-8濕轉(zhuǎn)移
Hiranyawasit等人開發(fā)了一種濕轉(zhuǎn)移方法(使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為生長在銅箔上的石墨烯的支撐層),以使用SU-8光致抗蝕劑作為中間粘合層將石墨烯轉(zhuǎn)移到PDMS基底上,。在轉(zhuǎn)移的各個階段對表面進行了O2等離子體處理,，以促進膜層之間的均勻涂層和強粘附力，并將石墨烯成功轉(zhuǎn)移到PDMS上,。
在他們的工作中,，SU-8被用作中間層以增強石墨烯和PDMS之間的粘附力。石墨烯在SU-8上的附著力很強,，但與此相反,，SU-8在PDMS上的附著力不強。為了克服這一缺陷,，在旋涂SU-8之前,，對PDMS進行了O2等離子體處理，使其表面具有親水性（未經(jīng)等離子體處理,，SU-8不能均勻地涂在PDMS表面）,。在對SU-8進行紫外線固化和硬烘之后，在從過LS銨溶液（用于溶解其上生長石墨烯的銅箔）中收集石墨烯/PMMA膜疊層之前,，進一步對SU-8/PDMS基底進行等離子體處理以增加SU-8的表面親水性,，從而將石墨烯/PMMA轉(zhuǎn)移到涂有SU-8的PDMS上。然后將組裝好的結(jié)構(gòu)浸泡在BT中,，以去除頂部的PMMA層,，從而得到石墨烯/SU-8/PDMS基底的最終薄膜結(jié)構(gòu)。
作為對比，研究人員在裸露的（未處理的）PDMS和O2等離子體處理的PDMS上轉(zhuǎn)移石墨烯,。在這兩種對照中,，都沒有使用SU-8中間層。對于未經(jīng)處理的PDMS,，石墨烯起皺并從基底上脫剝離,，而對于經(jīng)過等離子體處理的PDMS，石墨烯均勻地涂覆在基底上,，但最終在隨后的電阻測量中剝離,。
由此產(chǎn)生的石墨烯/SU-8/PDMS結(jié)構(gòu)顯示出薄層電阻(RS)為1147±184Ω/sq），與轉(zhuǎn)移到剛性基底（如硅,、玻璃）上的石墨烯相當(dāng)。他們的工作證明了在PDMS上開發(fā)基于石墨烯的設(shè)備的可行性,，并有可能應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品,。
干釋放轉(zhuǎn)移
Kinoshita等人設(shè)計了一種干式釋放方法來轉(zhuǎn)移石墨烯和六方氮化硼（hBN）層，以構(gòu)建hBN/石墨烯多層結(jié)構(gòu),，使用碳酸聚丙烯（PPC）薄膜作為中間支撐層,。
二維材料在室溫下對PPC表現(xiàn)出很強的附著力，然而,，在>40℃（PPC的玻璃轉(zhuǎn)化溫度）時,，附著力明顯減弱。因此,，石墨烯和hBN層牢固地粘附在室溫下的PPC表面,，但在70℃時稍加加熱就容易從PPC上釋放。這樣,，在進行PPC的轉(zhuǎn)移和釋放時,，可以將聚合物的污染降低，并且不使用溶劑,。
在異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造方案的不同階段使用空氣等離子體處理,，以賦予表面親水性并增強對后續(xù)層的粘附力。在他們的方案中,，制備了薄的PDMS/玻璃載玻片疊層作為支持的中間結(jié)構(gòu),，以促進干轉(zhuǎn)移過程。在貼附載玻片之前,，對PDMS片(0.4毫米厚)進行空氣等離子體處理,，以確保牢固的結(jié)合。類似地,，在接收具有附著的2D層的PPC結(jié)構(gòu)之前,，對PDMS/玻璃結(jié)構(gòu)的頂側(cè)進行等離子體處理，以增加親水性并增強PPC對PDMS的粘附力。等離子體處理能夠?qū)崿F(xiàn)多層之間的牢固附著,，并確保機械穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),，以便在多步干轉(zhuǎn)移過程中進行處理。
直接合成石墨烯
雖然濕法和干法都可以有效地將石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上,，但研究人員也在研究石墨烯在所需基底上的直接生長,，以進一步簡化制造過程。此外,，可以通過消除聚合物層和金屬生長襯底來保持原生石墨烯的質(zhì)量,，犧牲聚合物層和金屬生長襯底可能是污染源，并可能降低石墨烯的電性能,。
多·納西門托·巴博薩等人證明了通過CVD直接在目標(biāo)襯底(玻璃)上生長石墨烯,。調(diào)整CVD工藝條件，即真空壓力和甲烷流量,，以在玻璃上合成均勻的大面積雙層石墨烯,。
沉積后，在通過拉曼光譜,、X射線光電子能譜(XPS)和光學(xué)透射率測量進一步表征之前,，應(yīng)用等離子體處理長達20分鐘，以從基底的一側(cè)去除石墨烯,。所得的光學(xué)透射光譜與常規(guī)石墨烯雙層的光學(xué)透射光譜相當(dāng),，表明等離子體清洗步驟沒有顯著改變原生石墨烯的質(zhì)量。作為制造方案的一部分,，可以利用等離子體清洗來去除殘留的石墨烯,，同時保持石墨烯的生長特性。
因此,，這些出版物說明了等離子體處理如何成為有益的處理步驟,，以促進濕和干石墨烯轉(zhuǎn)移或直接生長，從而最終在期望的基底上產(chǎn)生高質(zhì)量的石墨烯層,。
等離子用戶的相關(guān)文章：
Hiranyawasit W, Punpattanakul K, Pimpin A, Kim H, Jeon S and Srituravanich W. “A novel method for transferring graphene onto PDMS." Appl. Surf. Sci. (2015) 358: 70-74.
Kinoshita K, Moriya R, Onodera M, Wakafuji Y, Masubuchi S, Watanabe K, Taniguchi T and Machida T. “Dry release transfer of graphene and few-layer h-BN by utilizing thermoplasticity of polypropylene carbonate." npj 2D Mater. Appl. (2019) 3: 22.
do Nascimento Barbosa A, Romani EC, Mendoza CD, Maia da Costa MEH and Freire FL. “Direct synthesis and characterization of graphene layers on silica glass substrates". Mater. Today: Proc. (2019) 10: 400-407.
【參考文獻】
[1] Ullah S, Yang X, Ta HQ, Hasan M, Bachmatiuk A, Tokarska K, Trzebicka B, Fu L and Rummeli MH. “Graphene transfer methods: A review." Nano Res. (2021) 14(11): 3756-3772.
[2] Lee HC, Liu W-W, Chai S-P, Mohamed AR, Aziz A, Khe C-S, Hidayah NMS and Hashim U. “Review of the synthesis, transfer, characterization and growth mechanisms of single and multilayer graphene." RSC Adv. (2017) 7: 15644-15693.
[3] Chen Y, Gong X-L and Gai J-G. “Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films." Adv. Sci. (2016) 3: 1500343.
