一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法和应用与流程

本发明属于悬空石墨烯薄膜材料，具体涉及一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法和应用。

背景技术：

1、石墨烯是一种具有优异的导电性、较高的光学透明度、极高的机械强度和柔韧性，以及良好的化学稳定性的二维材料。然而，石墨烯从生长衬底到所需衬底的繁琐转移操作是不可避免的，现有转移方法不仅会使石墨烯膜产生裂纹、掺杂、褶皱以及表面污染等，降低石墨烯的本征性能；更重要的是现行方法转移后的薄膜张力几乎是不可控的，这对于对薄膜张力及张力可控度有较高要求的应用领域十分受限，例如：压力传感器、压力探测器领域等。

2、现有专利文献公开了一种石墨烯洁净转移制备高完整度悬空石墨烯薄膜的方法，该专利通过在转移过程中将水置换为低张力溶液实现高完整度的悬空石墨烯转移，但是其并不能实现对悬空石墨烯薄膜张力进行可控的调控。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的不能对悬空石墨烯薄膜张力进行可控的调控等缺陷，从而提供一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法和应用。

2、为此，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，包括如下步骤：

4、s1，将带生长衬底的石墨烯置于刻蚀液中，刻蚀除去生长衬底，得到浮于刻蚀液表面的石墨烯薄膜；

5、s2，将刻蚀液置换为清水，将清水置换为不同张力溶液；

6、s3，将不同张力溶液排空，使石墨烯薄膜贴附在目标基底上，得到不同张力的悬空石墨烯薄膜；

7、s4，数据处理，得到悬空石墨烯薄膜张力与溶液张力的关系曲线；

8、s5，根据上述关系曲线，通过步骤s1～步骤s3实现对悬空石墨烯薄膜张力的调控。

9、本发明方法可利用不同张力溶液对湿法转移的悬空石墨烯薄膜张力实现有效调控。

10、可选地，步骤s2中，所述不同张力溶液的张力范围为20～90mn/m。不同张力的溶液通过调控试剂浓度或配比来实现，主要使用水，有机化合物，无机盐水溶液或有机化合物-水混合溶液通过控制试剂用量配比调配得到系列张力不同于水的溶液，并使用该溶液转移悬空石墨烯薄膜，实现对悬空石墨烯薄膜张力的有效控制。

11、可选地，步骤s2中，所述不同张力溶液包括但不限于水，有机化合物，有机化合物与水混合溶液或无机盐水溶液中的至少一种。

12、可选地，所述有机化合物包括但不限于甲醇，乙醇，异丙醇，甘油，丙酮，正己烷，正丁醇，乙酸乙酯，石油醚，乙酸，蔗糖中的至少一种。

13、可选地，所述无机盐包括可溶性碱金属盐中的至少一种。

14、可选地，所述无机盐包括但不限于氯化钠，氯化钾，氯化镁，硫酸钠，硫酸钾，碳酸钾，碳酸钠，硝酸钠，硝酸钾，氯化铵，硫酸铵，氯化钡，硝酸钡中的至少一种。

15、可选地，步骤s1中，所述刻蚀液包括三氯化铁溶液，过硫酸铵溶液，过硫酸钠溶液中的至少一种。

16、可选地，步骤s1中，所述带生长衬底的石墨烯包括化学气相沉积法制备的石墨烯或还原氧化石墨烯。其中，还原氧化石墨烯的制备方法为领域内常规的，可以采用溶液法旋涂或涂布工艺进行制备。

17、可选地，步骤s1中，所述生长衬底为金属衬底，一般是铜，镍，铂，钼中的一种。

18、由于悬空石墨烯薄膜的张力还与其尺寸(如厚度、直径等)有关，因此不同尺寸的悬空石墨烯薄膜得到的关系曲线是不同的。

19、可选地，当悬空石墨烯薄膜的厚度约20nm，直径为10mm时，悬空石墨烯薄膜张力与溶液张力的关系曲线为y＝10.323x+6.6956；其中，x为溶液张力，单位为mn/m，y为悬空石墨烯薄膜张力，单位为mn/m。

20、可选地，当悬空石墨烯薄膜的厚度约20nm，直径为20mm时，悬空石墨烯薄膜张力与溶液张力的关系曲线为y＝10.136x-8.4191；其中，x为溶液张力，单位为mn/m，y为悬空石墨烯薄膜张力，单位为mn/m。

21、本发明还提供一种上述调控悬空石墨烯薄膜张力的方法所得悬空石墨烯薄膜在光电传感器、声学振膜、声学探测器、微纳器件领域中的应用。

22、本发明技术方案，具有如下优点：

23、本发明提供的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，包括如下步骤：s1，将带生长衬底的石墨烯置于刻蚀液中，刻蚀除去生长衬底，得到浮于刻蚀液表面的石墨烯薄膜；s2，将刻蚀液置换为清水，将清水置换为不同张力溶液；s3，将不同张力溶液排空，使石墨烯薄膜贴附在目标基底上，得到不同张力的石墨烯薄膜；s4，数据处理，得到悬空石墨烯薄膜张力与溶液张力的关系曲线；s5，根据上述关系曲线，通过步骤s1～步骤s3实现对悬空石墨烯薄膜张力的调控。本发明方法可利用不同张力溶液对湿法转移的悬空石墨烯薄膜张力实现有效调控，填补了技术空白。

技术特征：

1.一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，步骤s2中，所述不同张力溶液的张力范围为20～90mn/m。

3.根据权利要求2所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，步骤s2中，所述不同张力溶液包括水，有机化合物与水混合溶液或无机盐水溶液中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，所述有机化合物包括甲醇，乙醇，异丙醇，甘油，丙酮，正己烷，正丁醇，乙酸乙酯，石油醚，乙酸，蔗糖中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，所述无机盐包括可溶性碱金属盐中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，所述无机盐包括氯化钠，氯化钾，氯化镁，硫酸钠，碳酸钾，硫酸钾，碳酸钠，硝酸钠，硝酸钾，氯化铵，硫酸铵，氯化钡，硝酸钡中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，步骤s1中，所述刻蚀液包括三氯化铁溶液，过硫酸铵溶液，过硫酸钠溶液中的至少一种。

8.根据权利要求1-6任一项所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，步骤s1中，所述带生长衬底的石墨烯包括化学气相沉积法制备的石墨烯或还原氧化石墨烯。

9.根据权利要求1-6任一项所述的调控悬空石墨烯薄膜张力的方法，其特征在于，步骤s1中，所述生长衬底为金属衬底。

10.一种权利要求1-9任一项所述调控悬空石墨烯薄膜张力的方法所得悬空石墨烯薄膜在光电传感器、声学振膜、声学探测器、微纳器件领域中的应用。

技术总结
本发明属于悬空石墨烯薄膜材料技术领域，具体涉及一种调控悬空石墨烯薄膜张力的方法和应用。该方法包括如下步骤：S1，将带生长衬底的石墨烯置于刻蚀液中，刻蚀除去生长衬底，得到浮于刻蚀液表面的石墨烯薄膜；S2，将刻蚀液置换为清水，将清水置换为不同张力溶液；S3，将不同张力溶液排空，使石墨烯薄膜贴附在目标基底上，得到不同张力的石墨烯薄膜；S4，数据处理，得到悬空石墨烯薄膜张力与溶液张力的关系曲线；S5，根据上述关系曲线，通过步骤S1～步骤S3实现对悬空石墨烯薄膜张力的调控。本发明方法可利用不同张力溶液对湿法转移的悬空石墨烯薄膜张力实现有效调控，填补了技术空白。

技术研发人员：尚俊峰,刘科海,任云龙,邵乾宏,林智君,郑跃滨,刘开辉,王恩哥
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18