一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法

技术领域

本发明涉及二维材料转移技术领域，特别涉及一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法。

背景技术

二维的Bi

发明内容

本发明目的为解决现有技术中存在的有机转移层聚合度高、粘度大、难以去除的问题，提出一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法，用于对二维铋氧硒材料进行转移，维持其完整性并减少有机物残留。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案如下：一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法，包括如下步骤：

第一步：使用甲种聚合物与水或无水乙醇配制成甲种前驱液，固相含量为5~20%；使用乙种聚合物与丙酮配制成乙种前驱液，固相含量为5~20%；

第二步：将制备有二维铋氧硒材料的原始衬底置入加热匀胶机，使用甲种前驱液进行加热旋涂操作，加热温度为30~100℃，旋涂转速为7000~12000rpm，旋涂时间为3~30s，旋涂完成后置于60~85℃加热台烘干2~30min，形成甲种有机层，甲种有机层覆盖或包裹二维铋氧硒材料；

第三步：使用乙种前驱液在第二步制备的甲种有机层上进行不加热的旋涂操作，旋涂转速为800~5000rpm，旋涂时间为3~30s，旋涂完成后置于60~85℃加热台烘干2~30min，形成乙种有机层，乙种有机层覆盖甲种有机层，构成复合有机层；

第四步：将带有复合有机层的原始衬底从加热匀胶机取出放入装有乙醚的带盖石英容器中并盖紧瓶盖，将石英容器放入超声清洗机进行脉冲超声处理，脉冲周期为3~5s，脉冲通电时间为1~4s，直至复合有机层从原始衬底上脱落，二维铋氧硒材料被复合有机层中的甲种有机层覆盖或包裹；

第五步：在新衬底滴加0.5~3ml无水乙醇，将脱落的复合有机层置于新衬底上，其中乙种有机层向上，甲种有机层向下，展平复合有机层与新衬底紧密贴合，直至展平前持续向薄膜一侧滴加水或无水乙醇，并通过在另一侧使用滤纸吸附或倾斜样品或在另一侧使用滤纸吸附并倾斜样品的方式使水或无水乙醇浸入接触面，展平完成后将带有复合有机层的新衬底放置于加热台进行加热处理，加热温度为30~85℃，加热时间为1~20min；

第六步：将带有复合有机层的新衬底放入到丙酮中，加热至30~100℃，溶解掉复合有机层中的乙种有机层，此时新衬底上仅剩甲种有机层；

第七步：将带有甲种有机层的新衬底放入到水或无水乙醇中，加热至30~100℃，溶解掉甲种有机层，此时二维铋氧硒材料被转移到新衬底上。

所述甲种聚合物为低聚合度水溶性聚合物，其材质为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，其平均聚合度为1000-20000。

所述乙种聚合物为高聚合度非水溶性聚合物，其材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯，其平均聚合度为20000-60000。

所述二维铋氧硒材料，其存在形式为面内生长的片状结构或面外生长的片状结构或面内生长的大面积膜状结构。

所述原始衬底形状为直径7mm~55mm的圆形或任意边长长度均为7mm~55mm的矩形，材质为云母或钙钛矿型氧化物；所述钙钛矿型氧化物材质为锶钛氧或镧铝氧或锶钛氧和镧铝氧的结合物。

所述新衬底形状为直径7mm~55mm的圆形或任意边长在7mm~55mm的矩形，其形状能够将原始衬底的形状完全覆盖，结构为基础衬底或转移有二维材料的基础衬底；所述二维材料为二硫化钨或二硫化钼；所述基础衬底材质为单晶硅或单晶氧化铝或带有氧化硅外延层的单晶硅或带有氧化铝外延层的单晶硅。

所述脉冲超声处理实现方式为手动开关超声清洗机或使用开关控制电路自动控制。

与已有技术相比，本发明具有的优势如下：传统工艺采用单一乙种有机层，不易去除。本发明使用复合有机层转移方法，先使用易去除的低聚合度、水溶性聚合物对二维材料进行保护性覆盖，再使用高聚合度、强度较高的非水溶性聚合物进行成型覆盖，处理后形成的复合有机层兼具坚固性与易去除性。

本发明复合有机层使用的两种聚合物材料对溶剂具有排斥性：低聚合度、水溶性聚合物溶于水、乙醇，不溶于丙酮、乙醚；高聚合度、非水溶性聚合物溶于丙酮，不溶于水、乙醇与乙醚。在多层旋涂或超声处理过程中不发生再溶解现象，保证的各材质间的区分性与无干扰性。

本发明使用脉冲超声处理，将持续性超声处理转变为脉冲超声处理，不使用腐蚀性物质，减少对二维材料的损害。

本发明转移技术不仅适用于生长于云母衬底的二维铋氧硒材料，还适用于其它不受本工艺所用材料影响的其它二维材料。

附图说明

图1为本发明复合有机层辅助二维材料的转移过程示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法，本实施例全部过程在氮气气氛手套箱中进行。在本实施例中，甲种聚合物材质为聚乙烯醇，平均聚合度为1700；乙种聚合物材质为聚甲基丙烯酸甲酯，平均聚合度为30000；原始衬底形状为10mm*10mm的矩形，材质为云母；在原始衬底上，二维铋氧硒材料的存在形式为面内生长的片状结构和面外生长的片状结构；新衬底形状为15mm*20mm的矩形，材质为转移有二维材料的基础衬底，二维材料材质为二硫化钨，基础衬底材质为带有氧化硅外延层的单晶硅。

第一步：使用甲种聚合物与水配制成溶液，形成甲种前驱液，固相含量10%；使用乙种聚合物与丙酮配制成溶液，形成乙种前驱液，固相含量15%；

第二步：将制备有二维铋氧硒材料的原始衬底置入加热匀胶机，使用甲种前驱液进行加热旋涂操作，加热温度为90℃，旋涂转速为8000rpm，旋涂时间为10s，旋涂完成后置于80℃加热台烘干25min，形成甲种有机层，甲种有机层覆盖或包裹二维铋氧硒材料；

第三步：使用乙种前驱液在第二步制备的甲种有机层上进行不加热的旋涂操作，旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为8s，旋涂完成后置于80℃加热台烘干15min，形成乙种有机层，乙种有机层覆盖甲种有机层，构成复合有机层；

第四步：将带有复合有机层的原始衬底从加热匀胶机取出，放入装有乙醚的带盖石英容器中并盖紧瓶盖，将石英容器放入超声清洗机进行脉冲超声处理，脉冲周期为3s，脉冲通电时间为2s，直至复合有机层从原始衬底上脱落，二维铋氧硒材料被复合有机层中的甲种有机层覆盖或包裹；

第五步：在新衬底滴加1ml无水乙醇，将脱落的复合有机层置于其上，其中乙种有机层向上，甲种有机层向下，展平复合有机层使之与新衬底紧密贴合，直至展平前持续向复合有机层一侧滴加无水乙醇，并通过在另一侧使用滤纸吸附并倾斜样品的方式使其浸入接触面，展平完成后将带有复合有机层的新衬底放置于加热台进行加热处理，加热温度为70℃，加热时间为8min；

第六步：将带有复合有机层的新衬底放入到丙酮中，加热至80℃，溶解掉复合有机层中的乙种有机层，此时新衬底上仅剩甲种有机层；

第七步：将带有甲种有机层的新衬底放入到水中，加热至90℃，溶解掉甲种有机层，此时二维铋氧硒材料被转移到新衬底上。

实施例2，一种复合有机层辅助二维铋氧硒材料转移方法，本实施例全部过程在氩气气氛手套箱中进行。在本实施例中，甲种聚合物材质为聚乙烯吡咯烷酮，平均聚合度为8000；乙种聚合物材质为聚苯乙烯，平均聚合度为50000；原始衬底形状为直径1in的圆形，材质为锶钛氧；在原始衬底上，二维铋氧硒材料的存在形式为面内生长的大面积膜状结构；新衬底形状为直径2in的圆形，材质为单晶氧化铝。

第一步：使用甲种聚合物与无水乙醇配制成溶液，形成甲种前驱液，固相含量8%；使用乙种聚合物与丙酮配制成溶液，形成乙种前驱液，固相含量12%；

第二步：将制备有二维铋氧硒材料的原始衬底置入加热匀胶机，使用甲种前驱液进行加热旋涂操作，加热温度为70℃，旋涂转速为5000rpm，旋涂时间为10s，旋涂完成后置于70℃加热台烘干15min，形成甲种有机层，甲种有机层覆盖或包裹二维铋氧硒材料；

第三步：使用乙种前驱液在第二步制备的甲种有机层上进行不加热的旋涂操作，旋涂转速为4000rpm，旋涂时间为5s，旋涂完成后置于80℃加热台烘干15min，形成乙种有机层，乙种有机层覆盖甲种有机层，构成复合有机层；

第四步：将带有复合有机层的原始衬底从加热匀胶机取出，放入装有乙醚的带盖石英容器中并盖紧瓶盖，将石英容器放入超声清洗机进行脉冲超声处理，脉冲周期为4s，脉冲通电时间为2s，直至复合有机层从原始衬底上脱落，二维铋氧硒材料被复合有机层中的甲种有机层覆盖或包裹；

第五步：在新衬底滴加2ml无水乙醇，将脱落的复合有机层置于其上，其中乙种有机层向上，甲种有机层向下，展平复合有机层使之与新衬底紧密贴合，直至展平前持续向复合有机层一侧滴加无水乙醇，并通过在另一侧使用滤纸吸附的方式使其浸入接触面，展平完成后将带有复合有机层的新衬底放置于加热台进行加热处理，加热温度为70℃，加热时间为10min；

第六步：将带有复合有机层的新衬底放入到丙酮中，加热至80℃，溶解掉复合有机层中的乙种有机层，此时新衬底上仅剩甲种有机层；

第七步：将带有甲种有机层的新衬底放入到无水乙醇中，加热至75℃，溶解掉甲种有机层，此时二维铋氧硒材料被转移到新衬底上。