Hệ số giản nở nhiệt của graphene âm ở nhiệt độ phịng, lớp hỗ trợ polymer có tác dụng ổn định tránh graphene co dúm lại. Tuy nhiên điều đó cũng làm tăng khả năng tạo ra các lỗ thủng và dư lượng polymer trên graphene [34]. Liên kết giữa polymer và graphene là liên kết vật lý (van der Waals) tại bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu [35]. Các liên kết vật lý này phụ thuộc lớn vào năng lượng bề mặt của vật liệu. Năng lượng bề mặt của lớp hỗ trợ polymer càng thấp, lực bám dính với bề
21 mặt graphene càng yếu và do đó sau khi transfer graphene sang đế đích sẽ dễ dàng loại bỏ polymer hơn bằng lực cơ học hoặc hòa tan, để lại ít dư lượng hơn [34]. Trong báo cáo này, chúng tôi sử dụng PMMA và paraffin là polymer hỗ trợ transfer graphene.
1.5.2.1. Paraffin
Paraffin khơng phản ứng hóa học với gần như tất cả các vật liệu, có chiều dài chuỗi khác nhau nên nhiệt độ kết tinh cũng khác nhau. Không giống như nhiều vật liệu polymer khác, paraffin có sự thay đổi pha trong suốt q trình [36]. Chúng tơi sử dụng paraffin liquid làm lớp hỗ trợ cho quá trình transfer graphene. Vì khá ít tài liệu nói về nó nên chúng tơi gặp khơng ít khó khăn trong việc tạo màng paraffin trên graphene. Nhiệt độ hình thành màng paraffin liquid thấp (~ 4°C). Graphene được transfer sử dụng paraffin làm lớp hỗ trợ sẽ có hình thái trơn tru và khơng làm thay đổi tính chất màng [37]. Paraffin có năng lượng hấp phụ với graphene thấp hơn so với PMMA, từ đó giảm thiểu dư lượng polymer.
1.5.2.2. PMMA
Khơng giống như paraffin, PMMA có độ hấp phụ với graphene lớn nên tính cơ học của màng cao. PMMA có độ nhớt tương đối thấp, trong suốt, tính linh hoạt cao và khả năng hịa tan tốt trong một số dung mơi hữu cơ [38]. Quá trình transfer PMMA thường để lại dư lượng polymer trên bề mặt graphene do liên kết sp2 mạnh giữa PMMA và các khuyết tật trên bề mặt graphene [39]. Khi sấy ở nhiệt độ cao, PMMA sẽ dãn nở và hấp phụ lên trên bề mặt graphene, tạo màng phủ đều lên trên bề mặt giúp graphene khơng bị co lại trong quá trình ăn mịn. Chúng tơi sử dụng PMMA tinh thể được hồn tan với dung mơi hữu cơ chlorobenzene.
1.5.3. Kỹ thuật transfer graphene khác
Bubble transfer là kỹ thuật sử dụng quá trình điện phân với dung dịch NaOH nhằm tách lớp graphene được hỗ trợ bởi PMMA khỏi đế Cu [40]. Kỹ thuật này giảm thiểu dư lượng polymer, tiết kiệm thời gian, chi phí tuy nhiên màng graphene xuất hiện nhiều lỗ thủng nếu khơng kiểu sốt tốt quá trình điện phân [41]. Ngồi ra cịn có các kỹ thuật khác như roll – to – roll , transfer graphene hỗ trợ của plasma [42], sử dụng HMDS [43] hỗ trợ graphene và gia cường tính hiệu Raman [44]...
22
1.5.4. Các tác nhân ảnh hưởng đến chất lượng màng graphene trong quá trình transfer transfer
1.5.4.1. Muối ăn mòn
Chất nền kim loại được sử dụng với mục đích xúc tác cho quá trình tạo vật liệu 2D graphene và thường được loại bỏ sau khi quá trình tổng hợp hồn tất. Kim loại Ni và Cu có thể được ăn mòn trong dung dịch Fe(NO3)3, FeCl3 hoặc (NH4)2S2O8 [45]. Nghiên cứu của Wang và cộng dự đã chỉ ra rằng, đế Cu được ăn mòn bằng dung dịch muối (NH4)2S2O8 có nồng độ 0,1M cho chất lượng graphene tốt và sản phẩm tạo ra chứa ít tạp chất [31].
1.5.4.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ ăn mịn đóng vai trị quan trọng trong việc quyết định chất lượng graphene trong quá trình transfer. Nhiệt độ thấp giúp hình thành và ổn định màng polymer hỗ trợ quá trình transfer. Trong quá trình ăn mịn, nhiệt độ thấp cũng giúp giảm tốc độ ăn mịn góp phần hạn chế tổn thương trên màng graphene. Sau khi màng graphene được transfer lên đế SiO2/Si, nhiệt độ ủ giúp bay hơi hơi nước, gia cường độ bám dính. Nhiệt độ sấy được sử dụng cho paraffin là 110˚C [46], của PMMA là 180˚C [47].
Ngoài ra, bề mặt sần sùi của đế Cu ảnh hưởng đến bề mặt tiếp xúc của graphene với bề mặt của đế Cu. Từ đó, tạo điều kiện cho các khoảng trống chứa nước được hình thành khi graphene được chuyển sang đế đích, ảnh hưởng đến chất lượng graphene.
1.6. Ứng dụng của vật liệu 2D graphene 1.6.1. Trong lĩnh vực điện tử 1.6.1. Trong lĩnh vực điện tử
Đối với các thiết bị điện tử thông thường, graphene được xem như là vật liệu tản nhiệt hiệu quả [48]. Do nhiệt độ giới hạn cao cùng cơ tính tốt hơn nhiều so với các thiết bị điện tử dựa trên silicon hiện tại, các transistor graphene có thể mang tiềm năng lớn giúp cải thiện hiệu suất thiết bị điện tử.
Graphene cũng có tiềm năng trong các ứng dụng cảm biến sinh hóa [49]. Dây dẫn trong suốt dựa vào ITO (Indium Tin Oxide) dù chi phí cao và khá giịn [50]. Mực dẫn điện graphene, pin mặt trời graphene, diốt graphene cũng là một số ứng dụng tuyệt vời khác [51].
23