(57)【要約】      （修正有）【課題】カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法の提供。【解決手段】Ｓ１：第一基板１０１を提供して、第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２が形成される。Ｓ２：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で二次元ナノ材料層１０２を覆う。Ｓ３：腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、該複合構造体を洗浄液に置き、洗浄する。Ｓ４：ターゲット基板１０４を提供、該基板１０４を利用し、洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接合させる。Ｓ５：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写される。【選択図】図１
2019127435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板を提供するステップであって、該第一基板の表面に二次元ナノ材料層が形成されるステップと、
カーボンナノチューブフィルム構造体で前記二次元ナノ材料層を覆うステップと、
腐食溶液で前記第一基板を除去し、前記二次元ナノ材料層及び前記カーボンナノチューブフィルム構造体からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄するステップと、
ターゲット基板を提供し、該ターゲット基板を利用し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接合させるステップと、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップと、
を含むことを特徴とするカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体は、自立構造であり、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなって、カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブの配列方向が前記カーボンナノチューブフィルムの表面に基本的に平行であり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差し、角度αを形成して、角度αが０°より大きく、且つ９０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップは、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体の前記ターゲット基板から離れた表面に、高分子のポリマーフィルムを形成するステップ（１）と、
前記高分子のポリマーフィルムを加熱し、該高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度を高くするステップ（２）と、
前記高分子のポリマーフィルムを引き剥がして、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が前記高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるステップ（３）と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップは、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体が、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ピンセットのような工具で、前記カーボンナノチューブフィルム構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がすステップ（Ａ）と、
少なくとも一つのリスト構造を提供して、該リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、前記リスト構造を前記二次元ナノ材料層のある区域の側部に置き、且つ前記リスト構造の長手方向を前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にするステップ（Ｂ）と、
前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記リスト構造を引き剥がし、前記リスト構造が引き剥がされるのにつれて、前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが除去されるステップ（Ｃ）と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元ナノ材料を転写する方法に関し、特に、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェン、窒化ホウ素、二硫化モリブデンなどの二次元ナノ材料は、優れた特性を有するので、化学、材料科学及び物理学において、ホットスポットとなっている。二次元ナノ材料の大規模製備及び転写は、依然として二次元ナノ材料の研究の焦点である。現在、二次元ナノ材料を銅などの基板からターゲット基板に転写するための最も一般的な方法は、下記の通りである。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）又は熱剥離テープなどを転写媒体として、二次元ナノ材料を覆う。その後、銅基板をエッチングして、二次元ナノ材料及び転写媒体をターゲット基板に転写する。最後、転写媒体を除去する。しかしながら、実際には、ＰＭＭＡ又は熱剥離テープは容易に除去することができず、残された有機接着剤は二次元ナノ材料をひどく汚染し、更に性能表徴及びデバイスの製造に影響を及ぼす。
【０００３】
上記問題を解決するために、接着剤を使用しない転写方法が提案されている。即ち、転写媒体を使用せずに、ターゲット基板を生長基板に生長された二次元ナノ材料と直接接触させた後、加熱プレスする。その後、生長基板をエッチングすることによって、生長基板を除去する。これにより、二次元ナノ材料が生長基板からターゲット基板に転写される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加熱プレスの転写法によって転写された二次元ナノ材料には、多くのしわができるため、二次元ナノ材料の転写過程において、損傷を受け易い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するため、きれいで、汚染がなく、二次元ナノ材料が損傷し難い二次元ナノ材料の転写方法を提供する必要がある。
【０００６】
カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法は、第一基板を提供するステップであって、該第一基板の表面に二次元ナノ材料層が形成されるステップと、カーボンナノチューブフィルム構造体で前記二次元ナノ材料層を覆うステップと、腐食溶液で前記第一基板を除去し、前記二次元ナノ材料層及び前記カーボンナノチューブフィルム構造体からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄するステップと、ターゲット基板を提供し、該ターゲット基板を利用し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接合させるステップと、前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップと、を含む。
【０００７】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体は、自立構造であり、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなって、カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブの配列方向が前記カーボンナノチューブフィルムの表面に基本的に平行であり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差し、角度αを形成して、角度αが０°より大きく、且つ９０°以下である。
【０００８】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップは、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の前記ターゲット基板から離れた表面に、高分子のポリマーフィルムを形成するステップ（１）と、前記高分子のポリマーフィルムを加熱し、該高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度を高くするステップ（２）と、前記高分子のポリマーフィルムを引き剥がして、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が前記高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるステップ（３）と、を含む。
【０００９】
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板の表面に転写させるステップは、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ピンセットのような工具で、前記カーボンナノチューブフィルム構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がすステップ（Ａ）と、少なくとも一つのリスト構造を提供して、該リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、前記リスト構造を前記二次元ナノ材料層のある区域の側部に置き、且つ前記リスト構造の長手方向を前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にするステップ（Ｂ）と、前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記リスト構造を引き剥がし、前記リスト構造が引き剥がされるのにつれて、前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが除去されるステップ（Ｃ）と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
従来技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法は、きれいで、ほかの不純物を引き込まず、転写された二次元ナノ材料がほとんど損傷を受けず、完全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する工程のフローチャートである。
【図２】銅箔の表面に生長された単層のグラフェンの光学顕微鏡写真である。
【図３】カーボンナノチューブフィルム構造体で銅箔のグラフェンが生長された表面を覆う光学顕微鏡写真である。
【図４】転写されたグラフェンの透過型電子顕微鏡写真である。
【図５】シリコンシートの表面に生長された二硫化モリブデンの光学顕微鏡写真である。
【図６】ターゲット基板の表面に転写された二硫化モリブデンの走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
図１を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転移する方法を提供する。カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転移する方法は、以下のステップＳ１〜Ｓ５を含む。
【００１４】
Ｓ１：第一基板１０１を提供して、第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２が形成される。
【００１５】
Ｓ２：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で二次元ナノ材料層１０２を覆う。
【００１６】
Ｓ３：腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄する。
【００１７】
Ｓ４：ターゲット基板１０４を提供し、ターゲット基板１０４を利用し、洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接合させる。
【００１８】
Ｓ５：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写される。
【００１９】
以下、ステップＳ１〜Ｓ５について詳細に説明する。
【００２０】
ステップＳ１では、第一基板１０１を提供し、第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２を形成する。
【００２１】
第一基板１０１は、二次元ナノ材料が生長し存在するキャリアーである。第一基板１０１は、それ自体が一定の安定性を有する。第一基板１０１は、化学的方法又は物理的方法によって除去されることができる。第一基板１０１は、様々な用途に応じて半導体材料又は金属材料などを選択することができる。具体的には、第一基板１０１は、シリコンシート、銅箔、ニッケル箔又は銅とニッケルからなる合金である。
【００２２】
二次元ナノ材料層１０２は、化学気相成長法によって第一基板１０１の表面に形成することができる。二次元ナノ材料層１０２の材料は、グラフェン、窒化ホウ素、硫化モリブデン又は他の二次元材料である。二次元ナノ材料層１０２の層数は限定されず、一層、二層又は多層である。
【００２３】
ステップＳ２では、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成された表面を覆う。
【００２４】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、自立構造である。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなる。理解できることは、カーボンナノチューブフィルムの層数が多ければ、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の光透過率が弱く、透明度が弱いことである。好ましくは、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、積層して設置された二層のカーボンナノチューブフィルムからなる。カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブの配列方向は、カーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差して、角度αを形成する。角度αは、０°より大きく、且つ９０°以下である。
【００２５】
カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して獲得される。具体的な方法は下記のステップを含む。
【００２６】
まず、生長基板に生長されたカーボンナノチューブアレイを提供する。カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイである。
【００２７】
カーボンナノチューブアレイは、化学気相堆積法を採用して製造される。カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、生長基板に垂直に生長された複数のカーボンナノチューブからなる。隣接するカーボンナノチューブは、互いに接触して、分子間力で接続される。生長の条件を制御することによって、カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボンや、残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。従って、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出すことに適する。
【００２８】
次に、ピンセットなどの工具を利用して、超配列カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブを引き出して、カーボンナノチューブフィルムを獲得する。具体的な方法は下記の通りである。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。引き出す方向は、カーボンナノチューブアレイの生長方向と基本的に垂直である。
【００２９】
複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、複数のカーボンナノチューブセグメントが、引張り力のもとで、引き出す方向に沿って、生長基板から脱離するとともに、分子間力のもとで、選択されたカーボンナノチューブセグメントと他のカーボンナノチューブセグメントとが端と端で接合され、連続に引き出され、連続的なカーボンナノチューブフィルムが形成される。カーボンナノチューブフィルムは、自立構造である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。カーボンナノチューブフィルムは、基本的に同一方向に沿って配列され、分子間力で端と端とが接続されている複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは、引き出す方向に沿って配列され、カーボンナノチューブフィルムの表面と平行である。
【００３０】
カーボンナノチューブフィルムが引き出された後、複数のカーボンナノチューブフィルムを積層して設置させ、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを交差させ、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を形成する。具体的な方法は、下記の通りである。フレームを提供し、一つのカーボンナノチューブフィルムに、一つの方向に沿って、フレームを覆わせる。別の一つのカーボンナノチューブフィルムに、別の一つの方向に沿って、先にフレームを覆わせた一つのカーボンナノチューブフィルムの表面を覆わせる。フレームに複数のカーボンナノチューブフィルムを繰り返して敷設して、カーボンナノチューブフィルム構造体を形成する。複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを異なる方向に沿って敷設してもよく、二つの交差方向だけに沿って敷設してもよい。
【００３１】
カーボンナノチューブフィルムは、大きな比表面積を有するので、大きな接着性を有する。従って、多層のカーボンナノチューブフィルムが分子間力によって緊密に接合して、安定のカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を形成できる。
【００３２】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成された表面を覆う。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、分子間力によって、二次元ナノ材料層１０２にしっかりと接着して、第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を形成する。更に、有機溶媒で第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を処理して、有機溶媒が揮発すると形成された表面張力によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２との間の結合力を増加する。
【００３３】
有機溶媒で第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を処理する方法は、下記の通りである。有機溶媒を第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体におけるカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の表面に滴下し、且つカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を浸漬する。或いは、第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を有機溶媒の中に浸漬する。有機溶媒は、常温で揮発しやすい有機溶媒であり、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルム又はそれらの任意の組み合わせである。
【００３４】
第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体が有機溶媒に処理された後、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２が分子間力及び表面張力によって、緊密に接合する。
【００３５】
ステップＳ３では、腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層１０２／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄する。
【００３６】
第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を、腐食溶液の中に置き、第一基板１０１を腐食溶液と反応させ、第一基板１０１が完全に腐食するまで反応させる。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、それ自体が疎水性を有するので、腐食溶液の表面に漂い、沈まない。二次元ナノ材料層１０２は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３との分子間力によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の下表面にしっかりと付く。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、それ自体が自立作用を有するので、二次元ナノ材料層の安定なキャリアーとなる。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、二次元ナノ材料層１０２を破壊せず、或いは、二次元ナノ材料層１０２の破壊を低減できる。
【００３７】
腐食溶液は、第一基板１０１を腐食することに用いられる。腐食溶液は、第一基板１０１の材料によって異なる腐食溶液を選択する。腐食溶液は、酸性溶液、アルカリ性溶液、又は塩化第二鉄溶液、過硫酸アンモニウム溶液、水酸化カリウム溶液などの塩溶液である。理解できることは、第一基板１０１を腐食する時間が、第一基板１０１の大きさ、厚さ及び腐食液の濃度、種類によって、異なることである。
【００３８】
第一基板１０１が完全に腐食した後、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２が二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を形成する。更に、二次元ナノ材料層の表面に残された不純物を除去するために、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄する。具体的な方法は、下記の通りである。スライドで腐食溶液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、スライドによって、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造を洗浄液の表面に移動して、何度も繰り返して洗い、残された不純物を除去する。洗浄液は酸性溶液又は超純水である。
【００３９】
ステップＳ４では、ターゲット基板１０４を提供して、ターゲット基板１０４で洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接合させる。
【００４０】
ターゲット基板１０４は、二次元ナノ材料層１０２を支持することに用いられる。ターゲット基板１０４の材料は、限定されない。ターゲット基板１０４の材料は、例えば、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、銅などの金属材料であってもよく、例えば、シリコン、窒化ガリウム、ガリウム砒素などの半導体材料であってもよく、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁材料であってもよい。ターゲット基板１０４の長さ、幅、厚さは限定されず、用途に応じて調整することができる。ターゲット基板１０４の表面は、平面又は曲面である。
【００４１】
ターゲット基板１０４は、スルーホールを有しない基板であってもよく、少なくとも一つのスルーホールを有する基板であってもよい。スルーホールは、エッチング方法により形成される。スルーホールの直径は、０．１ミクロン〜１００ミクロンである。好ましくは、スルーホールの直径が０．５ミクロン〜５０ミクロンであるとよい。スルーホールの断面形状は、円形、四角形、六角形、八角形又は楕円形などである。ターゲット基板１０４が複数のスルーホールを有する時に、複数のスルーホールの形状及び配列方式は限定されず、隣接するスルーホール間の距離は、等しくても等しくなくてもよい。好ましくは、複数のスルーホールがターゲット基板１０４に均一的に分布している。
【００４２】
ターゲット基板１０４を洗浄液の中に挿入する。洗浄液では、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料１０２に合わせて、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体をゆっくりと掬い上げる。掬い上げる過程において、ターゲット基板１０４と二次元ナノ材料層１０２が接合して、ターゲット基板１０４及びターゲット基板１０４の表面に位置した二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を乾燥して、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と緊密に接着させる。
【００４３】
本実施例において、ターゲット基板１０４で洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げる過程において、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体がターゲット基板１０４の表面に転写される。従って、二次元ナノ材料層１０２の表面の皺及びひび割れを減少することができ、且つ二次元ナノ材料層１０２とターゲット基板１０４との間の結合力を高めることができる。
【００４４】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、複数の微細孔を有するので、光線が透過でき、透明度が高い。立体顕微鏡下で、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を通して、二次元ナノ材料層１０２の位置を観察することができる。ターゲット基板１０４を、洗浄液の中で二次元ナノ材料層１０２のある位置にあらかじめ合わせて、二次元ナノ材料層１０２／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げる。これにより、二次元ナノ材料層１０２は、ターゲット基板１０４の所定の位置を覆うことができる。二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の所定の位置に転写される。従って、二次元ナノ材料層１０２の指定位置転写を実現することができる。これは、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する利点の一つである。
【００４５】
ステップＳ５では、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去して、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写される。
【００４６】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法は限定されない。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を完全に除去できればよい。
【００４７】
本発明は、二種のカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法を提供する。
【００４８】
第一種の方法は、高分子のポリマーフィルムを用いて、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法である。即ち、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３のターゲット基板１０４から離れた表面に高分子のポリマーフィルムを形成して、高分子のポリマーフィルムを加熱処理又は照射処理した後、高分子のポリマーフィルムを引き剥がす。高分子のポリマーフィルムの引き剥がしにつれて、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が除去される。具体的な方法は、下記のステップを含む。
【００４９】
ステップ（１）：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３のターゲット基板１０４から離れた表面に、高分子のポリマーフィルム１０５を形成する。
【００５０】
高分子のポリマーフィルム１０５は、所定の温度に加熱される時に架橋度が高くなる材料を選択する。高分子のポリマーフィルム１０５の材料は、ポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はポリブチルアクリレート（ＰＢＡ）などの熱硬化性材料である。高分子のポリマーフィルム１０５は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の表面を完全に覆う。高分子のポリマーフィルム１０５の面積はカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の面積に等しい。或いは、高分子のポリマーフィルム１０５の面積はカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の面積より大きい。
【００５１】
ステップ（２）：所定の温度で高分子のポリマーフィルム１０５をしばらく加熱して、高分子のポリマーフィルム１０５の内部の架橋度を高くする。
【００５２】
加熱温度及び加熱時間は、高分子のポリマーフィルムの材料に依存する。例えば、高分子のポリマーフィルムがＰＤＭＳフィルムである場合には、１５０℃で２０分〜４０分間加熱すればよい。所定の温度でしばらく加熱すると、高分子のポリマーフィルム１０５の内部の架橋度が高くなる。これによって、高分子のポリマーフィルム１０５が容易に引き剥がされやすくなり、且つ高分子のポリマーフィルム１０５がカーボンナノチューブフィルム構造体１０３だけと接着する。高分子のポリマーフィルム１０５とカーボンナノチューブフィルム構造体１０３との間の接着力は、二次元ナノ材料層１０２とカーボンナノチューブフィルム構造体１０３との間の接着力より大きいので、高分子のポリマーフィルム１０５を引き剥がす時に、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３も引き剥がされる。
【００５３】
ステップ（３）：高分子のポリマーフィルム１０５を引き剥がす。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が高分子のポリマーフィルム１０５と共に引き剥がされるので、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が除去される。
【００５４】
ピンセットのような工具で高分子のポリマーフィルムの端部を締め付けることによって、高分子のポリマーフィルム１０５を引き剥がす。カーボンナノチューブフィルム構造１０３は、高分子のポリマーフィルム１０５と共に引き剥がされるが、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に残される。二次元ナノ材料層１０２の表面に破損はなく、残渣もない。
【００５５】
第二種の方法は、以下のステップを含む。
【００５６】
（Ａ）カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ｎ≧２である時、ピンセットのような工具でカーボンナノチューブの配列方向に沿って、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がす。
【００５７】
（Ｂ）少なくとも一つのリスト構造を提供して、リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、リスト構造が二次元ナノ材料層１０２のある区域の側部に置く。且つリスト構造の長手方向を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にする。
【００５８】
好ましくは、少なくとも二つのリスト構造を提供して、少なくとも二つのリスト構造が二次元ナノ材料層１０２のある区域の両側に置く。
【００５９】
（Ｃ）カーボンナノチューブの配列方向に沿って、リスト構造を引き剥がし、リスト構造が引き剥がされるのにつれて、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが除去される。
【００６０】
リスト構造は、接着性を有するので、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムとよく接着できる。リスト構造は、高分子のポリマーフィルム又は透明のテープなどである。第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムは連続なフィルムであるので、リスト構造を引き剥がす過程において、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムは、リスト構造が引き剥がされるのにつれて、引き剥がされるが、二次元ナノ材料層１０２はターゲット基板１０４の表面に完全に残される。
【００６１】
上記の二つの方法によると、二次元ナノ材料層１０２の表面に位置したカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を完全に除去できる。二次元ナノ材料層１０２の表面は損傷を受けず、残渣も残らない。
【００６２】
本発明の第一実施例は、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法を提供する。第一基板は銅箔である。二次元ナノ材料層は、銅箔の表面に直接生長された単層グラフェンである。カーボンナノチューブフィルム構造体は、積層して設置された二層のカーボンナノチューブフィルムを含む。カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列される。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが交差して設置される。ターゲット基板は、多孔質窒化ケイ素基板である。多孔質窒化ケイ素基板の孔の直径は２マイクロメートルである。
【００６３】
図２は、銅箔の表面に生長された単層グラフェンの光学顕微鏡写真である。図３は、カーボンナノチューブフィルム構造体で銅箔のグラフェンが生長された表面を覆う光学顕微鏡写真である。図２及び図３から、カーボンナノチューブフィルム構造体が透明性を有するので、カーボンナノチューブフィルム構造体を通して、グラフェンの位置をはっきりと観察できることが分かる。
【００６４】
図４は、転写されたグラフェンの透過型電子顕微鏡写真である。図４から、転写されたグラフェンの表面が非常にきれいであり、破損はない。
【００６５】
本発明の第二実施例は、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法を提供する。第一基板はシリコンシートである。二次元ナノ材料層は、シリコンシートの表面に直接生長された単層の二硫化モリブデンである。カーボンナノチューブフィルム構造体は、積層して設置された二層のカーボンナノチューブフィルムを含む。カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列される。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは交差して設置される。ターゲット基板は、スルーホールはないシリコン基板である。シリコン基板の表面には金電極が設置される。
【００６６】
図５は、シリコン基板の表面に生長された二硫化モリブデンの光学顕微鏡写真である。図６は、ターゲット基板の表面に転写された二硫化モリブデンの走査型電子顕微鏡写真である。図５及び図６から、シリコン基板の表面に生長された三角形の二硫化モリブデン単結晶は、ターゲット基板の表面に転写され、二硫化モリブデン単結晶の間の相対位置は、変化していないことが分る。
【００６７】
本発明から提供されたカーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法は、以下の利点を有する。第一に、ＰＭＭＡなどのポリマーで二次元ナノ材料を転写する方法と比べて、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する方法は、二次元ナノ材料の表面がよりきれいであり、残されたテープはなく、純粋の炭素の転写であるので、ほかの不純物を引き込むことができない。第二に、転写媒体を使用しない方法と比較して、カーボンナノチューブフィルムで転写した二次元ナノ材料は、皺及びひび割れがより少なくなり、破損率がより低くなり、ほとんど破損はなく、完全性が優れる。第三に、カーボンナノチューブフィルムは、光透過性を有して、透明度が優れるので、カーボンナノチューブフィルムを通して、二次元ナノ材料を観察することができる。従って、立体顕微鏡下で、二次元ナノ材料をターゲット基板の所定位置に正確に転写することができる。第四に、カーボンナノチューブフィルムが柔軟性を有するので、カーボンナノチューブフィルムで、二次元ナノ材料を曲面基板に転写できる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１  第一基板
１０２  二次元ナノ材料層
１０３  カーボンナノチューブフィルム構造体
１０４  ターゲット基板
１０５  高分子のポリマーフィルム
【図１】
2019127435.tif 000003
【図２】
2019127435.tif 000004
【図３】
2019127435.tif 000005
【図４】
2019127435.tif 000006
【図５】
2019127435.tif 000007
【図６】
2019127435.tif 000008