(57)【要約】      （修正有）【課題】二次元ナノ材料を、汚染や損傷されることなく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を形成する。Ｓ２：カーボンナノチューブ複合膜１０３を提供して、カーボンナノチューブ複合膜１０３で、第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成する表面を覆う。Ｓ３：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複合膜１０３が、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を形成する。Ｓ４：ターゲット基板１０４を提供し、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写して、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接触させる。Ｓ５：カーボンナノチューブ複合膜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
2019127433.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り、前記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複合膜を提供して、該カーボンナノチューブ複合膜で、前記第一基板の二次元ナノ材料層が形成する表面を覆うステップであり、前記カーボンナノチューブ複合膜は、カーボンナノチューブフィルム構造体及び該カーボンナノチューブフィルム構造体の一つの表面に形成されたナノ材料を含み、前記カーボンナノチューブフィルム構造体のもう一つの表面は、前記二次元ナノ材料層と接触するステップと、
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複合膜が、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を形成するステップと、
ターゲット基板を提供し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を前記ターゲット基板の表面に転写して、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接触させるステップと、
前記カーボンナノチューブ複合膜を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されるステップと、
を含むことを特徴とするカーボンナノチューブ複合膜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、前記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と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複合膜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複合膜は、複数の微孔を有し、複数の微孔は、前記カーボンナノチューブ複合膜の厚さの方向に該カーボンナノチューブ複合膜を貫通す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複合膜で二次元ナノ材料を転写する方法。
【請求項４】
ターゲット基板を提供し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を前記ターゲット基板の表面に転写して、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接触させるステップは、
ターゲット基板を洗浄液の中に挿入するサブステップと、
前記ターゲット基板を利用して、前記洗浄液から前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜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と接合させるサブステップと、
前記ターゲット基板及び該ターゲット基板の表面に設置された二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を乾燥させるサブステップと、
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複合膜で二次元ナノ材料を転写する方法。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ複合膜を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写される方法は、ピンセットを利用して、前記カーボンナノチューブ複合膜の側面を挟み、該カーボンナノチューブ複合膜を引き剥がすことを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合膜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複合膜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、きれいであり、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複合膜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り、前記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複合膜を提供して、該カーボンナノチューブ複合膜で、前記第一基板の二次元ナノ材料層が形成する表面を覆うステップであり、前記カーボンナノチューブ複合膜は、カーボンナノチューブフィルム構造体及び該カーボンナノチューブフィルム構造体の一つの表面に形成されたナノ材料を含み、前記カーボンナノチューブフィルム構造体のもう一つの表面は、前記二次元ナノ材料層と接触するステップと、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複合膜が、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を形成するステップと、ターゲット基板を提供し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を前記ターゲット基板の表面に転写して、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接触させるステップと、前記カーボンナノチューブ複合膜を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されるステップと、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、前記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と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複合膜は、複数の微孔を有し、複数の微孔は、前記カーボンナノチューブ複合膜の厚さの方向に該カーボンナノチューブ複合膜を貫通する。
【０００９】
ターゲット基板を提供し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を前記ターゲット基板の表面に転写して、前記ターゲット基板を前記二次元ナノ材料層と接触させるステップは、ターゲット基板を洗浄液の中に挿入するサブステップと、前記ターゲット基板を利用して、前記洗浄液から前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜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と接合させるサブステップと、前記ターゲット基板及び該ターゲット基板の表面に設置された二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を乾燥させるサブステップと、を含む。
【００１０】
前記カーボンナノチューブ複合膜を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されるステップは、ピンセットを利用して、前記カーボンナノチューブ複合膜の側面を挟み、該カーボンナノチューブ複合膜を引き剥がす。
【発明の効果】
【００１１】
従来技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブ複合膜で二次元ナノ材料を転写する方法は、きれいであり、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】
【００１２】
【図１】本発明のカーボンナノチューブ複合膜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】本発明のカーボンナノチューブ複合膜の構造を示す図である。
【図３】本発明のカーボンナノチューブ複合膜の立体顕微鏡写真である。
【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】転写された二硫化モリブデンの光学顕微鏡写真である。
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブ複合膜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複合膜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。
【００１５】
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。
【００１６】
Ｓ２：カーボンナノチューブ複合膜１０３を提供して、カーボンナノチューブ複合膜１０３で、第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成する表面を覆う。カーボンナノチューブ複合膜１０３は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面に形成されたナノ材料１０６を含む。カーボンナノチューブフィルム構造体１０５のもう一つの表面は、二次元ナノ材料層１０２と接触する。
【００１７】
Ｓ３：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複合膜１０３が、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を形成する。
【００１８】
Ｓ４：ターゲット基板１０４を提供し、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写して、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接触させる。
【００１９】
Ｓ５：カーボンナノチューブ複合膜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。
【００２０】
以下、ステップＳ１〜Ｓ５について詳細に説明する。
【００２１】
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が形成される。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施例において、第一基板１０１は、銅箔である。二次元ナノ材料層１０２は、化学気相成長法によって、銅箔の表面に生長された単層のグラフェンである。
【００２５】
ステップＳ２では、カーボンナノチューブ複合膜１０３を提供して、カーボンナノチューブ複合膜１０３で、第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成する表面を覆う。カーボンナノチューブ複合膜１０３は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面に形成されたナノ材料１０６を含む。カーボンナノチューブフィルム構造体１０５のもう一つの表面は、二次元ナノ材料層１０２と接触する。
【００２６】
図２を参照すると、カーボンナノチューブ複合膜１０３は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５及びナノ材料１０６を含む。ナノ材料１０６は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面だけに形成される。
【００２７】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０５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１０５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。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。カーボンナノチューブフィルム構造体１０５は、複数の微細孔を有する。理解できることは、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５におけるカーボンナノチューブフィルムの層数が多ければ、微細孔の直径が小さく、数量が少ないことである。好ましくは、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１０５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１０５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。
【００３４】
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、安定的なカーボンナノチューブフィルム構造体１０５を形成できる。
【００３５】
カーボンナノチューブフィルム構造体１０５は、二つの表面を有する。ナノ材料１０６は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面だけに形成される。ナノ材料１０６は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５における各々のカーボンナノチューブの表面に形成された連続な層状構造体である。ナノ材料１０６は、連続しないものであってもよい。ナノ材料１０６は、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交差位置だけに形成される。ナノ材料１０６が連続するものであるかどうかに関わらず、カーボンナノチューブの交差位置において、カーボンナノチューブの表面のナノ材料１０６は、連続な層状構造体である。さらに、隣接するカーボンナノチューブは、固定されて一体になっている。したがって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の安定性が高くなり、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５に安定するインテグラル構造になる。
【００３６】
ナノ材料１０６は、化学的な安定性を有する材料であり、不活性金属、金属酸化物、半導体酸化物、窒化物などである。具体的には、ナノ材料１０６は、金、プラチナ、チタン、酸化アルミニウム、二酸化珪素、窒化ホウ素、窒化珪素などの一種又は多種である。ナノ材料１０６の厚さは１ナノメートル〜５００ナノメートルである。好ましくは、ナノ材料１０６の厚さは１０ナノメートル〜１００ナノメートルである。化学気相成長法などの化学方法、又は、蒸着、スパッタリングなどの物理方法で、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面にナノ材料１０６を形成する。カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の一つの表面にナノ材料１０６を形成する前に、有機溶剤でカーボンナノチューブフィルム構造体１０５をあらかじめ処理する。即ち、有機溶剤でカーボンナノチューブフィルム構造体１０５を浸漬して、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５における隣接するカーボンナノチューブフィルムを緊密に接合させ、カーボンナノチューブが交差する位置に形成されたナノ材料が連続な層状構造体になることに有利である。
【００３７】
ナノ材料１０６は、厚さが薄いので、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の微細孔を完全に充塞しない。従って、カーボンナノチューブ複合膜１０３は、依然として複数の微孔を有する。複数の微孔は、カーボンナノチューブ複合膜１０３の厚さの方向にカーボンナノチューブ複合膜１０３を貫通する。従って、カーボンナノチューブ複合膜１０３は、一定の透光性を有するので、透明である。図３（ａ）は、金とカーボンナノチューブフィルム構造体１０５とが複合して形成されたカーボンナノチューブ複合膜の立体顕微鏡写真である。カーボンナノチューブ複合膜は、表面に金電極が形成されたシリコンシートに敷設される。図３（ａ）から、カーボンナノチューブ複合膜の透明度が高く、カーボンナノチューブ複合膜を通して、金電極の位置をはっきりと観察できることが分る。
【００３８】
また、ナノ材料１０６は、厚さが薄いので、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５の柔軟性に影響を与えない。従って、カーボンナノチューブ複合膜１０３が優れた柔軟性を有するので、カーボンナノチューブ複合膜１０３で二次元ナノ材料層１０２を曲面基板の表面に転写できる。
【００３９】
カーボンナノチューブ複合膜１０３を第一基板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複合膜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複合膜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複合膜の複合構造体を処理する。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複合膜１０３と二次元ナノ材料層１０２との間の結合力が増加する。
【００４０】
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複合膜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複合膜の複合構造体におけるカーボンナノチューブ複合膜１０３の表面に滴下し、且つカーボンナノチューブ複合膜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複合膜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。
【００４１】
第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体が有機溶媒で処理された後、カーボンナノチューブ複合膜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。
【００４２】
本実施例において、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５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。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。ナノ材料は、金であり、金の厚さは３０ナノメートルである。カーボンナノチューブ複合膜１０３が、銅箔の二次元ナノ材料層が生長された表面を覆った後、カーボンナノチューブ複合膜１０３が覆われた銅箔の表面にアルコールを滴下し、アルコールが揮発すると、形成された表面張力によって、カーボンナノチューブ複合膜１０３と二次元ナノ材料層１０２との間の結合力が増加する。
【００４３】
ステップＳ３では第一基板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複合膜１０３が二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜を形成する。
【００４４】
腐食溶液で第一基板１０１を除去する。具体的には、第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を、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複合膜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複合膜１０３との分子間力によって、カーボンナノチューブ複合膜１０３の下表面にしっかりと付く。カーボンナノチューブ複合膜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１０２の安定なキャリアーとなる。カーボンナノチューブ複合膜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。
【００４５】
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、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。腐食溶液を選択する時に、腐食溶液が第一基板１０１を腐食し、第一基板１０１を除去でき、ナノ材料１０６と反応を行わないことを確保する。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。
【００４６】
第一基板１０１が完全に腐食した後、カーボンナノチューブ複合膜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複合膜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複合膜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。
【００４７】
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複合膜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複合膜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。
【００４８】
本実施例において、腐食溶液は、濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌである過硫酸アンモニウム溶液である。腐食時間は２時間〜３時間であり、洗浄液は超純水である。
【００４９】
ステップＳ４では、ターゲット基板１０４を提供し、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写して、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接触させる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施例において、ターゲット基板１０４は、多孔質窒化ケイ素基板である。多孔質窒化ケイ素基板は、表面が平面であり、複数のスルーホールを有する。スルーホールの直径が２マイクロメートルである。
【００５３】
二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写する方式は限定されず、転写された二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４と接触することを確保すればよい。例えば、ピンセットなどの工具を利用して、カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体の側面を挟み、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写する。本実施例において、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写する方法は、下記の通りである。
【００５４】
ターゲット基板１０４を洗浄液の中に挿入する。
【００５５】
ターゲット基板１０４を利用して、洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体をゆっくりと掬い上げ、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と接合させる。
【００５６】
ターゲット基板１０４及びターゲット基板１０４の表面に設置された二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブ複合膜の複合構造体を乾燥する。
【００５７】
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複合膜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複合膜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。
【００５８】
カーボンナノチューブ複合膜１０３は、一定の透光性を有するので、透明度が高い。立体顕微鏡下で、カーボンナノチューブ複合膜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複合膜の複合構造体をターゲット基板１０４の表面に転写する。これにより、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複合膜で二次元ナノ材料を転写する利点の一つである。
【００５９】
ステップＳ５では、カーボンナノチューブ複合膜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。
【００６０】
ナノ材料１０６がカーボンナノチューブフィルム構造体１０５における隣接するカーボンナノチューブを固定するので、カーボンナノチューブフィルム構造体１０５及びナノ材料１０６が形成されたカーボンナノチューブ複合膜１０３は、安定であるインテグラル構造である。従って、立体顕微鏡下で、ピンセットなどの工具を利用して、カーボンナノチューブ複合膜１０３の側面を挟み、カーボンナノチューブ複合膜１０３を引き剥がす。これにより、二次元ナノ材料層１０２の表面に設置されたカーボンナノチューブ複合膜１０３を完全に除去できるので、二次元ナノ材料層１０２の表面が残渣はなく、破損はない。
【００６１】
図３（ｂ）を参照すると、立体顕微鏡下で、カーボンナノチューブ複合膜１０３の一角を挟めば、カーボンナノチューブ複合膜１０３を完全に除去できる。
【００６２】
図４を参照すると、本実施例の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はきれいであり、破損はない。
【００６３】
本発明の第二実施例は、カーボンナノチューブ複合膜で二次元ナノ材料を転移する方法を提供する。第二実施例のカーボンナノチューブ複合膜で二次元ナノ材料を転移する方法は、第一実施例のカーボンナノチューブ複合膜で二次元ナノ材料を転移する方法と、基本的に同じである。異なることは、第二実施例において、二次元ナノ材料は、シリコンシートに生長された二硫化モリブデンであり、ターゲット基板１０４は、表面に金電極が設置されたシリコンシートである。図５を参照すると、転写された二硫化モリブデンの光学顕微鏡写真である。図５から、二硫化モリブデンは、形状が三角形を維持して、表面が完全であり、破損はないことが分る。
【００６４】
本発明から提供されたカーボンナノチューブ複合膜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、本発明の転写された二次元ナノ材料は、表面がよりきれいであり、残されたテープはない。第二に、転写媒体を使用しない方法と比較して、本発明の転写され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、完全性が優れる。第三に、カーボンナノチューブ複合膜の透明度が優れるので、立体顕微鏡下で、カーボンナノチューブ複合膜を通して、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複合膜が柔軟性を有するので、カーボンナノチューブ複合膜で、二次元ナノ材料を曲面基板に転写できる。第五に、カーボンナノチューブ複合膜で、二次元ナノ材料を少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板に転写できるので、懸架する二次元ナノ材料を獲得できる。
【符号の説明】
【００６５】
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複合膜
１０４  ターゲット基板
１０５  カーボンナノチューブフィルム構造体
１０６  ナノ材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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