理想状态下，用于石墨烯转移的中间介质应能在液态、固态和气态之间按照需求转换。因此，可选的材料非常有限，而樟脑是少数几个选项之一。然而，之前使用樟脑进行单层石墨烯转移的尝试结果并不理想。我们在本研究中仔细分析发现，这可能是由于目标基底材料的非多孔性质，导致了在樟脑升华过程中石墨烯出现皱折或分层的问题。
针对上述问题，四川大学高分子科学与工程学院傅强教授课题组成功地利用樟脑协助转移了高质量的单层石墨烯。该工作使用了一系列常用的多孔和非多孔聚合物基底，来验证樟脑辅助转移（CAT）的有效性及石墨烯转移的质量。通过机制研究，发现了樟脑各向异性的升华传质过程，归纳出目标聚合物基底的多孔性是决定转移成功与否的关键因素之一。该工作对于进一步理解单层石墨烯转移过程中的与目标界面的相互作用，具有重要意义。
首先，文章梳理回顾了目前已报道的单层石墨烯转移工艺，并根据所使用的转移介质的相态，分为无介质、固态介质、液态介质和气态介质四类（图1）。
图1 按照所使用的转移介质的相态，将单层石墨烯转移工艺分为四类。
图2 樟脑辅助转移（CAT）方法的工艺流程示意图。
研究表明，该方法特别适用于包括超薄聚乙烯膜在内的多种聚合物膜的石墨烯转移，最终制备的石墨烯-聚乙烯（gPE）膜表现出优异的透明性(图3)。转移到不同聚合物膜上的石墨烯具有完整性及其均匀覆盖的效果，而且没有明显的皱纹等结构缺陷(图4)。
图3 gPE的透明度演示和紫外-可见透射光谱曲线。
图4 (a-d) 未镀铂的gPE膜上石墨烯的表面形貌SEM图像；(e) 镀铂后的商业PP膜上单层石墨烯的SEM图像；(f) 镀铂后的商业PE膜上单层石墨烯的SEM图像。
CAT 方法有助于将石墨烯转移到 PE 表面上，并且应力可以忽略不计，从而有可能避免转移引起的应变，转移到不同聚合物膜上的石墨烯的结构完整性和高质量得到了很好的保留，拉曼光谱中2D带位置接近理论值（图 5）。
图5 采用CAT方法制备的单层石墨烯/聚合物复合薄膜的拉曼光谱分析。
樟脑辅助转移 (CAT) 石墨烯转移方法的一个关键步骤是樟脑的升华。本研究进一步探讨了樟脑平面均匀升华过程中樟脑-聚合物和樟脑-石墨烯范德华界面的稳定性及演变，解释了聚合物的多孔结构对界面演变具有有利影响，带有一定孔隙结构的聚合物膜，能够显著提升石墨烯的转移质量。
图6 通过樟脑升华形成石墨烯/聚合物界面的示意图。
该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。岳军衎硕士研究生是该论文的第一作者，李润莱副研究员为通信联系人。
原文信息：
Scalable and High-Quality Monolayer Graphene Transfer onto Polymer Membranes Assisted by Camphor
Yue, J. K.; Liang, J.; Tan, Q. Y.; Chen, M.; Li, J. W.; Guo, Q.; Li, R. L.; Fu, Q.
Chinese J. Polym. Sci.
DOI: 10.1007/s10118-024-3207-4
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