一种铜箔表面预处理用电化学抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种铜箔表面预处理用电化学抛光液及其应用，以质量份数计，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸50～200份、硫酸或/和盐酸22～48份、粘度调节剂10～20份、去离子水20～30份。～30份。～30份。

【技术实现步骤摘要】
一种铜箔表面预处理用电化学抛光液及其应用


[0001]本专利技术涉及一种铜箔表面预处理用电化学抛光液及其应用，具体涉及一种利用化学酸洗和上述电化学抛光液的电化学抛光协同处理铜箔的方法。

技术介绍

[0002]化学气相沉积(CVD)法可以在高温低压环境下，通过对碳原子分解和沉积过程的设计与控制，在特定催化剂基底表面上实现石墨烯的结构和层数的有效调控，其中铜箔基底因具有超低碳溶解度，且具有与石墨烯材料相似的导热系数，已经成为CVD法制备石墨烯工艺中最常见的催化剂材料之一。
[0003]在CVD生长石墨烯过程中，基底(例如铜箔)的表面是石墨烯的成核和生长区域。成核过程，碳原子会优先在自由能较高的缺陷和杂质位置成核，因此基底表面的形貌特征，如粗糙度，缺陷，晶粒大小及晶面取向等，将直接影响生长出的石墨烯的质量和尺寸。对基底进行预处理可显著降低基底表面的缺陷及杂质含量，有利于石墨烯成核和后续生长。
[0004]现有技术中，一般采用化学酸洗或电化学抛光处理对铜箔基底进行抛光处理。其中，化学酸洗仅是对铜箔基底的初步腐蚀，其所得表面平整度很低。对于电化学腐蚀而言，一般都单独采用磷酸、醋酸、盐酸、硫酸等体系直接对铜箔进行电化学抛光处理：一方面其难以实现对铜箔表面划痕、凹坑等缺陷的处理；另一方面，由于其抛光液体系中离子浓度迁移速度快，在对铜箔抛光过程中，过快的电解导致抛光不均匀，不能起到抛光作用，难以提高其平整度。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种全新的铜箔表面预处理用电化学抛光液及其应用。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种铜箔表面预处理用电化学抛光液，以质量份数计，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸50～200份、硫酸或/和盐酸22～48份、粘度调节剂10～20份、去离子水20～30份。
[0007]在本公开中，将磷酸溶液、以及硫酸或/和盐酸和粘度调节剂进行混合调节所得电化学抛光液。其中，特定含量的粘度调节剂的加入使得电化学抛光液具有一定粘度，降低了抛光液中的离子迁移速度，最终降低了电化学抛光的速度，使得铜箔表面电化学抛光时实现原子级别光滑成为了可能。由于在磷酸溶液中直接加入粘度调节剂，溶液中离子迁移变慢，使得其金属离子产生的速率大于离子扩散的速率，使抛光过程可以稳定均匀的进行。
[0008]较佳的，所述粘度调节剂选自聚乙二醇、丙三醇、尿素和醚中的至少一种。
[0009]较佳的，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸50～200份、硫酸20～40份、盐酸2～8份、聚乙二醇5～10份、丙三醇5～10份、去离子水20～30份。
[0010]较佳的，所述电化学抛光液中还包含去泡剂；所述去泡剂选自磷酸三丁酯、二甲基硅油中的至少一种；所述去泡剂的加入量为1～5份，优选为1份。由于在铜箔的电化学抛光
的过程中，时间过长，正极会出现大量的气泡难以进行多次利用，可以通过滴加微量的去泡剂(例如，磷酸三丁酯、二甲基硅油等)来消除这一现象，显著增加了电化学抛光液的循环利用的次数，极大程度上降低了成本。
[0011]较佳的，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸100份、硫酸30份、盐酸5份、聚乙二醇8份、丙三醇5份、去离子水25份，磷酸三丁酯1份。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种铜箔表面预处理的方法，利用铜箔同时作为正极和负极，采用酸洗和电化学抛光结合的方式对铜箔表面进行抛光处理，以制备得到具有原子级光滑的平整表面的铜箔；所述电化学抛光所用抛光液为上述的电化学抛光液。
[0013]在本专利技术中，首先通过酸洗的过程去除铜箔表面的划痕，氧化膜、凹坑等大的表面缺陷。再利用上述电化学抛光液对其进行电化学抛光，使得铜箔表面能够达到具有原子级光滑的平整。
[0014]较佳的，所述铜箔的厚度为30～100μm。
[0015]较佳的，所述酸洗为采用酸洗钝化膏或酸洗液进行清洗；优选地，将酸洗钝化膏涂覆在铜箔表面后，进行擦洗，擦洗时间为1～5分钟；以质量份数计，所述酸洗液的组分包括：硝酸3～5份，盐酸4～8份，聚乙二醇1份，去离子水1～10份。
[0016]较佳的，所述电化学抛光的电压为4～8V，电化学抛光时间为8～12分钟，电极间的距离5～10cm。
[0017]又，较佳的，在电化学抛光完成之后，将所得铜箔放入质量分数为5％～15％的硫酸中清洗10～60秒。在电化学抛光完成之后，负极铜箔上会生成铜泥，可通过该清洗步骤来解决这一问题。
[0018]第三方面，本专利技术提供了一种根据上述的方法制备的铜箔。
[0019]第四方面，本专利技术提供了一种上述所得铜箔在CVD生长石墨烯材料中的应用。
[0020]有益效果：本专利技术中，电化学抛光液原料组成简单，为实现原子级别光滑提供了可能；本专利技术中，选用商业上普通铜箔为原料，降低了对特殊铜箔购买的成本问题，就可以制备原子级光滑的平整表面；本专利技术中，进一步选用化学酸洗和电化学抛光相结合的预处理方法，快速方便实现铜箔基底催化剂表面的光滑预处理；本专利技术中，铜箔表面预处理的方法比较简单易行，易于大规模工业化推广。
附图说明
[0021]图1为原始的铜箔表面的SEM图；图2为实施例1中采用酸洗钝化膏处理和电化学抛光共同处理得到的铜箔样品的光学显微镜照片；图3为实施例2中采用酸洗液处理和电化学抛光共同处理得到的铜箔样品的光学显微镜照片；图4为采用实施例1中处理的铜箔生长石墨烯后的SEM图，从图中可知生长了微米级的大单晶石墨烯；图5为采用实施例1中处理的铜箔生长石墨烯后的拉曼光谱图，从图中可知石墨烯G峰
和2D较强，说明石墨化程度和结晶度非常好，得到的几乎为单层石墨烯，另外D峰较低，说明缺陷较少(图5为图4中A区域进行拉曼测试的结果)；图6为实施例3中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图7为实施例4中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图8为实施例5中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图9为实施例6中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图10为对比例1中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图11为对比例2中处理的铜箔样品的光学显微镜照片；图12为对比例3中处理的铜箔样品的光学显微镜照片。
具体实施方式
[0022]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0023]在本公开中，铜箔表面预处理用电化学抛光液的组分(以质量份数计)包括：磷酸50～200份、硫酸或/和盐酸22～48份、粘度调节剂10～20份、去离子水20～30份。其中粘度调节剂可为聚乙二醇、丙三醇、尿素和醚等。将上述组分混合，制备得到的混合液便是铜箔表面预处理用电化学抛光液。若是不加入硫酸或/和盐酸，所得电化学抛光液不能够提供一个含H
+
浓度较高的酸性溶液，达不到预期的抛光效果。若是加入过量硫酸或/和盐酸，所得电化学抛光液中H
+
浓度过高，在电抛光过程中不能够发挥扩散作用控制，会造成过度腐蚀现象。若是不加入粘度调节剂，所得电化学抛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜箔表面预处理用电化学抛光液，其特征在于，以质量份数计，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸 50～200份、硫酸或/和盐酸 22～48份、粘度调节剂10～20份、去离子水 20～30份。2.根据权利要求1中所述的电化学抛光液，其特征在于，所述粘度调节剂选自聚乙二醇、丙三醇、尿素和醚中的至少一种。3.根据权利要求2中所述的电化学抛光液，其特征在于，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸 50～200份、硫酸20～40份、盐酸 2～8份、聚乙二醇5～10份、丙三醇5～10份、去离子水 20～30份。4.根据权利要求1-3中任一项中所述的电化学抛光液，其特征在于，所述电化学抛光液中还包含去泡剂；所述去泡剂选自磷酸三丁酯和二甲基硅油中的至少一种；所述去泡剂的加入量为1～5份，优选为 1份。5.根据权利要求4中所述的电化学抛光液，其特征在于，所述电化学抛光液的组分包括：磷酸100份、硫酸30份、盐酸5份、聚乙二醇8份、丙三醇5份、去离子水25份，磷酸三丁酯1份。6.一种铜箔表面预处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于云，孙付通，冯爱虎，陈兵兵，于洋，米乐，宋力昕，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：