JP5470610B2 - Graphene sheet manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、グラフェンシートの製造方法及びこの製造方法によって製造されるグラフェンシートに関し、特に、数百μｍの幅や長さを越える大面積のグラフェンシートの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a graphene sheet and a graphene sheet produced by the production method, and more particularly, to a method for producing a graphene sheet having a large area exceeding a width and length of several hundred μm.
グラフェンシートは、種々の優れた電気的、機械的及び熱的特性を有するため、エレクトロニクス分野や燃料電池の分野をはじめとして、広範な分野での利用が期待されている。このようなグラフェンは、グラファイトの表面から剥ぎ取ることで得ていた（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、グラファイトは安価で大量に生産が可能であるもの、このグラファイトから１枚ずつのグラフェンシートを剥ぎ取ることは容易ではなく、大量生産には不向きであるという問題があった。
また、上記した従来の方法では、数十μｍ幅から数百μｍ幅程度のグラフェンシートの製造が限界であり、数百μｍを越える大面積のグラフェンシートの製造は困難であった。また、グラフェンシートの形状及び大きさは、剥ぎ取りの条件によってまちまちで、その制御は実質的に不可能であった。
However, there is a problem that graphite is inexpensive and can be mass-produced, and it is not easy to peel off each graphene sheet from the graphite, which is not suitable for mass production.
In addition, in the conventional method described above, the production of a graphene sheet having a width of several tens of μm to several hundreds of μm is the limit, and it is difficult to produce a graphene sheet having a large area exceeding several hundreds of μm. Further, the shape and size of the graphene sheet vary depending on the stripping conditions, and the control thereof is virtually impossible.
さらに、機械的剥がしは粘着テープ等をグラファイトの表面に押し付けて行うが、当該粘着テープ表面のどの部分にグラフェンシートが付着するのかわからず、上記したように剥ぎ取られるグラフェンシートの大きさが微小であることから、粘着テープのどこに付着しているのか目視で見つけるのが非常に困難であるという問題があった。 Furthermore, mechanical peeling is performed by pressing an adhesive tape or the like against the surface of the graphite, but it does not know where the graphene sheet adheres to the surface of the adhesive tape, and the size of the graphene sheet that is peeled off as described above is very small. Therefore, there is a problem that it is very difficult to visually find where the adhesive tape is attached.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、数百μｍ幅を越える大面積のグラフェンシートの製造が容易で、かつ、グラフェンシートの形成位置，形状及び大きさの制御が可能なグラフェンシートの製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a graphene sheet that is easy to manufacture a large area graphene sheet exceeding several hundred μm width and that can control the formation position, shape, and size of the graphene sheet. It aims at providing the manufacturing method of this.
上記課題を解決するために本発明の方法は、以下の手順で構成される。
（１） グラフェンシートを形成するための所定の性質を有する基板を準備するとともに、この基板を収容する容器を準備する。
前記基板は、耐熱性を有し、グラフェンとの密着性の高いものを用いる。基板自体がこのような性質の材料で形成されているものの他、基板表面にこのような性質の層がコーティングされているものも含む。基板の材料としては、例えば、SiO2、Si 3N4、Si ON、Si OF、BN、HSQ（Hydrogen
silsesquioxane）、キセロゲル、エアロゲル、ポリナフタレン、非晶質カーボン フッ化物(a-CF)、Si OC、MSQ、ブラックダイヤモンドを用いることができる。基板とグラフェンとの密着性を高めて、ＣＮＴの生成を抑制しつつグラフェンの平面方向の成長を促進するために、基板表面に活性化等の処理を施してもよい。
容器は、基板を収容して密封し、基板を１０００℃程度まで加熱できるものであればよい。
In order to solve the above-described problems, the method of the present invention includes the following procedures.
(1) While preparing the board | substrate which has the predetermined | prescribed property for forming a graphene sheet, the container which accommodates this board | substrate is prepared.
The substrate is heat resistant and has high adhesion to graphene. In addition to those in which the substrate itself is formed of a material having such a property, those in which a layer having such a property is coated on the surface of the substrate are included. Examples of substrate materials include SiO 2 , Si 3 N 4 , Si ON, Si OF, BN, HSQ (Hydrogen
silsesquioxane), xerogel, aerogel, polynaphthalene, amorphous carbon fluoride (a-CF), SiCC, MSQ, and black diamond can be used. In order to enhance the adhesion between the substrate and the graphene and suppress the generation of CNTs and promote the growth of the graphene in the planar direction, the substrate surface may be subjected to a treatment such as activation.
The container may be any container that can accommodate and seal the substrate and can heat the substrate to about 1000 ° C.
（２） 前記基板の一面には、ライン状の触媒金属層を少なくとも一つ形成する。
前記触媒金属層を形成する位置は、グラフェンシートを形成しようとする基板上における予め決定された位置である。
触媒金属としては、タングステン(Ｗ)、ニッケル(Ｎｉ)、鉄(Ｆｅ)、コバルト(Ｃｏ)、イットリウム(Ｙ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、金(Ａｕ)、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）のいずれか一種の純金属又は二種以上を含む合金を用いることができる。
これら触媒金属の層（触媒金属層）は、例えば公知のリソグラフィ法を利用して基板表面に形成することができる。
前記触媒金属層の基板からの高さは、製造しようとするグラフェンシートの膜厚に合わせた寸法とする。この高さ調整によって、グラフェンシートの膜厚制御を精密に行うことができる。なお、触媒金属層の高さは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の直径（１ｎｍ〜数ｎｍ）よりも小さいのが好ましく、特に、前記直径の半分以下であるのが好ましい。触媒金属層の高さをこのようにすることで、ＣＮＴの生成を抑制しつつ、平面的なグラフェンシートの成長を促進することができる。具体的には、同一条件下で実験を行って、ＣＮＴの形成が抑制されつつ効率よくグラフェンシートを形成できる寸法を決定する。
さらに、ライン状の前記触媒金属層の長さは、製造しようとするグラフェンシートの長さに合わせる。前記触媒金属層は直線状であってもよいが、曲線状又は直線と曲線を組み合わせた形状とすることもできる。ライン状の触媒金属層を複数本形成する場合は、触媒金属層の間にグラフェンシートが形成されるような間隔とするのが好ましい。また、触媒金属層と触媒金属層との間に溝を形成し、この溝に沿って、一方の触媒金属層から成長したグラフェンシートと他方の触媒金属層から成長したグラフェンシートとを分離できるようにするとよい。
(2) At least one line-shaped catalytic metal layer is formed on one surface of the substrate.
The position where the catalyst metal layer is formed is a predetermined position on the substrate on which the graphene sheet is to be formed.
Catalyst metals include tungsten (W), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), yttrium (Y), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), molybdenum (Mo), One kind of pure metal of silver (Ag) and copper (Cu) or an alloy containing two or more kinds can be used.
These catalyst metal layers (catalyst metal layers) can be formed on the substrate surface by using, for example, a known lithography method.
The height of the catalyst metal layer from the substrate is a dimension that matches the film thickness of the graphene sheet to be manufactured. With this height adjustment, the film thickness of the graphene sheet can be precisely controlled. The height of the catalytic metal layer is preferably smaller than the diameter (1 nm to several nm) of the carbon nanotube (CNT), and particularly preferably not more than half of the diameter. By making the height of the catalytic metal layer in this way, it is possible to promote the growth of a planar graphene sheet while suppressing the generation of CNTs. Specifically, an experiment is performed under the same conditions to determine a dimension that can efficiently form a graphene sheet while suppressing the formation of CNTs.
Further, the length of the catalyst metal layer in a line shape is adjusted to the length of the graphene sheet to be manufactured. The catalyst metal layer may be linear, but may be curved or a combination of a straight line and a curved line. In the case where a plurality of line-shaped catalyst metal layers are formed, it is preferable that the spacing is such that a graphene sheet is formed between the catalyst metal layers. Further, a groove is formed between the catalyst metal layer and the catalyst metal layer, and the graphene sheet grown from one catalyst metal layer and the graphene sheet grown from the other catalyst metal layer can be separated along the groove. It is good to.
（３） 触媒金属層を形成した基板を前記容器内に収容して密封し、容器内を真空にするか又は所定のガスを前記容器内に充填する。
前記した所定のガスとしては、例えば、窒素（Ｎ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス等の不活性ガスの他、水素（Ｈ）ガスを用いることができる。
（４） 真空又は前記所定のガス雰囲気中で基板を加熱し、炭素含有ガスを前記基板表面の少なくとも触媒金属層を形成した部分に供給する。
炭素含有ガスとしては、例えば、メタン(ＣＨ４)、アセチレン(Ｃ２Ｈ２)、エチレン(Ｃ２Ｈ４)、エタン(Ｃ２Ｈ６)、アルコールのいずれか一種の純ガス又は二種以上の混合ガスを使用することができる。アルコールには、メタノール、エタノール、ブタノールが含まれる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）や一酸化炭素（ＣＯ）も利用する場合には、プラズマＣＶＤ装置を用いるとよい。
（５） 以上の手順により、前記触媒金属層からグラフェンが基板表面に沿って成長する。このようにして得られたグラフェンシートの膜厚は、触媒金属層の基板からの高さに応じた寸法のものである。基板上に形成されたグラフェンシートは、粘着テープや転写用基板等の転写部材を使って取り出すことができる。
(3) The substrate on which the catalytic metal layer is formed is accommodated in the container and sealed, and the container is evacuated or filled with a predetermined gas.
As the predetermined gas, for example, hydrogen (H) gas can be used in addition to an inert gas such as nitrogen (N) gas or helium (He) gas.
(4) The substrate is heated in a vacuum or the predetermined gas atmosphere, and a carbon-containing gas is supplied to at least a portion of the substrate surface where the catalytic metal layer is formed.
Examples of the carbon-containing gas include a pure gas of methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), ethane (C 2 H 6 ), and alcohol, or two or more of them. The mixed gas can be used. Alcohol includes methanol, ethanol and butanol. In the case where carbon dioxide (CO 2 ) or carbon monoxide (CO) is also used, a plasma CVD apparatus may be used.
(5) Through the above procedure, graphene grows from the catalytic metal layer along the substrate surface. The film thickness of the graphene sheet obtained in this way is of a size corresponding to the height of the catalyst metal layer from the substrate. The graphene sheet formed on the substrate can be taken out using a transfer member such as an adhesive tape or a transfer substrate.
本発明によれば、基板上に形成したライン状の触媒金属層の長さに応じた長さを有する大面積のグラフェンシートを容易に製造することができる。また、前記触媒金属層の基板からの高さを調整することで、所望の膜厚のグラフェンシートを容易に製造することができる。さらに、基板上における触媒金属層の形成位置を調整することで、基板上におけるグラフェンシートの形成位置を精密に制御することが可能である。
本発明によれば、大面積で面積調整及び形状調整の容易なグラフェンシートの大量生産が可能で、かつ、グラフェンシートの生産の自動化も可能になる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the large area graphene sheet which has the length according to the length of the linear catalyst metal layer formed on the board | substrate can be manufactured easily. Moreover, the graphene sheet of a desired film thickness can be easily manufactured by adjusting the height of the catalyst metal layer from the substrate. Furthermore, the formation position of the graphene sheet on the substrate can be precisely controlled by adjusting the formation position of the catalytic metal layer on the substrate.
According to the present invention, it is possible to mass-produce graphene sheets having a large area and easy area adjustment and shape adjustment, and it is also possible to automate the production of graphene sheets.
以下、本発明の好適な一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［基板］
グラフェンシートを形成する基板としては、耐熱性を有し、グラフェンとの密着性のよい材料で形成されたものであればよく、例えば、SiO2，Si 3N4、Si ON、Si OF、BN、HSQ、キセロゲル、エアロゲル、パールレン、ポリナフタレン、非晶質カーボン・フッ化物(a-CF)、Si OC、MSQ、ブラックダイヤモンド、フレア等を挙げることができる。一般的には、半導体の分野で多用されているシリコン基板（SiO2/Si基板）を用いることができる。基板としては、上記の他に金属基板を用いることができるが、後に説明する触媒金属としての性質を有するものであってはならない。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[substrate]
As the substrate for forming the graphene sheet, any substrate having heat resistance and good adhesion to graphene may be used. For example, SiO 2, Si 3 N 4 , Si ON, Si OF, BN HSQ, xerogel, aerogel, perylene, polynaphthalene, amorphous carbon / fluoride (a-CF), SiCC, MSQ, black diamond, flare and the like. In general, a silicon substrate (SiO 2 / Si substrate) frequently used in the semiconductor field can be used. In addition to the above, a metal substrate can be used as the substrate, but it must not have a property as a catalyst metal described later.
［基板表面の活性化処理］
基板は、それ自体がグラフェンとの密着性が高いものを用いるのが好ましいが、グラフェンとの密着性を高めるために、表面に活性化処理等を施してもよい。活性化処理を施すことで、触媒金属から成長するグラフェンが丸まらずに、基板表面に沿って平面方向に成長することができる。
基板表面の活性化処理方法としては公知の種々のものを用いることができる。例えば、特開平９−２２３７８３号公報に記載されているようなプラズマ活性化法や、特開２００５−２４４１７３号公報に記載されている方法等を利用することができる。
[Activation treatment of substrate surface]
As the substrate, it is preferable to use a substrate that has high adhesion to graphene, but in order to improve adhesion to graphene, the surface may be subjected to activation treatment or the like. By performing the activation treatment, the graphene grown from the catalyst metal can be grown in a planar direction along the substrate surface without being rounded.
Various known methods can be used as a method for activating the substrate surface. For example, a plasma activation method as described in JP-A-9-223783, a method described in JP-A-2005-244173, and the like can be used.
［触媒金属及び触媒金属層の形成］
上記の基板上にライン状に形成される触媒金属層は、タングステン(Ｗ)、ニッケル(Ｎｉ)、鉄(Ｆｅ)、コバルト(Ｃｏ)、イットリウム(Ｙ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、金(Ａｕ)、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）のいずれか一種の純金属又は二種以上を含む合金で構成することができる。
このような触媒金属による層は、例えば公知のリソグラフィ、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）等を利用して、基板表面の所望の位置に、所望の形状及び寸法（長さ、幅、高さ）で形成することができる。
[Formation of catalytic metal and catalytic metal layer]
The catalytic metal layer formed in a line shape on the substrate is tungsten (W), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), yttrium (Y), palladium (Pd), platinum (Pt). , Gold (Au), molybdenum (Mo), silver (Ag), and copper (Cu), any one kind of pure metal, or an alloy containing two or more kinds.
Such a catalyst metal layer is formed in a desired position and shape (length, length) at a desired position on the substrate surface using, for example, known lithography, vacuum deposition, sputtering, CVD, scanning tunneling microscope (STM), or the like. (Width, height).
基板上に形成するライン状の触媒金属層の数は一本であってもよいし、複数本であってもよい。複数本の触媒金属層を基板上に形成する場合は、間隔を隔てて形成する。この間隔は、形成しようとするグラフェンの幅に合わせたものである。触媒金属と触媒金属との間に溝を形成し、この溝の部分でそれぞれの触媒金属から成長して形成されたグラフェンシートを分離するようにしてもよい。 The number of line-shaped catalytic metal layers formed on the substrate may be one or plural. When a plurality of catalytic metal layers are formed on the substrate, they are formed at intervals. This interval is in accordance with the width of the graphene to be formed. A groove may be formed between the catalyst metal and the catalyst metal, and the graphene sheet formed by growing from each catalyst metal may be separated at the groove portion.
また、触媒金属層の基板表面からの高さ及び長さは、形成しようとするグラフェンシートの膜厚及び長さに合わせた高さ及び長さとする。
触媒金属層の高さは、ＣＮＴの直径（１ｎｍ〜数ｎｍ程度）より小さいものであるのが好ましい。より好ましくは前記直径の半分以下であるのがよい。触媒金属層の高さをこのようにすることで、ＣＮＴの生成を抑制しつつ、グラフェンの平面方向の成長を促進することができる。具体的には、同一条件下で実験を行って、ＣＮＴの形成が抑制されつつ効率よくグラフェンシートを形成する寸法を決定することができる。理論上は、触媒金属層の高さを原子層レベルとすることで、基板上に一層のグラフェンシートを形成することができる。
The height and length of the catalytic metal layer from the substrate surface are the height and length that match the film thickness and length of the graphene sheet to be formed.
The height of the catalyst metal layer is preferably smaller than the diameter of CNT (about 1 nm to several nm). More preferably, it is less than half of the diameter. By making the height of the catalytic metal layer in this way, the growth of graphene in the planar direction can be promoted while suppressing the generation of CNTs. Specifically, by performing an experiment under the same conditions, it is possible to determine a dimension for efficiently forming a graphene sheet while suppressing the formation of CNTs. Theoretically, a single graphene sheet can be formed on the substrate by setting the height of the catalytic metal layer to the atomic layer level.
なお、触媒金属層の幅は特に限定しないが、触媒金属層の上面にはＣＮＴが形成される可能性があることから、可能な限り小さくするのが好ましい。触媒金属層の上面に形成されたＣＮＴは、グラフェンシートが形成された後に、基板上から除去すればよい。 The width of the catalytic metal layer is not particularly limited, but it is preferable to make it as small as possible because CNTs may be formed on the upper surface of the catalytic metal layer. The CNTs formed on the upper surface of the catalyst metal layer may be removed from the substrate after the graphene sheet is formed.
［炭素含有ガス］
炭素含有ガスとしては、例えば、メタン(ＣＨ４)、アセチレン(Ｃ２Ｈ２)、エチレン(Ｃ２Ｈ４)、エタン(Ｃ２Ｈ６)、アルコール（メタノール、エタノール、ブタノールを含む）のいずれか一種の純ガス又は二種以上の混合ガスを用いることができる。また、上記の他に二酸化炭素（ＣＯ２）や一酸化炭素（ＣＯ）の純ガス又は混合ガスを利用することができるが、これらのガスを用いる場合には、プラズマＣＶＤ装置を用いるとよい。
[Carbon-containing gas]
Examples of the carbon-containing gas include methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), ethane (C 2 H 6 ), and alcohol (including methanol, ethanol, and butanol). One kind of pure gas or two or more kinds of mixed gases can be used. In addition to the above, pure gas or mixed gas of carbon dioxide (CO 2 ) and carbon monoxide (CO) can be used. When these gases are used, a plasma CVD apparatus may be used.
［グラフェンシートの製造手順］
次に、図１を参照しつつ、本発明のグラフェンシートの製造方法の一実施形態を説明する。
図１（ａ）に示すように、表面を予め活性化処理した基板１を準備し、この基板１の表面にライン状の触媒金属層2を形成する。基板１上に複数本の触媒金属層2を形成する場合、その間隔Ｓは、製造しようとするグラフェンシートの幅に応じた寸法とする。また、この場合、触媒金属層２，２の間、好ましくは中間位置に、溝１ａを形成するとよい。このような溝１ａを形成することで、一方の触媒金属層２と他方の触媒金属層２のそれぞれが成長して形成されたグラフェンシートが触媒金属層２，２の間で出会っても、それぞれのグラフェンシートを溝１ａの部分で分離しやすくすることができる。
[Graphene sheet manufacturing procedure]
Next, an embodiment of the method for producing a graphene sheet of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1A, a
グラフェンシートの製造装置は、図１（ｂ）に示すように、基板１を収容した状態で密封可能な容器３と、この容器３に形成され、容器３内から空気（酸素）を追い出すための排気口３ａと、容器３に形成され、容器３内に炭素含有ガスや窒素ガスその他のガスを供給するための吸気口３ｂと、基板１を所定温度に加熱するヒータ等の加熱手段４とを有している。
排気口３ａは図示しない真空ポンプ等に連結され、吸気口３ｂは炭素含有ガスや窒素ガス等の図示しないガス供給源に連結される。
図１（ｂ）に示すように、排気口３ａから容器３内の空気を排出して、容器３の内部を真空にする。また、加熱手段４によって基板１を１０００℃程度に加熱する。
As shown in FIG. 1B, the graphene sheet manufacturing apparatus is formed in a container 3 that can be sealed in a state in which the
The exhaust port 3a is connected to a vacuum pump or the like (not shown), and the intake port 3b is connected to a gas supply source (not shown) such as a carbon-containing gas or nitrogen gas.
As shown in FIG.1 (b), the air in the container 3 is discharged | emitted from the exhaust port 3a, and the inside of the container 3 is evacuated. Further, the
しかる後、図１（ｃ）に示すように、吸気口３ｂから炭素含有ガスを容器３内に供給する。
触媒金属層２の触媒作用により、触媒金属層２を核としてグラフェン５が成長する。触媒金属層２の高さを、ＣＮＴの直径よりも小さくしておくことと、基板１の表面を活性化して密着性を高めておくことで、グラフェン５は丸まることなく、基板１の表面に沿って平面方向に成長する。
図１（ｄ）に示すように、触媒金属層２，２間の全幅及び全長にわたって、触媒金属層２の高さに応じた膜厚のグラフェンシート６が形成されると、グラフェンの成長を終了させ、基板１を容器３から取り出す。
そして、図１（ｅ）に示すように、粘着テープや転写用基板７を使って、基板１上のグラフェンシート６を基板１から取り出す。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a carbon-containing gas is supplied into the container 3 from the intake port 3b.
Due to the catalytic action of the catalytic metal layer 2, the graphene 5 grows with the catalytic metal layer 2 as a nucleus. By keeping the height of the catalytic metal layer 2 smaller than the diameter of the CNTs and activating the surface of the
As shown in FIG. 1D, when the
Then, as shown in FIG. 1 (e), the
転写用基板７の表面は、ポリイミド等の転写剤を塗布したり、活性化処理を行ったりして、グラフェンシート６との密着性を予め高めておく。転写用基板７の表面の密着力は、基板１とグラフェンシート６との密着力より高くする。基板１上に数層のグラフェンシート６が形成される場合は、転写用基板７の表面の密着力は、少なくともグラフェンシート６間の密着力よりも高くする。このようにすることで、基板１上のグラフェンシート６を転写用基板７に転写して取り出すことができる。
基板１に溝１ａを形成しておくことで、触媒金属２，２間で形成されたグラフェンシート６の分離が容易になる。
The surface of the transfer substrate 7 is preliminarily improved in adhesion with the
By forming the groove 1a in the
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、図１を参照しながら説明したグラフェンシートの製造方法では、容器３内を真空にして炭素含有ガスを基板１に供給するものとして説明したが、容器３内に窒素（Ｎ）や水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）等のガスを充填して内部の酸素を追い出すようにしてもよい。
Although a preferred embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, in the graphene sheet manufacturing method described with reference to FIG. 1, the container 3 is evacuated and the carbon-containing gas is supplied to the
また、上記の説明では、シリコン基板等の基板１上に形成されたグラフェンシート６を、転写用基板７を使って取り出すものとして説明したが、基板１上に形成されたグラフェンシート６をそのまま利用してもよい。
さらに、上記の説明では、基板とグラフェンとの密着性を高めるために、基板表面に活性化処理等を施すものとして説明したが、基板自体の有する密着性でグラフェンシートが形成されるのであれば、特に活性化処理等は施す必要はない。
In the above description, the
Further, in the above description, in order to improve the adhesion between the substrate and the graphene, it has been described that the surface of the substrate is subjected to an activation treatment or the like. However, if the graphene sheet is formed with the adhesion of the substrate itself, In particular, activation treatment or the like is not necessary.
また、触媒金属層の高さは、ＣＮＴの直径以下であるとよいとしたが、触媒金属層の高さはＣＮＴの直径以上であってもよい。この場合、触媒金属層の側面にＣＮＴが形成されることがあるが、少なくともグラフェンとの密着性の良い基板表面上にはグラフェンシートが形成されるので、ＣＮＴを除去してグラフェンシートだけを取り出すようにすればよい。また、基板上に形成する触媒金属層の数は複数本に限らず一本であってもよく、さらに、複数本配置する場合は平行配置に限らず非平行配置又はランダム配置であってもよい。 The height of the catalyst metal layer is preferably equal to or less than the diameter of the CNT, but the height of the catalyst metal layer may be equal to or greater than the diameter of the CNT. In this case, CNT may be formed on the side surface of the catalytic metal layer, but since the graphene sheet is formed at least on the surface of the substrate having good adhesion to graphene, only the graphene sheet is taken out by removing the CNT. What should I do? Further, the number of catalyst metal layers formed on the substrate is not limited to a plurality, and may be one. Further, when a plurality of catalyst metal layers are arranged, the number of catalyst metal layers is not limited to a parallel arrangement but may be a non-parallel arrangement or a random arrangement. .
本発明では、面積調整と形状調整の容易な大面積のグラフェンシートの大量生産が可能であり、本発明の方法によって得られたグラフェンシートは、ディスプレイや燃料電池等の材料として広範に利用が可能である。 In the present invention, it is possible to mass-produce large area graphene sheets with easy area adjustment and shape adjustment, and the graphene sheets obtained by the method of the present invention can be widely used as materials for displays, fuel cells, etc. It is.
１ 基板
２ 触媒金属層
３ 容器
４ 加熱手段
５ グラフェン
６ グラフェンシート
DESCRIPTION OF
Claims (7)
SiO 2 、Si 3 N 4 、Si ON、Si OF、BN、HSQ（Hydrogensilsesquioxane）、キセロゲル、エアロゲル、ポリナフタレン、非晶質カーボン
フッ化物(a-CF)、Si OC、MSQ又はブラックダイヤモンドのいずれかで形成又は表面がコーティングされた基板を準備する工程と、
この基板の少なくとも一面に、少なくとも一つのライン状の触媒金属層を位置決めして形成する工程と、
前記触媒金属層を形成した前記基板を容器内に収容するとともに、真空、不活性ガス又は水素ガスの雰囲気中で前記基板を加熱する工程と、
前記基板の少なくとも前記触媒金属層を形成した面に、炭素含有ガスを供給する工程とを有し、
前記触媒金属層の基板からの高さを、同一条件の下で基板を加熱し炭素含有ガスを供給した場合に前記基板の表面に形成されることのあるカーボンナノチューブの直径よりも小さくしたこと、
を特徴とするグラフェンシートの製造方法。 A method for producing a graphene sheet in which a graphene sheet is formed by supplying a carbon-containing gas onto a substrate on which a catalytic metal layer is formed,
SiO 2 , Si 3 N 4 , Si ON, Si OF, BN, HSQ (Hydrogensilsesquioxane), xerogel, airgel, polynaphthalene, amorphous carbon
Providing a substrate formed or surface coated with either fluoride (a-CF), SiCC, MSQ or black diamond ;
Positioning and forming at least one line-shaped catalytic metal layer on at least one surface of the substrate;
Storing the substrate on which the catalytic metal layer is formed in a container, and heating the substrate in an atmosphere of vacuum, inert gas, or hydrogen gas ;
Supplying a carbon-containing gas to at least the surface of the substrate on which the catalytic metal layer is formed,
The height of the catalytic metal layer from the substrate is made smaller than the diameter of the carbon nanotubes that may be formed on the surface of the substrate when the substrate is heated under the same conditions and the carbon-containing gas is supplied ,
The manufacturing method of the graphene sheet characterized by these.
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