KR101616214B1 - 그래핀 제조용 동박 및 그래핀의 제조 방법 - Google Patents

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제이엑스 킨조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 대면적의 그래핀을 저비용으로 생산 가능한 그래핀 제조용 동박 및 그것을 사용한 그래핀의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 순도가 99.95 질량% 이상인 Cu 로 이루어지는 그래핀 제조용 동박이다.

Description

그래핀 제조용 동박 및 그래핀의 제조 방법{COPPER FOIL FOR GRAPHENE PRODUCTION AND METHOD FOR PRODUCING GRAPHENE}
본 발명은, 그래핀을 제조하기 위한 동박 및 그래핀의 제조 방법에 관한 것이다.
그래파이트는 평평하게 나열된 탄소 6 원자 고리의 층이 몇 개나 겹쳐 쌓아진 층상 구조를 갖는데, 그 단원자층 ∼ 복수 원자층 정도인 것은 그래핀 또는 그래핀 시트로 불린다. 그래핀 시트는 독자적인 전기적, 광학적 및 기계적 특성을 갖고, 특히 캐리어 이동 속도가 고속이다. 그 때문에, 그래핀 시트는, 예를 들어, 연료 전지용 세퍼레이터, 투명 전극, 표시 소자의 도전성 박막, 무수은 형광등, 콤퍼짓재, 드러그 딜리버리 시스템 (DDS) 의 캐리어 등, 산업계에서의 폭넓은 응용이 기대되고 있다.
그래핀 시트를 제조하는 방법으로서, 그래파이트를 점착 테이프로 박리하는 방법이 알려져 있지만, 얻어지는 그래핀 시트의 층 수가 일정하지 않고, 대면적의 그래핀 시트가 얻어지기 어려우며, 대량 생산에도 적합하지 않다는 문제가 있다.
그래서, 시트상의 단결정 그래파이트화 금속 촉매 상에 탄소계 물질을 접촉시킨 후, 열처리함으로써 그래핀 시트를 성장시키는 기술 (화학 기상 성장 (CVD) 법) 이 개발되어 있다 (특허문헌 1). 이 단결정 그래파이트화 금속 촉매로는, Ni, Cu, W 등의 금속 기판이 기재되어 있다.
마찬가지로, Ni 나 Cu 의 금속박이나 Si 기판 상에 형성한 구리층 상에 화학 기상 성장법으로 그래핀을 제막 (製膜) 하는 기술이 보고되어 있다. 이 기술에서는 예를 들어, 25 ㎛ 두께의 동박이 사용되고 있고, 카탈로그에서 사용되고 있는 동박의 구리 순도를 조사하면 99.8 % 로 되어 있다 (비특허문헌 2). 또한, 그래핀의 제막은 1000 ℃ 정도에서 아르곤, 수소, 메탄의 혼합 가스 분위기에서 실시된다 (비특허문헌 1, 2).
일본 공개특허공보 2009-143799호
SCIENCE Vol.324 (2009) P1312-1314 APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 183109 (2010)
그러나, 특허문헌 1 과 같이 단결정의 금속 기판을 제조하는 것은 용이하지 않아 매우 고비용이며, 또 대면적의 기판이 얻어지기 어려워, 나아가서는 대면적의 그래핀 시트가 얻어지기 어렵다는 문제가 있다. 한편, 비특허문헌 1 에는, Cu 를 기판으로서 사용하는 것이 기재되어 있지만, Cu 박 상에서는 단시간에 그래핀이 면 방향으로 성장하지 않고, Si 기판 상에 형성한 Cu 층을 어닐링에 의해 조대립으로 하여 기판으로 하고 있다. 이 경우, 그래핀의 크기는 Si 기판 사이즈로 제약되고, 제조 비용도 높다. 또, 비특허문헌 2 에 기재된 기술에서는 동박을 사용하고 있기 때문에, 기판에 드는 비용은 구리 단결정이나 Si 기판을 사용하는 것보다 저렴해지고, 대면적의 그래핀이 얻어질 가능성이 있다고 할 수 있다.
여기서, 구리가 그래핀 성장의 촉매로서 우수한 이유는, 구리가 탄소를 거의 고용하지 않기 때문이다. 그리고, 구리가 촉매로서 작용하고, 탄화수소 가스의 열 분해에 의해 발생한 탄소 원자는 구리 표면에서 그래핀을 형성한다. 또한 그래핀으로 덮인 부분의 구리는 촉매 작용을 잃기 때문에, 그 부분에서 추가로 탄화수소 가스가 열 분해되지 않아, 그래핀이 복수 층이 되기 어려워, 그래핀의 단층이 얻어진다. 따라서, 구리의 단결정은 이 점에서 그래핀 제조용 기판으로서 우수하지만, 고가이고 사이즈가 한정되기 때문에, 대면적의 그래핀을 제막하는 데에는 적합하지 않다.
한편, 동박은 대면적화가 용이하지만, 본 발명자가 비특허문헌 2 에 기재된 동박을 기판으로 하여 그래핀을 제조한 결과, 그래핀의 시트 저항이 증대되어 실용화에 적합한 품질이 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다.
즉, 본 발명은, 대면적의 그래핀을 저비용으로, 또한 실용상 요구되는 품질로 생산 가능한 그래핀 제조용 동박 및 그것을 사용한 그래핀의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 그래핀 제조용 동박은, 순도가 99.95 질량% 이상인 Cu 로 이루어진다.
Cu 의 순도가 99.995 질량% 이하인 것이 바람직하고, 산소의 농도가 200 질량ppm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 그래핀의 제조 방법은, 상기 그래핀 제조용 동박을 사용하고, 소정의 실내에, 가열한 상기 그래핀 제조용 동박을 배치함과 함께 탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 그래핀 제조용 동박의 표면에 그래핀을 형성하는 그래핀 형성 공정과, 상기 그래핀의 표면에 전사 시트를 적층하고, 상기 그래핀을 상기 전사 시트 상에 전사하면서, 상기 그래핀 제조용 동박을 에칭 제거하는 그래핀 전사 공정을 갖는다.
본 발명에 의하면, 대면적의 그래핀을 저비용으로, 또한 실용상 요구되는 품질로 생산 가능하게 하는 동박이 얻어진다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 그래핀의 제조 방법을 나타내는 공정 도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 그래핀 제조용 동박 및 그래핀의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서 % 란, 특별히 언급하지 않는 이상 질량% 를 나타내는 것으로 한다.
<동박의 조성>
동박은, 순도가 99.95 질량% 이상인 Cu 로 이루어진다. 상기한 바와 같이, 동박을 기판으로 하여 그래핀을 제조하면, 그래핀의 시트 저항이 증대되어 품질이 열화되는 경우가 있다. 이것은, 동박 표면에 부분적으로 그래핀의 성장을 저해하는 영역이 존재하여 촉매 기능이 면 상에서 불균일해지고, 그 부분에서 탄화수소 가스가 열 분해되지 않아 그래핀의 탄소 원자의 결합이 끊어져 시트 저항이 커지는 것이라고 생각된다.
이와 같은 점에서, 본 발명자는, 촉매인 동박 표면에서의 구리 원자의 존재 정도가 그래핀의 품질에 영향을 주고, 동박 표면의 전체면에 균일하게 촉매 기능을 갖게 할 수 있으면 되는 것으로 생각하여, 동박에 함유되는 구리 이외의 원소를 일정량 이하 (요컨대 Cu 의 순도를 99.95 % 이상) 로 조정하였다.
단, 본 발명자는 당초, 박 중의 불순물은 그 존재 형태에 관계없이, 고용되어 있어도 되고, 산화물이나 황화물 등의 개재물로서 존재하고 있어도 되는 것으로 생각하였다. 이것은, 일반적으로 동박 표면에 그래핀을 제막하는 방법으로서 CVD 를 사용하는데, CVD 는 1000 ℃ 이상의 탄화수소 가스, 수소 가스, 불활성 가스의 혼합 분위기에서 실시한다. 이 때, 동박 표면에, 아산화 구리, 황화 구리 등이 존재했다고 해도, CVD 의 분위기에 함유되는 수소에 의해 용이하게 환원되기 때문에, 불순물의 존재 형태는 그래핀의 품질에 영향을 주지 않는다고 본 발명자는 생각하였다. 그러나, 불순물이 산화물이나 황화물로서 표면에 존재하면, 환원되거나, 1000 ℃ 에서 일단 용해되거나 하여 얻어지는 그래핀 품질에 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 요컨대, 산소나 황은 적은 편이 바람직하다. 또한, 동박 중에 고용되어 있는 구리 이외의 원소로는, 불순물로서 원래 구리 중에 존재하는 원소 외에, 구리 재료에 적극적으로 첨가한 원소도 들 수 있지만, 구리의 순도가 99.95 % 이상이면 그래핀의 품질에 영향을 주지 않는다.
동박 중의 불순물의 종류는 한정되지 않지만, O 나 S 이외에, P, Ag 를 들 수 있고, 첨가 원소로는, Ag, Sn, Ti, Ni, Mg, In 등을 들 수 있다.
또한, 동박 중의 Cu 순도를 높게 하면 제조 비용이 높아짐과 함께, 강도가 저하되어 박의 제조가 어려워져, 대면적화가 곤란해진다. 이와 같은 점에서, 동박 중의 Cu 의 순도가 99.995 질량% 이하인 것이 바람직하다.
또, 동박 중의 산소 농도가 200 질량ppm 이하인 것이 바람직하다.
산소가 200 질량ppm 을 초과하면 산화물량이 증가되어 그것들이 CVD 중에 환원되면, 그래핀의 성장을 저해하는 원인이 되어, 그래핀의 시트 저항이 증가되는 경우가 있다. 또한, 동박 중의 황도 적을수록 좋지만, 황은 구리의 제조성을 악화시키는 불순물로서 이미 알려져 있고, 제조성에 악영향을 미치지 않는 범위이면 그래핀의 품질에 거의 영향을 주지 않는다.
<동박의 두께>
동박의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로는 5 ∼ 150 ㎛ 이다. 또한 핸들링성을 확보하면서, 후술하는 에칭 제거를 용이하게 실시하기 위해, 동박의 두께를 12 ∼ 50 ㎛ 로 하면 바람직하다. 동박의 두께가 12 ㎛ 미만이면, 파단되기 쉬워져 핸들링성이 열등하고, 두께가 50 ㎛ 를 초과하면 에칭 제거가 어려워지는 경우가 있다.
<동박의 60 도 광택도>
동박의 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 60 도 광택도 (JIS Z 8741) 가 모두 400 % 이상인 것이 바람직하고, 500 % 이상인 것이 더욱 바람직하다.
후술하는 바와 같이, 본 발명의 그래핀 제조용 동박을 사용하여 그래핀을 제조한 후, 동박으로부터 전사 시트에 그래핀을 전사할 필요가 있지만, 동박의 표면이 거칠면 전사하기 어렵고, 그래핀이 파손되는 경우가 있다. 그래서, 동박의 표면 요철이 평활한 것이 바람직하다.
또한, 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 60 도 광택도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 60 도 광택도의 상한은 실용상 800 % 정도이다.
또, 이와 같이 전사 시트에 그래핀을 전사하기 쉽게 하기 위해, JIS B 0601에 규격하는 동박 표면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 0.25 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
<평균 결정 입경>
또, 최종 냉간 압연 종료 후의 동박을, 수소를 20 체적% 이상 함유하고 잔부 아르곤의 분위기 중에서 1000 ℃ 에서 1 시간 가열함으로써, 동박도 가열되어, 동박의 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이상으로 성장한다.
동박의 평균 결정 입경이 100 ㎛ 보다 작으면 그래핀을 성장시킬 때의 장해가 되어, 면 방향으로 그래핀이 성장하기 어려워지는 경우가 있다.
또한, 수소를 20 체적% 이상 함유하고 잔부 아르곤의 분위기 중에서의 1000℃ 에서 1 시간의 가열은, 그래핀을 제조할 때, 그래핀 제조용 동박을 탄소 함유 가스의 분해 온도 이상으로 가열하는 조건을 모방한 것이다.
또, 평균 결정 입경은, JIS H 0501 의 절단법에 의해 동박을 측정한다.
이상과 같이 규정한 그래핀 제조용 동박을 사용함으로써, 대면적의 그래핀을 저비용으로, 또한 높은 수율로 생산할 수 있다.
<그래핀 제조용 동박의 제조>
본 발명의 실시형태에 관련된 그래핀 제조용 동박은, 예를 들어 이하와 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 예를 들어 터프 피치동 (JIS-H 3100) 이나, 무산소동 (JIS-H 3100) 을 그대로 사용하거나, 더욱 고순도의 구리를 원료로 그대로 사용하거나, 필요에 따라 소정 원소를 첨가하여, 순도가 99.95 질량% 이상인 구리 잉곳을 제조한다. 단, 터프 피치동의 경우에는 산소 농도가 200 질량ppm 을 초과하지 않도록 할 필요가 있다. 이 잉곳을 열간 압연을 실시한 후, 어닐링과 냉간 압연을 반복하여, 압연판을 얻는다. 이 압연판을 어닐링하여 재결정시켜, 소정의 두께까지 압하율을 80 ∼ 99.9 % (바람직하게는 85 ∼ 99.9 %, 더욱 바람직하게는 90 ∼ 99.9 %) 로 하여 최종 냉간 압연하여 동박을 얻는다.
<그래핀의 제조 방법>
다음으로, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관련된 그래핀의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 실 (진공 챔버 등) (100) 내에, 상기한 본 발명의 그래핀 제조용 동박 (10) 을 배치하고, 그래핀 제조용 동박 (10) 을 히터 (104) 로 가열함과 함께, 실 (100) 내를 감압 또는 진공화한다. 그리고, 가스 도입구 (102) 로부터 실 (100) 내에 탄소 함유 가스 (G) 를 공급한다 (도 1(a)). 탄소 함유 가스 (G) 로는, 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌, 알코올 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않고, 이들 중 1 종 또는 2 종 이상의 혼합 가스로 해도 된다. 또, 그래핀 제조용 동박 (10) 의 가열 온도는 탄소 함유 가스 (G) 의 분해 온도 이상으로 하면 되고, 예를 들어 1000 ℃ 이상으로 할 수 있다. 또, 실 (100) 내에서 탄소 함유 가스 (G) 를 분해 온도 이상으로 가열하여, 분해 가스를 그래핀 제조용 동박 (10) 에 접촉시켜도 된다. 그리고, 그래핀 제조용 동박 (10) 의 표면에 분해 가스 (탄소 가스) 가 접촉하여, 그래핀 제조용 동박 (10) 의 표면에 그래핀 (20) 을 형성한다 (도 1(b)).
그리고, 그래핀 제조용 동박 (10) 을 상온으로 냉각시키고, 그래핀 (20) 의 표면에 전사 시트 (30) 를 적층하고, 그래핀 (20) 을 전사 시트 (30) 상에 전사 한다. 다음으로, 이 적층체를 싱크 롤 (120) 을 개재하여 에칭조 (110) 에 연속적으로 침지시켜, 그래핀 제조용 동박 (10) 을 에칭 제거한다 (도 1(c)). 이와 같이 하여, 소정의 전사 시트 (30) 상에 적층된 그래핀 (20) 을 제조할 수 있다.
또한 그래핀 제조용 동박 (10) 이 제거된 적층체를 끌어올려, 그래핀 (20) 의 표면에 기판 (40) 을 적층하고, 그래핀 (20) 을 기판 (40) 상에 전사하면서, 전사 시트 (30) 를 박리하면, 기판 (40) 상에 적층된 그래핀 (20) 을 제조할 수 있다.
전사 시트 (30) 로는, 각종 수지 시트 (폴리에틸렌, 폴리우레탄 등의 폴리머 시트) 를 사용할 수 있다. 그래핀 제조용 동박 (10) 을 에칭 제거하는 에칭액으로는, 예를 들어 황산 용액, 과황산나트륨 용액, 과산화수소, 및 과황산나트륨 용액 또는 과산화수소에 황산을 첨가한 용액을 사용할 수 있다. 또, 기판 (40) 으로는, 예를 들어 Si, SiC, Ni 또는 Ni 합금을 사용할 수 있다.
실시예
<시료의 제조>
표 1 에 나타내는 조성의 구리 잉곳 (두께 30 ㎜, 폭 100 ㎜) 을 제조하였다. 여기서, Cu 순도가 99.999 % 인 동박에 대해서는, 99.9999 % 의 구리 원료를 진공 중에서 재용해하여, 잉곳을 주조하였다. Cu 순도가 99.995 % 이하인 동박에 대해서는, 무산소동 (JIS-H 3100) 을 원료로 하여 진공 중에서 재용해하고, 표 1 에 나타내는 조성의 불순물 원소를 첨가함으로써 순도를 조정하고, 아르곤 분위기에서 잉곳을 주조하였다. 또한, 불순물로서 산소를 첨가하는 경우, 잉곳을 주조하는 노 내에 아르곤 가스를 도입하고 나서 산화구리를 첨가하였다.
얻어진 상기 잉곳의 표면을 기계 가공하고, 그 후에 800 ∼ 900 ℃ 에서 열간 압연을 실시한 후에 산세하고, 냉간 압연에 의해 1 ∼ 2 ㎜ 두께 압연판을 얻었다. 이 압연판을 600 ∼ 800 ℃ 에서 어닐링하여 재결정시키고, 추가로 냉간 압연을 실시하여, 7 ∼ 50 ㎛ 의 두께까지 압하율을 95 ∼ 99.7 % 로 하여 최종 냉간 압연하여, 두께 8 ∼ 70 ㎛ 의 동박을 얻었다. 또한, 최종 두께로 가공하기까지 어닐링과 냉간 압연을 반복해도 된다.
<60 도 광택도의 측정>
각 실시예 및 비교예의 동박의 최종 냉간 압연 후의 표면의 60 도 광택도를 측정하였다.
60 도 광택도는, JIS-Z 8741 에 준거한 광택도계 (닛폰 덴쇼쿠 공업 제조, 상품명 「PG-1M」) 를 사용하여 측정하였다.
<표면 조도 (Ra, Rz, Sm) 의 측정>
각 실시예 및 비교예의 동박의 최종 냉간 압연 후의 표면 조도를 측정하였다.
접촉 조도계 (고사카 연구소 제조, 상품명 「SE-3400」) 를 사용하여, JIS-B 0601 에 준거한 산술 평균 조도 (Ra;㎛) 를 측정하고, 오일 피트 깊이 (Rz) 는 JIS B 0601-1994 에 준거하여 10 점 평균 조도를 측정하였다. 측정 기준 길이 0.8 ㎜, 평가 길이 4 ㎜, 컷오프값 0.8 ㎜, 이송 속도 0.1 ㎜/초의 조건에서 압연 방향과 평행하게 측정 위치를 바꾸어 10 회 실시하고, 각 방향에서 10 회의 측정에서의 값을 구하였다. 또 요철의 평균 간격 (Sm;㎜) 은, 측정 기준 길이 0.8 ㎜, 평가 길이 4 ㎜, 컷오프값 0.8 ㎜, 이송 속도 0.1 ㎜/초의 조건에서 압연 방향과 평행하게 측정 위치를 바꾸어 10 회 실시하고, 10 회의 측정에서의 값을 구하였다. 또한, Sm 은 표면 성상을 윤곽 곡선 방식으로 나타내는 JIS B 0601-2001 (ISO4287-1997 준거) 에 있어서, 요철의 「요철의 평균 간격」이라고 규정되어 있고, 기준 길이 내에서의 각 요철의 윤곽 길이의 평균을 말한다.
<평균 결정 입경 (GS) 의 측정>
각 실시예 및 비교예의 최종 냉간 압연 종료 후의 동박을, 수소를 20 체적% 이상 함유하고 잔부 아르곤의 분위기 중에서 1000 ℃ 에서 1 시간 가열 후, JIS H 0501 의 절단법에 의해, 동박 표면의 평균 결정 입경을 측정하였다.
<인장 강도 (TS)>
인장 시험기에 의해, JIS-Z 2241 에 따라, 압연 방향에 있어서의 인장 강도를 측정하였다.
<그래핀의 제조>
각 실시예의 그래핀 제조용 동박 (가로세로 100 × 100 ㎜) 을 적외선 이미지로 내의 석영관 (3 인치) 의 내벽에 감아, 진공화 (압력:0.2 Torr) 하였다. 다음으로, 이 석영관 내에 수소와 아르곤의 혼합 가스 (H2/Ar = 10/400 ∼ 5/500 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes) 를 흘리면서 적외선 이미지로를 1000 ℃ 로 가열하고, 추가로 메탄 가스를 첨가하여 CH4/H2/Ar = 10/10/400 ∼ 10/5/500 sccm 로 흘려, 1 시간 유지하여 반응시켰다.
그래핀이 표면으로 성장한 동박의 그래핀측에 PET 필름을 부착시켜 동박을 산으로 에칭 제거한 후, 4 탐침법으로 그래핀의 시트 저항을 측정하였다. 또한, 반응 시간은 미리 반응 시간과 시트 저항의 관계를 조사하여, 시트 저항이 안정되기 위해서 필요한 시간으로 하였다.
그래핀의 시트 저항이 400 Ω/□ 이하이면, 실용상 문제는 없다.
얻어진 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 표 1 에 있어서, G60RD, G60TD 는 각각 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 60 도 광택도를 나타낸다. 또, GS 는 평균 결정 입경을 나타낸다.
또, 표 중의 「S+P+Ag < 5 ppm」은 S, P, Ag 의 합계 농도가 5 wtppm 미만인 것을 나타낸다. 또한, 표 중의 각 원소의 합계가 100 질량% 에 미치지 않지만, 그 분량은 동박 중의 불가피적 불순물에 상당한다.
Figure 112014044734719-pct00001
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 동박의 순도를 99.95 질량% 이상으로 한 각 실시예의 경우, 그래핀의 시트 저항이 400 Ω/□ 이하가 되어, 품질이 우수했다.
또한, 산소의 농도가 높아질수록, 그래핀의 시트 저항이 높아지는 경향이 있다.
또, 동박의 50 ㎛ 를 초과한 실시예 13 의 경우, 다른 실시예에 비해 동박의 에칭 제거에 시간을 필요로 하였다. 동박의 두께가 12 ㎛ 미만인 실시예 14 의 경우, 다른 실시예에 비해 핸들링에 시간을 필요로 하였다.
한편, 동박의 순도가 99.95 질량% 미만인 각 비교예의 경우, 그래핀의 시트 저항이 400 Ω/□ 를 초과하여 그래핀의 품질이 열등하였다.
또, 산소의 농도가 200 질량ppm 을 초과한 비교예 1 의 경우, 동박의 순도는 99.95 질량% 이상임에도 불구하고, 그래핀의 시트 저항이 400 Ω/□ 를 초과하여 그래핀의 품질이 열등하였다.
10 : 그래핀 제조용 동박
20 : 그래핀
30 : 전사 시트

Claims (4)

  1. 순도가 99.95 질량% 이상 99.995 질량% 이하, 산소의 농도가 200 질량ppm 이하인 Cu 로 이루어지고,
    압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 60 도 광택도 (JIS Z 8741) 가 모두 400 % 이상인 Cu 로 이루어지는 그래핀 제조용 동박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    JIS B 0601에 규격하는 동박 표면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 0.25 ㎛ 이하인 그래핀 제조용 동박.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 그래핀 제조용 동박을 사용한 그래핀의 제조 방법으로서,
    소정의 실내에, 가열한 상기 그래핀 제조용 동박을 배치함과 함께 탄소 함유 가스를 공급하고, 상기 그래핀 제조용 동박의 표면에 그래핀을 형성하는 그래핀 형성 공정과,
    상기 그래핀의 표면에 전사 시트를 적층하고, 상기 그래핀을 상기 전사 시트 상에 전사하면서, 상기 그래핀 제조용 동박을 에칭 제거하는 그래핀 전사 공정을 갖는 그래핀의 제조 방법.
  4. 삭제
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5822669B2 (ja) 2011-02-18 2015-11-24 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔及びそれを用いたグラフェンの製造方法
EP2716601B1 (en) 2011-06-02 2017-03-15 JX Nippon Mining & Metals Corporation Copper foil for manufacturing graphene and graphene manufacturing method
JP5850720B2 (ja) 2011-06-02 2016-02-03 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔、及びグラフェンの製造方法
JP5721609B2 (ja) 2011-11-15 2015-05-20 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔、及びグラフェンの製造方法
JP2014227594A (ja) * 2013-05-27 2014-12-08 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔及びグラフェンの製造方法
KR101626573B1 (ko) * 2014-05-02 2016-06-01 에스 알 씨 주식회사 그래핀 제조용 동박과 이를 이용한 그래핀의 제조 방법
CN104022017B (zh) * 2014-06-10 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 一种石墨烯图案化的方法及显示基板的制作方法
JP6078024B2 (ja) 2014-06-13 2017-02-08 Jx金属株式会社 2次元六角形格子化合物製造用圧延銅箔、及び2次元六角形格子化合物の製造方法
CN105525124B (zh) * 2016-02-02 2017-07-07 天津大学 原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法
KR101938874B1 (ko) * 2016-07-20 2019-01-15 주식회사 참트론 고품질 그래핀 합성을 위한 열처리 장비
CN108529605A (zh) * 2018-06-26 2018-09-14 东南大学 一种大面积图案化石墨烯的制备方法
CN115094358B (zh) * 2022-06-30 2023-06-09 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种电触头材料表面纳米化处理方法及其装置
CN115287757A (zh) * 2022-07-08 2022-11-04 中国科学院电工研究所 一种铜单晶片及单晶石墨烯的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227971A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nippon Mining & Metals Co Ltd 圧延銅箔

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3859384B2 (ja) 1999-03-08 2006-12-20 日鉱金属株式会社 屈曲性に優れるフレキシブルプリント回路基板用圧延銅箔およびその製造方法
JP3521074B2 (ja) * 2000-01-06 2004-04-19 三井金属鉱業株式会社 電解銅箔の物性検査方法
JP3552043B2 (ja) 2000-08-07 2004-08-11 古河電気工業株式会社 ベルト&ホイール式連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法および銅合金線材の製造方法
CN1195395C (zh) * 2001-01-30 2005-03-30 日鉱金属股份有限公司 积层板用铜合金箔
TWI298988B (en) 2002-07-19 2008-07-11 Ube Industries Copper-clad laminate
JP2004074214A (ja) 2002-08-16 2004-03-11 Nikko Metal Manufacturing Co Ltd ラミネート材とのピーリング強度を向上した金属圧延箔
CN1286716C (zh) 2003-03-19 2006-11-29 清华大学 一种生长碳纳米管的方法
CN101851769B (zh) * 2005-03-31 2012-07-04 三井金属矿业株式会社 电解铜箔及其制造方法、表面处理电解铜箔、覆铜层压板及印刷电路板
JP4401998B2 (ja) 2005-03-31 2010-01-20 日鉱金属株式会社 銅張積層基板用高光沢圧延銅箔及びその製造方法
JP4522972B2 (ja) 2005-04-28 2010-08-11 日鉱金属株式会社 銅張積層基板用高光沢圧延銅箔
CN1972557A (zh) * 2005-10-14 2007-05-30 三井金属矿业株式会社 挠性覆铜层压板和薄膜载带及其制造方法、以及挠性印刷电路板、半导体装置
TW200738913A (en) * 2006-03-10 2007-10-16 Mitsui Mining & Smelting Co Surface treated elctrolytic copper foil and process for producing the same
CN100491000C (zh) * 2006-12-25 2009-05-27 上海金地金属制品厂 一种纯铜箔压延的方法
KR101344493B1 (ko) 2007-12-17 2013-12-24 삼성전자주식회사 단결정 그라펜 시트 및 그의 제조방법
US7479590B1 (en) 2008-01-03 2009-01-20 International Business Machines Corporation Dry adhesives, methods of manufacture thereof and articles comprising the same
JP2009215146A (ja) 2008-03-13 2009-09-24 Panasonic Corp 金属含有ナノ粒子、これを用いて成長したカーボンナノチューブ構造体、及びこのカーボンナノチューブ構造体を用いた電子デバイス及びその製造方法
WO2010038641A1 (ja) * 2008-09-30 2010-04-08 日鉱金属株式会社 高純度銅及び電解による高純度銅の製造方法
JP5569769B2 (ja) 2009-08-31 2014-08-13 独立行政法人物質・材料研究機構 グラフェンフィルム製造方法
KR101736462B1 (ko) 2009-09-21 2017-05-16 한화테크윈 주식회사 그래핀의 제조 방법
JP5219973B2 (ja) 2009-09-24 2013-06-26 Jx日鉱日石金属株式会社 せん断加工性に優れる圧延銅箔ならびにこれを用いた負極集電体、負極板および二次電池
JP5094834B2 (ja) * 2009-12-28 2012-12-12 Jx日鉱日石金属株式会社 銅箔の製造方法、銅箔及び銅張積層板
WO2011088056A2 (en) 2010-01-12 2011-07-21 National Nanomaterials, Inc. Method and system for producing graphene and graphenol
EP2354272B1 (en) * 2010-02-08 2016-08-24 Graphene Square Inc. Roll-to-roll apparatus for coating simultaneously internal and external surfaces of a pipe and graphene coating method using the same
JP5563500B2 (ja) 2010-05-28 2014-07-30 日本電信電話株式会社 グラフェン及び炭素分子薄膜の合成方法
US20120132516A1 (en) 2010-11-29 2012-05-31 Zimmerman Paul A Synthesis of Graphene Films Cycloalkanes
JP5822669B2 (ja) 2011-02-18 2015-11-24 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔及びそれを用いたグラフェンの製造方法
JP5850720B2 (ja) 2011-06-02 2016-02-03 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔、及びグラフェンの製造方法
EP2716601B1 (en) 2011-06-02 2017-03-15 JX Nippon Mining & Metals Corporation Copper foil for manufacturing graphene and graphene manufacturing method
JP5758254B2 (ja) 2011-09-27 2015-08-05 Jx日鉱日石金属株式会社 圧延銅箔
CN104024156B (zh) 2011-11-04 2016-03-30 Jx日矿日石金属株式会社 石墨烯制造用铜箔及其制造方法、以及石墨烯的制造方法
JP5721609B2 (ja) 2011-11-15 2015-05-20 Jx日鉱日石金属株式会社 グラフェン製造用銅箔、及びグラフェンの製造方法
JP5909082B2 (ja) 2011-11-21 2016-04-26 Jx金属株式会社 グラフェン製造用銅箔及びグラフェンの製造方法
JP5475897B1 (ja) 2012-05-11 2014-04-16 Jx日鉱日石金属株式会社 表面処理銅箔及びそれを用いた積層板、銅箔、プリント配線板、電子機器、並びに、プリント配線板の製造方法
JP5298225B1 (ja) 2012-06-29 2013-09-25 Jx日鉱日石金属株式会社 圧延銅箔及びその製造方法、並びに、積層板
JP2014037577A (ja) 2012-08-16 2014-02-27 Jx Nippon Mining & Metals Corp グラフェン製造用圧延銅箔、及びグラフェンの製造方法
JP6078024B2 (ja) 2014-06-13 2017-02-08 Jx金属株式会社 2次元六角形格子化合物製造用圧延銅箔、及び2次元六角形格子化合物の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227971A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nippon Mining & Metals Co Ltd 圧延銅箔

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Z. Luo et al. Chem. Mater. 2011, Vol. 23, pp. 1441-1447 (2011.02.10.)*

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ES2687956T3 (es) 2018-10-30
JP5721609B2 (ja) 2015-05-20

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