石墨烯制造方法及石墨烯制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供石墨烯制造方法以及石墨烯制造装置，该制造方法包括：将碳源物质与具有导电性的柔性成膜对象物的表面接触；并将电流施加至所述成膜对象物，并以超过石墨烯制造温度的温度加热所述成膜对象物，从而用所述碳源物质在所述成膜对象物表面上生成石墨烯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯制造方法及石墨烯制造装置；石墨烯被用作电子材料、电极材料等。
技术介绍
石墨烯为碳原子以六边网格结构排列的片状物质，并且近年来作为电子材料和电极材料而受到关注。通常通过化学气相沉积来制造石墨烯，即，在催化剂的加热面上提供碳源物质，并且在催化剂表面上形成膜状石墨烯。例如，日本未审查专利申请公开第2009-107921号第段、图I披露了“石墨烯片的制造方法”，其包括加热在基板表面上所层压的石墨化催化剂，并向催化剂提供碳源 物质来制造石墨烯。在所述制造方法中，通过诸如激光或红外线的电磁波辐射石墨化催化剂来加热石墨化催化剂。Journal of Electronic Materials 39, 2190 (2010)披露了通过将电流施加至被气相沉积在Si/Si02基板上的Ni薄膜并且向通过电阻加热而被加热的Ni薄膜提供碳源物质来制造石墨烯。
技术实现思路
但是，在日本未审查专利申请公开第2009-107921号中所描述的方法中，利用电磁波辐射加热石墨化催化剂，其很难仅仅局部加热石墨化催化剂。可以认为石墨烯制造装置的其它部件暴露在高温下。因此，制造装置需要通过很高的耐热材料构成或需要冷却机构，从而使得制造装置很昂贵。另外，存在需要很长时间来加热或冷却石墨化催化剂，从而能量利用效率很低的问题。在Journal of Electronic Materials 39,2190 (2010)中所描述的方法中，需要在Si/Si02基板上气相沉积Ni薄膜的步骤。通常，石墨烯经常会被转移至其它基板(诸如透明绝缘组件)。这样的转移很困难。另外，存在需要高耐热性(约1000° C)的31/5102基板很昂贵、由基板尺寸(用于制造石墨烯的位置)确定了 Ni薄膜的尺寸等问题。因此，当石墨烯被工业化大批量制造时，在日本未审查专利申请公开第2009-107921 号和 Journal of Electronic Materials 39，2190 (2010)中所描述的石墨烯制造方法存在改进的空间。鉴于上述情况，期望提供适用于大批量制造的石墨烯制造方法和石墨烯制造装置。根据本技术的实施方式，石墨烯制造方法包括使碳源物质与具有导电性的柔性成膜对象物的表面接触；并且将电流施加至成膜对象物，以石墨烯制造温度以上的温度来加热成膜对象物，从而在成膜对象物的表面上通过碳源物质制造石墨烯。所述制造方法将电流施加至成膜对象物，并且通过电阻加热提高成膜对象物的温度。这样与通过电磁辐射加热成膜对象物的情况相比能够防止除成膜对象物之外的组件达到很高的温度。因此，不需要通过耐热材料构成制造装置，并且能够以很高的能量效率制造石墨烯。另外，由于成膜对象物是柔性的(flexible，柔韧的)，所以很容易形成大面积的成膜对象物，其适用于石墨烯的大批量制造。成膜对象物可以包括铜。使用铜作为成膜对象物，由于催化活性及很低的碳固溶度(都为铜的固有特性)，能够制造均匀的单层石墨烯(具有很少的缺陷及很少的多层区)。另一方面，铜具有诸如低辐射率(吸收)、较小电磁波吸收、及由辐射引起的热损失很少的物理特性，并且很难通过电磁辐射加热。但是，由辐射引起的热损失很低的材料能够通过更小的电功率加热，使得通过根据本技术的电阻加热有效地加热铜。另外，铜适于作为根据本技术的成膜对象物，其中，铜具有适用于电阻加热的导电性，具有很高的熔点，并且成本很低。成膜对象物可以为箔。 箔能够相对于截面面积提供更大的表面积，能够在电阻加热时相对于功率消耗提供很高的石墨烯产量，并且能够以更低的施加电流制造石墨烯。当成膜对象物为箔时，能够在箔的两个表面上制造石墨烯。另一方面，当成膜对象物为例如层压在基板上的催化金属时，不能够在两个表面上制造石墨烯。将电流施加至成膜对象物和加热成膜对象物可以包括在通过辊对辊机构运送成膜对象物的同时加热成膜对象物。由于根据本技术的实施方式的成膜对象物具有柔性并且具有导电性，所以其能够通过辊对辊机构缠绕并运送。换句话说，能够在一次制造处理中在大面积成膜对象物上形成膜状石墨烯，其适合于石墨烯的大批量制造。将电流施加至成膜对象物并加热成膜对象物可以包括通过以电磁辐射的辅助加热来加热成膜对象物。对通过电阻加热被加热的成膜对象物用电磁辐射辅助加热能够降低被施加至成膜对象物的电流，并缩短提高成膜对象物温度的时间。碳源物质与柔性成膜对象物表面的接触可以包括将等离子化碳源物质与成膜对象物接触。当等离子化碳源物质被用于制造石墨烯时，等离子体可以具有很高的温度，使得被施加至成膜对象物的电流能够减小，并且能够提高石墨烯的成膜速度。根据本技术实施方式的石墨烯制造装置包括腔室、第一电流端子、第二电流端子以及电源。第一电流端子被配置在腔室内，并且与具有导电性的柔性成膜对象物接触。第二电流端子被配置在腔室内并与第一电流端子分开，并且与所述成膜对象物接触。电源用于在第一电流端子与第二电流端子之间施加电流，并且以石墨烯制造温度以上的温度来加热成膜对象物，从而在成膜对象物表面上通过碳源物质制造石墨烯。在这种结构中，电流能够被施加至成膜对象物，从而通过电阻加热来加热成膜对象物。与通过电磁辐射加热成膜对象物的情况相比，这样能够防止除成膜对象物之外的组件达到很高的温度。因此，根据本技术的石墨烯制造装置能够由不是耐热材料的材料构成。换句话说，能够以低成本制造石墨烯。石墨烯制造装置可以进一步包括辊对辊机构，被配置为在与第一电流端子和第二电流端子接触的情况下用于运送成膜对象物。在这种结构中，能够通过辊对辊机构运送成膜对象物。能够在一次制造处理中在大面积成膜对象物上成膜石墨烯。腔室可以为真空腔室。辊对辊机构可以被配置在真空腔室中。在这种结构中，在通过辊对辊机构运送期间，成膜对象物被容纳在真空腔室内。因此，防止了氧和水蒸汽进入真空腔室，能够制造高质量石墨烯。腔室可以为正压腔室。辊对辊机构可以被配置在正压腔室外部。在这种结构中，正压腔室(能够在内部保持正压的腔室)能够用于构成石墨烯制造装置，而不使用真空腔室。因此，能够降低制造成本和操作成本。而且，正压腔室能够防止 氧气和水分子通过将辊对辊机构运送的成膜对象物引入腔室的开口而进入腔室。第一电流端子和第二电流端子的每一个都可以具有涂覆了石墨烯涂层的铜基材。在这种结构中，因为铜具有催化活性及很低的碳固溶度，所以能够形成高质量单层石墨烯，并且单层石墨烯能够与铜紧密接触。能够提供具有高导电性、小摩擦阻力及高耐磨性的电流端子。因此，能够提供适用于石墨烯大批量制造的石墨烯制造装置。第一电流端子和第二电流端子可以通过电机旋转、或不旋转。如上所述，能够提供适用于大批量制造的石墨烯制造方法和石墨烯制造装置。根据对附图中示例性示出的最佳实施方式的详细描述，本专利技术的其它目标、特性及优势将变得更加明显。附图说明图I示出了根据本技术第一实施方式的石墨烯制造装置的示意图；图2示出了根据本技术第二实施方式的石墨烯制造装置的示意图；图3示出了根据本技术第三实施方式的石墨烯制造装置的示意图；图4示出了根据本技术第四实施方式的石墨烯制造装置的示意图；图5示出了根据本技术第三和第四实施方式的电流端子的示意图；以及图6示出了石墨烯的拉曼光谱分析的测试结果图。具体实施例方式(第一实施方式)将描述本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯制造方法，包括：使碳源物质与具有导电性的柔性成膜对象物的表面接触；并且将电流施加至所述成膜对象物，并以石墨烯制造温度以上的温度加热所述成膜对象物，从而由所述碳源物质在所述成膜对象物的表面上生成石墨烯。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林俊之，坂东雅史，木村望，清水圭辅，角野宏治，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：