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プラスチック廃棄物等を原料として用いる単結晶グラフェンの製造方法、および単結晶グラフェンを用いたタッチパネル コモンズ

国内特許コード P140010265
掲載日 2014年2月13日
出願番号 特願2014-021108
公開番号 特開2015-147706
出願日 平成26年2月6日(2014.2.6)
公開日 平成27年8月20日(2015.8.20)
発明者
  • カリタ ゴラップ
  • 種村 眞幸
  • シャルマ スバス
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 プラスチック廃棄物等を原料として用いる単結晶グラフェンの製造方法、および単結晶グラフェンを用いたタッチパネル コモンズ
発明の概要 【課題】プラスチック廃棄物等の低コスト炭素源を用いたCVDにより、6角形状等のドメイン状グラフェンあるいは連続膜からなる大型サイズのグラフェンの製造方法を提供する。
【解決手段】炭素源の熱分解によりグラフェンを製造する方法であって、第1の領域に炭素源である炭素化合物を配置させ、第2の領域に基板を配置させ、前記第1の領域を加熱して前記炭素化合物を蒸気化し、加熱した前記第2の領域に少なくともアルゴンと水素とを含むキャリアガスにより前記炭素化合物の蒸気を導き、当該加熱された第2の領域において、前記炭素化合物を基板上で熱分解することで、前記基板の表面上にドメイン形状のグラフェンを複数個形成する、あるいは基板面全体に連続してグラフェンを形成する、単結晶グラフェンの製造方法。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


グラフェンは、炭素原子が六角形に繋がった平面構造であって化学的に安定しており、透明で、かつバリスティック伝導特性、大電流密度耐性などの優れた電気特性を持つことから、透明電極あるいは高移動度のFET(電界効果トランジスタ)などの電子デバイスに利用できる材料として注目されている。グラフェン膜としては単層、二層、あるいは数~数十層のものが知られている。



グラフェン膜の製造方法としては、テープを用い、グラファイトから基板にグラフェンを転写する方法が知られている。しかしながら、この方法では大面積のグラフェン膜の作製が困難であり、大面積化に向けて、炭化ケイ素(SiC)から選択的にSiを除く方法、あるいはCVD(化学気相合成)法などが検討されている。



CVDを利用してグラフェン膜を形成する方法として、キャリアガスとしてアルゴンガスを流しながら、炭素源、特に樟脳を熱分解させ、加熱したNi等の基板上に、20~35層のグラフェン積層体を形成することが開示されている(特許文献1)。樟脳の供給量が少なく、基板温度が高いとグラフェン積層体を合成できるとしている。



金属基板上へのCVDによる単層あるいは数層のグラフェン形成の大面積化の研究もなされ、メタンガスの流量を多くした大気圧中で、Cu箔上に6角形状ドメイン群の層数の少ないグラフェン膜が形成されること(非特許文献1)、一方、同じく金属箔上に、低メタン分圧で、大きなサイズの6角形状ドメイン群の単層グラフェン膜が形成されることも知られている。このグラフェンドメイン群をmm幅の大きさに成長させることにより11000cm-1-1という大きなキャリア移動度が得られることが確認されている(非特許文献2)。ドメイン状とは、基板表面に島状(アイランド状)の単結晶グラフェン膜(ドメイン)が複数個独立して存在している状態を示す。



しかし、上記従来の方法では、6角形等の規則正しい形状の多数層からなるグラフェンが安定的に得られていなかった。このため、金属基板からプラスチック等の他の基板へ転写する場合には、何度も転写作業を繰り返さなければならず、その手間がかかること、また転写による品質の劣化は避けられなかった。特にタッチパネル等への応用には、可視光の透過率が多少低下しても導電性の向上がより重要であり、多数積層された所定形状のグラフェンに対するニーズが高い。そして、グラフェン膜を商用的に利用するため、製造コストの低減と膜の大面積化のニーズが高い。

産業上の利用分野


本発明は、タッチパネル、透明電極あるいは電子デバイス等に用いられる単結晶グラフェンの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素源の熱分解によりグラフェンを製造する方法であって、第1の領域に炭素源である炭素化合物を配置させ、第2の領域に基板を配置させ、前記第1の領域を加熱して前記炭素化合物を蒸気化し、加熱した前記第2の領域に少なくともアルゴンと水素とを含むキャリアガスにより炭素化合物を含む蒸気を導き、当該加熱された第2の領域において、前記炭素化合物を熱分解することで、前記基板の表面上に正多角形あるいは円形のドメイン群からなるグラフェン、あるいは基板面全体に連続してグラフェンを形成する、単結晶グラフェンの製造方法。

【請求項2】
前記基板が、前記キャリアガスの流れる方向に対して、10°~80°傾斜している、前記請求項1に記載のグラフェンの製造方法。

【請求項3】
前記炭素源がプラスチックである、請求項1または2に記載のグラフェンの製造方法。

【請求項4】
前記プラスチックがポリエチレンまたはポリスチレンである請求項3に記載のグラフェンの製造方法。

【請求項5】
前記アルゴンガスに対する水素ガスの流量比が0.01~0.20である、請求項1~4のいずれかに記載のグラフェンの製造方法。

【請求項6】
前記基板が少なくともその表面に、Cu、Fe、Coのいずれかまたはそれらの合金、またはそれらの化合物、炭化ケイ素、あるいは白金その他の貴金属が形成されている、請求項1~5のいずれかに記載のグラフェンの製造方法。

【請求項7】
前記グラフェンが、6角形もしくは円形のドメイン構造、または連続膜である、請求項1~6のいずれかに記載のグラフェンの製造方法。

【請求項8】
前記グラフェンが100層以下の積層体である、請求項1~7のいずれかに記載のグラフェンの製造方法。

【請求項9】
請求項8のグラフェンの積層体が転写されたタッチパネル。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014021108thum.jpg
出願権利状態 公開
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