低溫生產石墨烯的方法，直接轉移用相同方法的石墨烯的方法與石墨烯片材技術

本發明專利技術涉及用于在低溫形成石墨烯的方法，涉及用于直接轉移使用相同方法的石墨烯的方法，以及涉及石墨烯片材。用于在低溫形成石墨烯的所述方法包括供給含有碳源的氣體至在襯底上形成的用于生長石墨烯的金屬氧化劑層，并通過電感耦合等離子體化學氣相沉積（ICP-CVD）方式在500℃或更低的低溫形成石墨烯。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及使用電感耦合等離子體化學氣相沉積法(ICP-CVD)在低溫的石墨烯的生產方法，涉及直接轉移使用相同方法的石墨烯的方法，以及石墨烯片材。
技術介紹
富勒烯、碳納米管、石墨烯、石墨以及類似物是低維的由碳原子組成的納米材料。也就是說，以六邊形排列的碳原子可以形成由球組成的零維的富勒烯，可以形成一維筒狀碳納米管，可以形成二維單層的石墨烯，并可以形成三維堆疊的石墨。特別地，石墨烯具有非常穩定和優良的電氣、機械和化學特性，并且是非常優秀的導電材料，電子在該材料中比在硅中移動快約100倍，且電流比在銅中大約100倍以上。在2004年當發現從石墨分離出石墨烯的方法時通過實驗證實了這一點。此后，在這個問題上已經進行了大量的研究。石墨烯是由純的相對為輕原子的碳原子組成，并且，因此，在一維或兩維的納米圖案中非常容易處理石墨烯。用這種特征，控制半導電性能和導電性能是可能的，并且還能夠制造包括使用各種碳化學鍵的傳感器和存儲器之類的廣泛功能的器件。盡管以上描述的石墨烯的優良的電氣、機械和化學特性，但由于還沒有開發出石墨烯的大規模生產的方法，因此實際上應用技術的研究已受到限制。在常規的大規模生產方法中，石墨被機械研磨和分散在溶液中，通過自組裝現象形成薄膜。雖然石墨烯可以通過常規方法以相對低的成本生產，但由于石墨烯的眾多的石墨烯碎片重疊并相互連接的結構，因此其電氣和機械特性不能滿足期望。由于近來平板顯示器的需求激增，在大約10年內，全球的透明電極市場預計將增長到約20萬億韓元。隨著在韓國顯示器產業的發展，韓國國內的透明電極的需求達到每年數千億韓元。然而，由于缺乏源技術，韓國很大程度上依賴于透明電極進口。作為代表性透明電極的ITO (氧化銦錫)被廣泛應用于顯示器、觸摸屏、太陽能電池、等等。然而，近來，銦的缺乏已導致成本增加，并且，因此，對研發替代物質有了迫切的需要。此外，由于ITO的脆性，這在下一代可折疊的、可彎曲的和可擴展的電子器件中限制了 ITO的應用。相反地，已預期石墨烯有極好的彈性、柔順性、透明性并預期其通過相對簡單的方法生產和圖案化。如果之后可以形成大規模生產技術，則期望石墨烯電極具有進口取代作用，并且對在下一代的柔性電子產業中的整個技術還具有創新的連鎖效應。然而，由于缺乏有效的合成、轉移和摻雜的方法，實際生產石墨烯膜所需的質量和尺寸受到限制。舉例而言，通常用于太陽能電池的傳統的透明電極，如ΙΤ0，顯示出無限的可量測性、約90%的光學透 明性和小于約100歐姆/平方的薄片電阻，而石墨烯膜仍然顯示約500歐姆/平方的薄片電阻、高達約90%的透明性和幾厘米的尺寸的最高記錄。公開公布號為N0.2009-0026568的韓國專利描述了一種在其中將聚合物涂覆在石墨化催化劑上并熱處理以聚合石墨烯的方法，但是，該方法需要在約500°C或更高的高溫進行。因此，對于在低溫下容易生產石墨烯的技術的研發就存在需求。
技術實現思路
專利技術所要解決的問題為了解決上述問題，已發現使用電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)在約500°C或更低的低溫容易生產石墨烯的方法，并且根據該發現已完成本專利技術。因此，本專利技術提供了一種使用ICP-CVD在低溫生產石墨烯的方法，直接轉移使用相同方法的石墨烯的方法，以及石墨烯片材。另外，本專利技術提供了一種使用ICP-CVD的在低溫的石墨烯的生產方法通過卷到卷(roll to roll)工藝實施和直接轉移使用相同方法的石墨烯的方法。然而，本專利技術所要解決的問題，并不限于上述的問題。雖然這里沒有描述，但本領域的技術人員從下面的描述中可以清楚地理解本專利技術所要解決的其他問題。解決問題的方式根據本專利技術的第一方面，提供了石墨烯的生產方法，其包括供給含有碳源的氣體至襯底，并且通過電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)在約500°C或更低的低溫生產石墨烯。根據說明性實施方式，可以使用(但可以不限于)卷到卷工藝實施石墨烯的生產方法。雖然根據說明性實施方式，可以在襯底上進一步形成用于生長石墨烯的金屬催化劑層，但本專利技術并不限定于此。根據本專利技術的第二個方面，提供了一種直接轉移石墨烯的方法，該方法包括在襯底上形成的用于生長石墨烯的金屬催化劑層上生產石墨烯，并去除用于生長石墨烯的金屬催化劑層以直接轉移該生產的石墨烯在該襯底上。根據本專利技術的第三個方面，提供了一種包括襯底和在襯底上生產的石墨烯的石墨烯片材。根據說明性實施方式，可以通過(但可以不限于)根據本專利技術的第一方面所述的方法生產石墨烯。根據說明性實施方式，可以通過(但可以不限于)根據本專利技術的第二方面所述的直接轉移石墨烯的方法形成石墨烯片材。本專利技術的效果根據本專利技術，用ICP-CVD在約500°C或更低的低溫可以容易地在襯底上或制備在襯底上的用于形成生長石墨烯的金屬催化劑層上生產石墨烯片材。另外，由于可以通過卷到卷工藝進行石墨烯片材的生產方法，因此可以通過連續的工藝在低溫容易地生產大面積的石墨烯。在高溫下難以使用的襯底在本專利技術中可以安全地使用。根據本專利技術所述的方法可以適用于具有透明性和/或柔順性的各種襯底上。石墨烯片材可以在低的溫度，特別地，在玻璃襯底或聚合物襯底上容易地生產。另外，在使用聚合物片材襯底或其上根據本專利技術的石墨烯片材的形成方法形成有聚合物片材的襯底的情況中，通過這種方法形成的石墨烯片材可以簡單而直接轉移到 該襯底上，因此，石墨烯膜可以直接轉移到襯底上而無需額外的工藝。根據本專利技術的使用ICP-CVD在低溫生產石墨烯片材的方法，直接轉移使用相同方法的石墨烯的方法，以及石墨烯片材，可以適用于各種電氣/電子器件。附圖說明圖1示出根據本專利技術的一種說明性實施方式用于生產石墨烯的裝置。圖2示出了根據本專利技術的一種說明性實施方式的用于生產石墨烯的方法和用于轉移石墨烯的方法。圖3A和圖3B示出了根據本專利技術的一種說明性實施方式的用于生產石墨烯的方法和用于通過使用卷到卷工藝轉移石墨烯的方法。圖4提供了根據本專利技術的實施例在將石墨烯蝕刻(a)之前和(b)之后在圖案化的鎳薄膜上生長的石墨烯的圖片。圖5提供了根據本專利技術的實施例的用于比較其上形成有石墨烯的PI襯底(左)和其上尚未形成石墨烯片材的PI襯底(右)之間的透明性的圖片。圖6提供了圖片，其示出了根據本專利技術的實施例測量和檢查直接轉移到PI襯底的石墨烯的導電性的方法。圖7是根據本專利技術的實施例的在不同的溫度在Ni膜上生產的石墨烯的拉曼光譜。圖8是曲線圖，其示出了在Ni膜上生產的石墨烯的透明性的變化依賴于在本專利技術的實施例中使用的等離子體功率/時間。圖9是曲線圖，其示出了在Cu膜上生產的石墨烯的透明性的變化依賴于在本專利技術的實施例中使用的等離子體功率/時間。圖10提供了顯示根據本專利技術的實施例的直接轉移到Cu膜并圖案化的石墨烯的圖片。圖11提供了根據本專利技術的實施例的在PI膜上形成的Ni膜的圖片。圖12提供了根據本專利技術的實施例的在Ni膜上生產的石墨烯的、并用高倍率(1000倍)觀察到的光學照片。圖13是根據本專利技術的實施例用于檢查在Ni膜上是否生產有石墨烯的拉曼光譜圖。圖14提供了根據本專利技術的實施例的轉移到硅晶片上的石墨烯片材的圖片(A)和拉曼光譜圖(B)。圖15提供了根據本專利技術的實施例的在鋅襯底上沉積的石墨烯的，并用高倍率(1000倍)觀察到的光學照本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.15 KR 10-2010-00686341.一種石墨烯的生產方法，其包含: 供給含有碳源的氣體至襯底； 通過電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)在約500°C或更低的低溫生產石墨烯。2.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，所述襯底還包括用于生長石墨烯的金屬催化劑層。3.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其包括: 將所述襯底裝載入ICP-CVD室并供給所述碳源以通過所述ICP-CVD在低溫生產石墨烯的步驟， 其中，通過使用裝載鎖室按順序將所述襯底裝載入所述ICP-CVD室。4.如權利要求2所述的石墨烯的生產方法，其包括: 通過將所述襯底裝載入沉積室在所述襯底上形成用于生長石墨烯的所述金屬催化劑層的步驟；以及 將所述襯底裝載入ICP-CVD室并供給所述碳源以通過所述ICP-CVD在低溫生產石墨烯的步驟， 其中，通過使用裝載鎖室按順序將所述襯底裝載入所述沉積室和所述ICP-CVD室。5.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，所述石墨烯是通過卷到卷工藝生產的。6.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，所述襯底具有透明性或柔順性，或透明性和柔順性。7.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，所述襯底包括金屬箔、玻璃襯底或聚合物片材。8.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，所述襯底是含有具有η-電子的聚合化合物的聚合物片材，或包括所述聚合物片材。9.如權利要求2所述的石墨烯的生產方法，其中，用于生長石墨烯的所述金屬催化劑層包括選自由 N1、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Rh、S1、Ta、T1、W、U、V、Zr、Fe、黃銅、青銅、不銹鋼、Ge、和它們的組合物組成的群組中的一種。10.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其進一步包括: 冷卻所生產的所述石墨烯。11.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中所述石墨烯的厚度通過調節所述ICP-CVD的反應時間來控制。12.如權利要求1所述的石墨烯的生產方法，其中，除了所述含有碳源的氣體還供給還原性氣體。13.如權利要求2所述的石墨烯的生產方法，其中，圖案化用于生長石墨烯的所述金屬催化劑層。14.如權利要求2所述的石墨烯的生產方法，其進一步包括: 在生產所述石墨烯之后，通過去除...

【專利技術屬性】
技術研發人員：洪秉熙，安鐘賢，劉址范，裴秀康，鄭明姬，張鎬旭，李榮斌，金想珍，
申請(專利權)人：成均館大學校產學協力團，三星泰科威株式會社，
類型：
國別省市：