[發明專利]石墨烯的制造方法

有效

• 申請號: 201380028581.3
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN104350009B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 北浦秀敏;西木直巳;西川和宏;中谷公明;田中篤志
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 雒運樸

技術領域

本發明涉及能夠應用于透明電極、電池電極、半導體元件的石墨烯(graphene)的制造方法。

背景技術

石墨烯作為石墨結晶以一層存在、顯示出極其特異的物性的物質而引人注目。作為石墨烯的特異物性，具有高電遷移率、高熱傳導性、高強度、高透光性等，具有較多有魅力的物性。該特異的物性作為新的電子裝置、納米技術材料而期待實用性。

作為該石墨烯的現有的制造方法，具有化學的剝離法(專利文獻1)。

另外，在本發明的說明中，將以一層存在的石墨作為單層石墨烯，將以二層～十層存在的石墨作為多層石墨烯，將具有比十層更多的層的石墨作為石墨。在僅記載為石墨烯的情況下，表示單層石墨烯與多層石墨烯混合的狀態。

在化學的剝離法中，首先為了制成氧化石墨，使用高錳酸鉀使石墨粉末在濃硫酸中氧化，然后將反應物浸于硫酸中，添加過氧化氫并使其發生反應，而進行調整。

接下來，對通過氧化而獲得的氧化石墨照射超聲波，并在層方向上對氧化石墨進行剝離。

然后，將使剝離出的氧化石墨分散于純水中的氧化石墨溶液裝入離心分離機，并取出上面的澄清部分。該上面的澄清部分中含有單層的氧化石墨烯和多層的氧化石墨烯。

圖11示出由專利文獻1所記載的現有的制造方法獲得的多層氧化石墨烯的SPM圖像(基于掃描探針顯微鏡的照片圖像)。所獲得的氧化石墨烯1001的分析位置21、分析位置22、分析位置23的厚度為約0.8nm，且含有2～3層的多層氧化石墨烯。所獲得的氧化石墨烯1001在還原氣氛或真空氣氛下，以200℃～1500℃的溫度進行1小時～48小時的還原處理，由此成為多層石墨烯。

圖12是表示隨機分析100片由專利文獻1所記載的現有的制造方法獲得的多層的氧化石墨烯時的厚度與頻率的圖。

由專利文獻1的制法獲得的1nm以下的多層的氧化石墨烯為50％左右。其中，認為也含有一部分單層的氧化石墨烯。但是，難以分離出單層、雙層、三層的石墨烯，即便還原，也無法獲得目的層數的石墨烯。

然而，在現有的化學的剝離法中，在使石墨粉末氧化并利用超聲波進行剝離之后，使用離心分離機來進行氧化石墨烯的分離，但存在如下所述的問題：混入有各種層數的氧化石墨烯，無法僅分離單層的氧化石墨烯。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-98843號公報

發明內容

為了解決上述課題，本發明的石墨烯的制造方法中，進行石墨烯的制造，其特征在于，通過對分散體施加磁場而從分散體分離出單層石墨烯，該石墨烯分散體浮游有單層石墨烯、多層石墨烯和石墨粒子。

根據本發明，能夠從混合有各種層數的石墨烯的狀態分離出單層或者目的層數的石墨烯。

附圖說明

圖1是實施方式中的石墨烯的制造方法的流程圖。

圖2是實施方式中的石墨的粉碎系統的示意圖。

圖3是實施方式中的石墨烯的制造方法的層數混合的石墨烯的SPM圖像的圖。

圖4是使實施方式中的石墨烯的制造方法的石墨粉末分散于乙醇中的分散體的示意立體圖。

圖5A是表示將包含實施方式中的石墨烯的制造方法的分散體的容器配置在磁鐵上的狀態的立體圖。

圖5B是圖5A的剖面示意圖。

圖6是用于說明原理的示意圖。

圖7是實施方式中的在石墨烯的制造方法工序中的硅晶圓上的單層石墨烯的SPM圖像的圖。

圖8A是表示進行在沿著圖7的線1的方向上的高度分析的數據的圖。

圖8B是表示進行在沿著圖7的線2的方向上的高度分析的數據的圖。

圖9是表示實施方式中的石墨烯的制造方法中隨機分析100處的從距分散體的液面1cm下部的分散體提取出的單層石墨烯以及多層石墨烯時的石墨烯的厚度與分布率的圖。

圖10是表示實施方式中的石墨烯的制造方法中隨機分析100處的從距分散體的液面1.5cm下部的分散體提取出的單層石墨烯以及多層石墨烯時的石墨烯的厚度與分布率的圖。

圖11是專利文獻1所記載的現有的多層氧化石墨烯的SPM圖像圖。

圖12是表示隨機分析100處的由專利文獻1所記載的現有的制造方法獲得的多層氧化石墨烯時的厚度與分布率的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。

(石墨)

石墨是碳原子呈六邊形的龜殼狀且以格子的方式在平面排列，且具有將這些層層疊起來的層狀構造的物質。