石墨烯的晶界探測(cè)方法及利用該方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨稀的晶界(grain boundary)探測(cè)方法及利用該方法的裝置。
[0002]本發(fā)明為韓國(guó)研究開發(fā)事業(yè)的一個(gè)環(huán)節(jié)，其課題固有序號(hào)為“10033309”，研究事業(yè)名稱為“工業(yè)源泉技術(shù)開發(fā)事業(yè)”，主管機(jī)構(gòu)為“韓國(guó)機(jī)械研究院”，研究課題名稱為“柔性納米薄膜用大面積轉(zhuǎn)移及連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)課題”。
【背景技術(shù)】
[0003]在顯示裝置及太陽能電池等多樣的電子裝置領(lǐng)域內(nèi)，新材料的開發(fā)進(jìn)行得如火如荼。特別是針對(duì)可以代替主要用于電子裝置的透明電極的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)的新材料的研究較為熱門。其中，關(guān)于包含碳元素的材料，如碳納米管、金剛石、石墨、石墨稀(graphene)等的研究較為集中。
[0004]特別是，石墨烯在導(dǎo)電性和透明度方面都很優(yōu)秀，所以提出了多種用于制造石墨烯的方法。石墨烯的制造方法大致可分為機(jī)械方法和化學(xué)方法。機(jī)械方法中有利用透明膠帶而從石墨試料中剝離石墨烯的方法。所述方法雖然具有不破壞石墨烯表面的優(yōu)點(diǎn)，但是不適于石墨稀的大面積化。化學(xué)方法中代表性的方法為化學(xué)氣相沉積法(Chemical vapordeposit1n，CVD)?；瘜W(xué)氣相沉積法是一種如下的方法:向布置有催化劑金屬的容器內(nèi)投入氣態(tài)的碳元素供應(yīng)源，并在加熱所述容器之后再進(jìn)行冷卻，從而使石墨烯片生長(zhǎng)于所述催化劑金屬表面上。
[0005]對(duì)于利用化學(xué)氣相沉積法制造的石墨烯而言，包含有在初始生長(zhǎng)階段中因多個(gè)孤元連接而形成的晶界。這種石墨烯的晶界調(diào)整移動(dòng)物性，從而與元件性能發(fā)生關(guān)聯(lián)。但是，石墨稀的晶界可以利用透射式電子顯微鏡(transmiss1n electron microscope，TEM)、掃描隧穿顯微鏡(scanning tunneling microscope, STM)而獲取，卻不容易探測(cè)到石墨稀的晶界。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]在本發(fā)明的實(shí)施例的目的在于提供一種石墨烯的晶界探測(cè)方法及利用該方法的
目.ο
[0008]技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種石墨烯的晶界探測(cè)方法，包括如下步驟:使催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)，從而氧化所述催化劑金屬。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種石墨烯的晶界探測(cè)裝置，包括:反應(yīng)部，用于使催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)，從而氧化所述催化劑金屬。
[0011]有益效果
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在大面積的石墨烯中，可以利用光學(xué)顯微鏡而容易地探測(cè)到石墨烯的晶界。
【附圖說明】
[0013]圖1為概略地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯的晶界探測(cè)方法的圖。
[0014]圖2為利用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的石墨烯的晶界探測(cè)方法而處理的石墨烯的光學(xué)顯微鏡照片。
[0015]圖3為根據(jù)本發(fā)明的比較例的石墨烯的光學(xué)顯微鏡照片。
[0016]圖4為概略地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯的晶界探測(cè)裝置的圖。
[0017]最優(yōu)實(shí)施形態(tài)
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種石墨烯的晶界探測(cè)方法，包括如下步驟:使催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)，從而氧化所述催化劑金屬。
[0019]所述氧化液可以是5至10wt %的過氧化氫。
[0020]針對(duì)每Im2的所述催化劑金屬及石墨烯的層疊體，可以使用0.001至IL的氧化液。
[0021]所述催化劑金屬可以是從銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、銠(Rh)、硅(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈾(U)、釩(V)、鈀(Pd)、釔(Y)、鋯(Zr)、鍺(Ge)及它們的合金中選擇的一種以上的物質(zhì)。
[0022]氧化所述催化劑金屬的步驟可以進(jìn)行I秒至10分鐘。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種石墨烯的晶界探測(cè)裝置，包括:反應(yīng)部，用于使催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)，從而氧化所述催化劑金屬。
[0024]所述石墨烯的晶界探測(cè)裝置還可以包括:探測(cè)部，利用光學(xué)顯微鏡而探測(cè)石墨烯的晶界。
[0025]其中，所述反應(yīng)部與所述探測(cè)部可以依次連接。
[0026]所述反應(yīng)部還可以包括:多個(gè)輥?zhàn)?，用于移送所述催化劑金屬及石墨烯的層疊體。
[0027]所述石墨烯的晶界探測(cè)裝置還可以包括:判斷部，連接于所述探測(cè)部。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明可以有多種變換和多種實(shí)施例，并且把特定的實(shí)施例用附圖示出并進(jìn)行詳細(xì)的說明。但是，實(shí)施例不把本發(fā)明限定于特定的實(shí)施形態(tài)下，并且應(yīng)該包括屬于本發(fā)明的思想及技術(shù)范圍的所有變換、等同物乃至代替物。在說明本發(fā)明的時(shí)候，如果認(rèn)為對(duì)相關(guān)的公知技術(shù)的具體說明會(huì)使本發(fā)明的宗旨變得混亂，則省略對(duì)它的詳細(xì)說明。
[0029]本說明書中使用的第一、第二等術(shù)語用于說明多種構(gòu)成要素，但是構(gòu)成要素并不被這些術(shù)語限定。術(shù)語只是用來區(qū)分一個(gè)構(gòu)成要素與另一個(gè)構(gòu)成要素。
[0030]在本說明書中，當(dāng)述及層、膜、區(qū)域、板等部分位于其他部分“上方”或“上面”時(shí)，不僅包括緊貼于其他部分而位于“上方/上面”的情形，還包括中間夾設(shè)有其他部分的情形。
[0031]以下，參考附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，并且在參考附圖進(jìn)行說明時(shí)，對(duì)實(shí)質(zhì)上相同或?qū)?yīng)的構(gòu)成要素賦予相同的附圖符號(hào)，并省略對(duì)此的重復(fù)的說明。在附圖中，為了明確表示多個(gè)層及區(qū)域，把厚度放大而示出。并且，在附圖中，為了說明的便利，夸張地示出了部分層及區(qū)域的厚度。
[0032]以下，詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯的晶界探測(cè)方法及利用該方法的系統(tǒng)。
[0033]本說明書中，“石墨烯(graphene) ”表示多個(gè)碳原子通過共價(jià)鍵連結(jié)而形成為2維膜形態(tài)(通常為SP2鍵合)的材料。組成石墨烯的碳原子形成的基本重復(fù)單元為六元環(huán)，但是，主要沿著在石墨烯層形成的晶界還可以包括五元環(huán)和/或七元環(huán)。并且，還可以包括原子單位的結(jié)合結(jié)構(gòu)空余或間斷的空位(vacancy)形態(tài)的缺陷。石墨稀可以形成為單層，但是它們可以通過層疊多個(gè)層而形成多層，并且最高可以達(dá)到10nm的厚度。
[0034]本說明書中，“石墨烯的晶界”表示如下的晶界:石墨烯在催化劑金屬上從多個(gè)生長(zhǎng)核(growth nucli)分別生長(zhǎng)成單晶形態(tài)而形成由多個(gè)晶體構(gòu)成的連續(xù)層時(shí)，所述單晶相遇而形成化學(xué)鍵或者簡(jiǎn)單地以物理方式接觸或鄰接的邊界。
[0035]本說明書中，“層疊體”指的是包括石墨烯的多個(gè)層，根據(jù)基于本發(fā)明的實(shí)施例的石墨烯制造方法的各個(gè)步驟，意味著除了石墨烯以外還包括催化劑金屬及氧化的催化劑金屬中的一種以上的材料的狀態(tài)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一方面，石墨烯的晶界探測(cè)方法包括通過使催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)而氧化所述催化劑金屬的步驟。
[0037]通常，對(duì)于石墨烯的晶界而言，因其邊界寬度的量級(jí)為納米，所以無法通過光學(xué)顯微鏡看到。本發(fā)明的石墨烯的晶界探測(cè)方法通過氧化催化劑金屬層，可以利用光學(xué)顯微鏡探測(cè)所述石墨烯的晶界。催化劑金屬可以被氧化劑氧化，具體地說，可被過氧化氫中存在的氧自由基(0.)和/或羥自由基(0H.)氧化，并且催化劑金屬被氧化后擁有比被氧化前更大的體積，所以可以用光學(xué)顯微鏡看到被氧化的所述催化劑金屬的晶界。
[0038]所述氧自由基和/或羥自由基擴(kuò)散到包含于石墨烯的七元環(huán)部分。如此擴(kuò)散的氧自由基和/或羥自由基到達(dá)催化劑金屬的表面中與石墨烯相接的表面。擴(kuò)散的氧自由基和/或羥自由基按照石墨烯晶粒的形狀而氧化催化劑金屬，從而可以用光學(xué)顯微鏡間接看到石墨烯的晶界。過氧化氫本身可以直接通過因由五元環(huán)和七元環(huán)等構(gòu)成的化學(xué)鍵的存在而不夠致密的石墨烯晶粒及公共缺陷，在這種情況下，自由基的生成被催化劑金屬進(jìn)一步激活，從而加速氧化反應(yīng)。
[0039]并且，即使令催化劑金屬及石墨烯的層疊體與氧化液進(jìn)行反應(yīng)，氧化液對(duì)石墨烯的損傷較少，且可以選擇性地只氧化催化劑金屬，因此石墨烯層的表面電阻值的提高并不顯著。因此，利用本發(fā)明的石墨烯的晶粒探測(cè)方法處理的石墨烯具有30至1000Ω/ 口以下的表面電阻值，例如具有100至500Ω/ 口的表面電阻值。
[0040]并且，由于采用與氧化液進(jìn)行反應(yīng)的方法，具體而言采用與過氧化氫進(jìn)行反應(yīng)的方法，因此工藝簡(jiǎn)單，從而可以容易地應(yīng)用于大面積的石墨烯。不僅如此，所述探測(cè)方法利用價(jià)格較低的氧化液，具體而言采用過氧化氫，所以較為經(jīng)濟(jì)。
[0041]所述氧化液可以是5至10wt %的過氧化氫。例如，所述氧化液可以是5至40wt%的過氧化氫。只要處于上述范圍內(nèi)，則可以在不損傷石墨烯的前提下提供足以氧化催化劑金屬的充足的氧自由基和/或羥自由基。
[0042]所述氧化液可以包括作為溶劑的水，但是不限于此。所述氧化液還可以包括與水相溶的其他溶劑。
[0043]所述氧化液還可以包括添加劑，但是不限于此。例如，可以包括分散劑、保鮮劑、穩(wěn)定劑及它們的組合。以所述氧化液的總重量為基準(zhǔn)，所述添加劑的含量可以在I至15wt%范圍內(nèi)。
[0044]氧化所述催化劑金屬的步驟可以使用任何能夠氧化催化劑金屬的方法。例如，既可以把所述催化劑金屬及石墨烯的層疊體浸泡在氧化液里，也可以在所述催化劑金屬及石墨烯的層疊體上涂覆或者噴灑氧化液。
[0045]對(duì)每Im2的所述催化劑金屬及石墨稀的層疊體可以使用0.001至IL的氧化液，但是不限于此。例如，