CN109072466B - 用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，更具体地涉及这样一种用于石墨烯的电解铜箔和用于生产用于石墨烯的该电解铜箔的方法，由于在生产用于石墨烯的电解铜箔期间添加镍而促进石墨烯合成。根据本发明，通过在石墨烯合成期间将用作种的镍添加到电解铜箔而降低石墨烯合成后的电导率，石墨烯均匀地形成在铜箔的表面上。此外，根据本发明，通过提供在其上合成石墨烯之后具有300欧姆/平方或更小的低电阻值的电解铜箔，石墨烯可容易地形成在电解铜箔上。

Description

用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法
技术领域
本公开涉及一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法。更具体地，本公开涉及这样一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，其中，在制造用于石墨烯的电解铜箔中，镍的添加可促进石墨烯的合成。
背景技术
石墨烯(graphene)是通过将用作铅笔芯的石墨(graphite)和表示具有碳双键的分子的后缀“-ene”结合而形成的术语。石墨具有六边形蜂窝状的碳层堆叠在其中的结构。石墨烯可被认为是从石墨移除的最薄的一层。石墨烯(碳的同位素)是由碳原子构成的纳米材料，诸如碳纳米管和富勒烯(Fullerene)。石墨烯具有二维平面形状。石墨烯的厚度为0.2nm(1nm是一米的十亿分之一)，这是极薄的。也就是说，石墨烯的厚度极薄，即，约为一米的十亿分之二。此外，石墨烯的物理和化学稳定性高。
此外，石墨烯具有比铜大100倍以上的电性能。石墨烯使电子运动的速度可比主要用作半导体的单晶硅快100倍以上。石墨烯的强度比钢大200倍。石墨烯的热导率比具有最高热导率的金刚石的热导率高两倍。此外，石墨烯的弹性优秀，使得即使在它被拉伸或弯曲时也不会失去它的电学特性。
由于这些特性，石墨烯被视作超越作为下一代新材料而受到关注的碳纳米管的材料，并且石墨烯被称作梦想纳米材料。石墨烯和碳纳米管具有非常相似的化学特性。在这些材料中，可通过后处理将金属特性和半导体特性彼此分开。然而，因为石墨烯具有比碳纳米管更均匀的金属性，所以石墨烯更有可能在工业上应用。此外，石墨烯作为在电子信息工业中定位于未来的新材料而受到关注，石墨烯可允许生产可弯曲的显示器、电子纸和可穿戴计算机。
在2004年，曼彻斯特大学的海姆(Geim)和诺沃肖洛夫(Novoselov)团队首次成功地利用透明胶带从石墨分离出原子层。结果，发现了石墨烯。他们被授予了2010年诺贝尔物理学奖。在2010年，开发出了转移30英寸的大面积石墨烯的卷到卷(roll-to-roll)技术。在2013年，已经公开了超越理想水平的特定的卷到卷石墨烯合成技术。此后，石墨烯的开发继续被商业化。
然而，为了在工业上利用石墨烯，均匀地实现单层石墨烯薄膜是重要的。通过利用胶带剥离石墨烯的方法获得的石墨烯片的层数不是恒定的。在这种情况下，不易获得大面积石墨烯片。该方法具有不适用于大规模生产的问题。
此外，在现有技术中，存在铜箔上的多层石墨烯以岛状分布且生长不均匀以及无定形碳与石墨烯共存的问题。因此，难以获得干净的单层石墨烯，因此导电性劣化。
发明内容
技术目的
本公开提供一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，其中，在电解铜箔上合成石墨烯中，添加用作种(seed)的镍可允许降低石墨烯合成后的电导率。
此外，本公开提供一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，其中，生产这样一种电解铜箔，在该电解铜箔上合成石墨烯之后该电解铜箔具有小于300欧姆/平方(ohm/square)的电阻值，由此促进电解铜箔上石墨烯的形成。
技术方案
在本公开的一个实施例中，提供一种用于石墨烯的电解铜箔，其中，电解铜箔在室温下具有45kgf/mm2至70kgf/mm2的拉伸强度，其中，热处理后的电解铜箔在室温下具有20kgf/mm2至35kgf/mm2的拉伸强度。
此外，热处理可以是在180摄氏度至220摄氏度的温度下执行持续50分钟至80分钟。
此外，电解铜箔的厚度可以为4μm至70μm。
此外，在用于石墨烯的电解铜箔上合成石墨烯之后，铜箔的电阻可以为300欧姆/平方(Ω/square)或更小。
在本公开的另一实施例中，提供一种用于生产用于石墨烯的电解铜箔的方法，其中，在铜电解液中的镍浓度保持在1000ppm或更低且铜电解液中的氯浓度保持在1ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。
此外，在铜电解液中的总有机碳(TOC)浓度可保持在3ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。
此外，当镀覆铜箔时，电解液的温度为30摄氏度至70摄氏度并且电流密度可以为30ASD至140ASD。
此外，当镀覆铜箔时，电解液中的铜浓度可以为60g/L至140g/L，并且电解液中的硫酸浓度可以为70g/L至200g/L。
技术效果
根据本公开，在电解铜箔上合成石墨烯中添加用作种(seed)的镍减小石墨烯合成后的电导率。因此，石墨烯均匀地形成在铜箔的表面上。
此外，本公开可提供用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，其中，生产这样一种电解铜箔，在该电解铜箔上合成石墨烯之后电解铜箔具有小于300欧姆/平方的电阻值，由此促进石墨烯形成在电解铜箔上。
具体实施方式
在具体的描述和附图中包括其他实施例的细节。
参照下面参照附图详细描述的实施例，本公开的优点和特征以及如何实现它们将会变得明显。然而，本公开不限于下面所公开的实施例，本公开可以以各种其他形式实施。在以下描述中，当某个部分连接到另一部分时，这不仅包括它们直接连接的情况，也包括它们通过它们之间的另一媒介连接的情况。此外，附图中的不涉及本公开的部分已被省略以使本公开的描述清楚。在整个说明书，相同的部分以相同的标号表示。
在下文中，将详细地描述本公开。
本公开涉及一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法。更具体地，本公开涉及这样一种用于石墨烯的电解铜箔以及用于生产该电解铜箔的方法，其中，在制造用于石墨烯的电解铜箔中，镍的添加可促进石墨烯的合成。
根据本公开，电解铜箔在室温下具有45kgf/mm2至70kgf/mm2的拉伸强度。热处理后的电解铜箔在室温下具有20kgf/mm2至35kgf/mm2的拉伸强度。
在制造用于石墨烯的电解铜箔的工艺期间，石墨烯在电解铜箔上合成。在该合成过程中，电解铜箔的温度将升高到1000摄氏度。在这样的高温下，铜箔表面的晶粒必须生长到特定尺寸，使得石墨烯易于合成。当晶粒生长到特定尺寸时，拉伸强度降低到特定范围。在本公开中，测量和限定易于石墨烯合成时的电解铜箔在室温下的拉伸强度的范围以及易于石墨烯合成时的电解铜箔在热处理后的在室温下测量的拉伸强度的范围。这些范围可以是如上所述的。作为参考，电解铜箔的热处理优选地是在180摄氏度至220摄氏度的温度下执行持续50分钟至80分钟。
此外，在一个实施例中，电解铜箔的厚度可以是4μm至70μm。当电解铜箔的厚度小于4μm时，电解铜箔易于破裂，因此在后续工艺中的使用性能降低，这是不期望的。此外，当电解铜箔的厚度超过70μm时，在电解铜箔上合成石墨烯之后，当通过蚀刻移除铜箔时，通过蚀刻的移除可能较差。
此外，在用于石墨烯的电解铜箔上合成石墨烯之后铜箔的电阻可以是300欧姆/平方或更小。否则，当在用于石墨烯的电解铜箔上合成石墨烯之后铜箔的电阻超过300欧姆/平方时，存在石墨烯不能恰当地合成在电解铜箔上的问题。
此外，在本公开的一个实施例中的用于生产用于石墨烯的电解铜箔的方法中，可在铜电解液中的镍浓度保持在1000ppm或更低且铜电解液中的氯浓度保持在1ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。在石墨烯生长时镍用作种(seed)。镍掺杂在电解铜箔的表面上。这有助于石墨烯均匀地形成在电解铜箔的表面上。
此外，在一个实施例中，可在铜电解液中的总有机碳(TOC)浓度保持在3ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。在本说明书中，TOC表示总有机碳(TotalOrganic Carbon)。TOC是液体中含有的有机成分中的碳的量的术语。当TOC浓度高于3ppm时，铜箔中存在大量杂质，这极大地影响再结晶。因此，优选地，用于电解铜箔的镀槽中的TOC值具有3ppm或更小的值。
此外，当镀覆铜箔时，电解液的温度可以是30摄氏度至70摄氏度并且电流密度是30ASD至140ASD。当镀覆铜箔时，电解液中的铜浓度可以是60g/L至140g/L，并且电解液中的硫酸浓度可以是70g/L至200g/L。
以下是对本公开的示例的详细描述。
(实验示例1)基于根据本公开的用于石墨烯的电解铜箔的室温拉伸强度和电解铜箔在其热处理之后的室温拉伸强度的石墨烯合成之后的电阻测试。
在本公开的实验示例1中，基于根据本公开的用于石墨烯的电解铜箔的室温拉伸强度和根据本公开的用于石墨烯的电解铜箔在其热处理之后的室温拉伸强度执行石墨烯合成之后的电阻测试，以测量基于该拉伸强度是否易于执行石墨烯合成。下面的表1示出了基于电解铜箔的厚度、电解液中的TOC浓度、电解液中的镍浓度、室温下的拉伸强度以及热处理后在室温下的拉伸强度的石墨烯合成后的电阻值的变化。
在下面的表1中的本示例1至本示例8中，电解铜箔在室温下具有45kgf/mm2至70kgf/mm2的拉伸强度，并且热处理后的电解铜箔在室温下具有20kgf/mm2至35kgf/mm2的拉伸强度。电解铜箔的厚度为4μm至70μm。在铜电解液中的镍浓度保持在1000ppm或更低且铜电解液中的氯浓度保持在1ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。在铜电解液中的总有机碳(TOC)浓度保持在3ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。此外，在下面的表1中的对比示例1至对比示例5中，室温拉伸强度和电解液中的TOC浓度在本公开的示例中规定的范围之外。对比示例示出了在此背景下石墨烯合成后的电阻值的测量。
参照下面的表1，在本公开的本示例1中，TOC浓度为1ppm，在室温下的拉伸强度和热处理后在室温下的拉伸强度分别是51kgf/mm2和25kgf/mm2。在这种情况下，在石墨烯合成后的电阻值为180欧姆/平方。此外，在本示例3和本示例7的案例中，TOC浓度分别为1ppm和2ppm。在本示例7中，在室温下的拉伸强度和热处理后在室温下的拉伸强度分别是57kgf/mm2和26kgf/mm2。在本示例3中，在室温下的拉伸强度和热处理后在室温下的拉伸强度分别是62kgf/mm2和28kgf/mm2。在本示例3和本示例7中，在石墨烯合成后的电阻值分别为250欧姆/平方和280欧姆/平方。可见，两者都具有小于300欧姆/平方的电阻值。当石墨烯合成后的电阻值小于300欧姆/平方时，这意味着石墨烯易于在电解铜箔上合成。
另一方面，当我们参照下面的表1中的对比示例1时，TOC浓度为100ppm，在室温下的拉伸强度和热处理后在室温下的拉伸强度分别是35kgf/mm2和30kgf/mm2。在这种情况下，在石墨烯合成后的电阻值为400欧姆/平方。此外，在对比示例5的情况下，TOC浓度为1000ppm时，在室温下的拉伸强度和热处理后在室温下的拉伸强度分别是40kgf/mm2和35kgf/mm2。在这种情况下，未观察到石墨烯合成。
在对比示例1和对比示例5的情况下，TOC浓度超过3ppm。因此，铜箔中存在许多杂质。这对再结晶等具有极大影响，使得电解铜箔的表面粗糙度受到负面影响。结果，不能恰当地执行石墨烯合成。关于电解铜箔在室温下的拉伸强度，对比示例1和对比示例5的拉伸强度在本示例的拉伸强度范围之外。结果，不能恰当地执行石墨烯合成。另外，即使在发生合成时，也存在石墨烯由于高电阻值而不易于形成在电解铜箔上的问题。
因此，可优选的是，当生产用于石墨烯的电解铜箔时，将铜电解液的TOC浓度保持在3ppm以下，并且电解铜箔在室温下具有45kgf/mm2至70kgf/mm2的拉伸强度，其中，在热处理之后电解铜箔在室温下具有20kgf/mm2至35kgf/mm2的拉伸强度。
【表1】
Figure BDA0001842907360000061
本公开所属领域的普通技术人员可以理解的是，在不脱离本公开的精神或本质特征的情况下，本公开可以以其他特定形式实现。因此，应理解的是，以上所描述的实施例在所有方面都是说明性的而非限制性的。
本公开的范围由所阐述的权利要求书限定，而不是由以上具体实施方式限定。落在权利要求书的含义和范围内的所有变化或变型及其等同物应被解释为包括在本公开的范围内。

Claims (7)

1.一种用于合成石墨烯的电解铜箔，其中，电解铜箔在室温下具有45kgf/mm2至70kgf/mm2的拉伸强度，其中，热处理后的电解铜箔在室温下具有20kgf/mm2至35kgf/mm2的拉伸强度，
其中，电解铜箔具有镍，在电解铜箔上合成石墨烯中用作种的镍减小石墨烯合成后的电导率，并且石墨烯均匀地形成在铜箔的表面上，
其中，在用于合成石墨烯的电解铜箔上合成石墨烯之后，所述铜箔的电阻为300欧姆/平方或更小。
2.如权利要求1所述的用于合成石墨烯的电解铜箔，其中，所述热处理是在180摄氏度至220摄氏度的温度下执行持续50分钟至80分钟。
3.如权利要求1所述的用于合成石墨烯的电解铜箔，其中，电解铜箔的厚度为4μm至70μm。
4.一种用于生产用于合成石墨烯的电解铜箔的方法，其中，在铜电解液中的镍浓度保持在1000ppm或更低且铜电解液中的氯浓度保持在1ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆，
其中，在电解铜箔上合成石墨烯中用作种的镍减小石墨烯合成后的电导率，并且石墨烯均匀地形成在铜箔的表面上，
其中，在用于合成石墨烯的电解铜箔上合成石墨烯之后，所述铜箔的电阻为300欧姆/平方或更小。
5.如权利要求4所述的用于生产用于合成石墨烯的电解铜箔的方法，其中，
在铜电解液中的总有机碳(TOC)浓度保持在3ppm或更低的条件下，在铜电解液中执行铜箔的镀覆。
6.如权利要求4所述的用于生产用于合成石墨烯的电解铜箔的方法，其中，当镀覆铜箔时，电解液的温度为30摄氏度至70摄氏度并且电流密度为30ASD至140ASD。
7.如权利要求5所述的用于生产用于合成石墨烯的电解铜箔的方法，其中，当镀覆铜箔时，电解液中的铜浓度为60g/L至140g/L，并且电解液中的硫酸浓度为70g/L至200g/L。
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