ES2639493T3 - Lámina de cobre para producción de grafeno y procedimiento de producción de la misma, y procedimiento de producción de grafeno - Google Patents

Lámina de cobre para producción de grafeno y procedimiento de producción de la misma, y procedimiento de producción de grafeno Download PDF

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ES2639493T3 ES12845162.2T ES12845162T ES2639493T3 ES 2639493 T3 ES2639493 T3 ES 2639493T3 ES 12845162 T ES12845162 T ES 12845162T ES 2639493 T3 ES2639493 T3 ES 2639493T3
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Abstract

Una lámina de cobre para producir grafeno que consiste en cobre refinado con contenido de oxígeno de acuerdo con JIS-H3100, o que consiste en cobre libre de oxígeno de acuerdo con JIS-H3100, o que contiene entre el 0,001 % en masa y el 0,15 % en masa de uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Sn y Ag en el cobre refinado con contenido en oxígeno o el cobre libre de oxígeno, que tiene un espesor de entre 18 y 50 μm, caracterizada por tener un brillo de 60 grados en una dirección de laminación y un brillo de 60 grados en una dirección transversal a la dirección de laminación del 200 % o más a menos del 500 %, y por tener una proporción (Ra1/Ra2) entre una rugosidad media aritmética Ra1 en la dirección de laminación y una rugosidad media aritmética Ra2 en la dirección transversal a la dirección de laminación de 0,7 <>= (Ra1/Ra2) <>= 1,3.

Description

DESCRIPCION
Lamina de cobre para produccion de grafeno y procedimiento de produccion de la misma, y procedimiento de produccion de grafeno
TCampo de la invencionl
5 La presente invencion se refiere a una lamina de cobre para producir grafeno, un procedimiento de produccion para ello y un procedimiento para producir grafeno.
TDescripcion de la tecnica relacionadal
El grafito tiene una estructura en capas en la que multiples capas de anillos de carbono de seis miembros dispuestos de forma plana estan laminados. El grafito que tiene una capa monoatomica o alrededor de varias capas atomicas 10 se denomina grafeno o lamina de grafeno. La lamina de grafeno tiene propiedades electricas, opticas y mecanicas propias y, espedficamente, tiene una alta velocidad de movilidad del portador. Por lo tanto, se espera que la lamina de grafeno se aplique en diversas industrias como un separador de celulas de combustible, un electrodo transparente, una pelfcula conductora fina para un dispositivo de visualizacion, una lampara fluorescente "libre de mercurio", un material compuesto, un portador para sistema de suministro de medicamento (DDS, por sus siglas en 15 ingles), etc.
Como procedimiento para producir la lamina de grafeno, se conoce que el grafito se exfolia con una cinta adhesiva. Sin embargo, existen problemas porque la cantidad de capas de la lamina de grafeno obtenida no es uniforme, es diffcil proporcionar una lamina de grafeno de area amplia y no es adecuada para la produccion en masa.
Se ha desarrollado una tecnologfa donde un catalizador de metal grafitizado monocristalino similar a una lamina se 20 pone en contacto con una sustancia carbonosa y luego se trata termicamente para expandir la lamina de grafeno (procedimiento de deposicion qrnmica de vapor (CVD, por sus siglas en ingles)) (referencias de patentes 1). Como el catalizador de metal grafitizado monocristalino, se describe un sustrato de metal hecho de Ni, Cu o W, por ejemplo.
De modo similar, se ha descrito una tecnologfa donde se forma una pelfcula de grafeno a traves del procedimiento de deposicion qrnmica de vapor en una capa de cobre formada en una lamina de metal Ni o Cu o un sustrato de Si. 25 La pelfcula de grafeno se forma a aproximadamente 1000 °C (referencias distintas de las de patentes 1).
Ademas, se ha descrito una tecnologfa donde una pelfcula de grafeno se forma en una lamina de cobre electropulida (referencias distintas de las de patentes 2).
[Referencias de la tecnica anterior]
[Referencias de patentes]
30 [Referencias de patentes 1] Publicacion de patente japonesa sin examinar (Kokai) 2009-143799 [Referencias distintas de las de patentes]
[Referencias distintas de las de patentes 1] SCIENCE Vol. 324 (2009) P1312-1314 TResumen de la invencionl [Problemas a resolver por la invencion]
35 Sin embargo, no es facil y resulta muy costoso producir el sustrato de metal monocristalino, es diffcil proporcionar un sustrato de area amplia y, por ende, es diffcil proporcionar una lamina de grafeno de area amplia, tal como se describe en el documento de patente 1. Por otra parte, el documento distinto de patente 1 describe que se utiliza Cu como sustrato. El grafeno no se expande en una lamina de cobre en una direccion plana en poco tiempo. Se recuece una capa de Cu formada en un sustrato de Si para proporcionar granos gruesos, proporcionando asf un 40 sustrato. En este caso, el tamano del grafeno se limita al tamano del sustrato de Si y sus costos de produccion tambien son altos.
Se ha descubierto que cuando se utilizaba la lamina de cobre como sustrato para producir grafeno, el rendimiento de produccion del grafeno no se podfa aumentar si la superficie de lamina de cobre no era extremadamente lisa. Esto se debe a que cuanto mas lisa es la superficie de la lamina de cobre, menos irregularidades inhiben la expansion del 45 grafeno, formando sf una pelfcula de grafeno uniformemente en la superficie de la lamina de cobre. De esta forma, se puede producir una lamina de cobre con una superficie lisa a traves del uso de cobre de alta pureza (con una pureza de mas del 99,999 %). Sin embargo, la lamina de cobre se produce a costos elevados y tiene un tamano limitado. Como alternativa, cuando la superficie de la lamina de cobre se alisa a traves de laminacion, etc., es necesario definir estrictamente las condiciones de produccion que incluyen una relacion de reduccion de laminacion, 50 lo cual tambien conduce a costos elevados.
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De acuerdo con la tecnologfa descrita en las referencias distintas de las de patentes 2, una lamina de cobre es electropulida utilizando una solucion electrolftica que contiene acido fosforico entre 1,0 y 2,0 V durante 0,5 horas (vease pag. 1442). En las referencias distintas a las de patentes 2, no hay ninguna descripcion sobre el area de la muestra de lamina de cobre utilizada, pero la muestra de lamina de cobre se coloca dentro de un tubo de cuarzo que tiene un tamano de 1 pulgada (igual a aproximadamente 2,5 cm) para formar una pelfcula de grafeno mediante CVD (vease pag.1442). Los presentes inventores comprobaron la prueba dos veces asumiendo que el area de la muestra de lamina de cobre era de 1 cm2. Como resultado, habfa una pequena cantidad de electropulido y el rendimiento de produccion del grafeno no era alto.
Por consiguiente, un objeto de la presente invencion es proporcionar una lamina de cobre para producir grafeno que sea capaz de producir grafeno con una gran area a bajos costos, un procedimiento de produccion para ello y un procedimiento para producir grafeno.
[Medios para resolver los problemas]
La presente invencion proporciona una lamina de cobre para producir grafeno con una proporcion (Ra-|/Ra2) entre una rugosidad media aritmetica Ra1 en una direccion de laminacion y una rugosidad media aritmetica Ra2 en una direccion transversal a la direccion de laminacion de 0,7 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,3.
Preferentemente, la proporcion (Ra-|/Ra2) es de 0,8 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,2 despues del calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en una atmosfera con el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio.
Preferentemente, la lamina de cobre para producir grafeno de la presente invencion consiste en cobre refinado con contenido de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100, o consiste en cobre libre de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100, o contiene entre el 0,001 % en masa y el 0,15% en masa de uno o mas elementos seleccionados del grupo que consiste en Sn y Ag en el cobre refinado con contenido de oxfgeno o el cobre libre de oxfgeno.
Preferentemente, el brillo de 60 grados en la direccion de laminacion y el brillo de 60 grados en la direccion transversal a la direccion de laminacion son del 200 % o mas.
La presente invencion proporciona un procedimiento para producir la lamina de cobre para producir grafeno, electropulir una superficie de un sustrato de lamina de cobre a 0,5 pm o mas en una direccion de profundidad.
Ademas, la presente invencion proporciona un procedimiento para producir la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 4, laminando con un rodillo con una proporcion (Ra1roll/Ra2roll) entre una rugosidad media aritmetica en una direccion circunferencial Ra-iron y una rugosidad media aritmetica en una direccion de ancho Ra2roll que es de 0,8 <= (Ra1roll/Ra2roll) <= 1,2 en una pasada final de una laminacion en fno final.
La presente invencion proporciona un procedimiento para producir grafeno utilizando la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 4, que comprende las etapas de: proporcionar un gas que contiene hidrogeno y carbono mientras se coloca la lamina de cobre calentada en una camara para formar grafeno en una superficie de la capa de recubrimiento de cobre de la lamina de cobre para producir grafeno; laminar una lamina de transferencia en la superficie del grafeno y grabar y eliminar la lamina de cobre para producir grafeno mientras se transfiere el grafeno a la lamina de transferencia.
[Efecto de la invencion]
De acuerdo con la presente invencion, se puede proporcionar una lamina de cobre capaz de producir grafeno con una gran area a bajos costos.
fBreve descripcion de los dibuiosl
[Figura 1] Un grafico del procedimiento que muestra un procedimiento para producir grafeno de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
[Figura 2] Micrograffas confocales de la superficie de la muestra en el ejemplo 6 despues de que la muestra finalmente se lamino en fno, se le realizo electropulido y despues se calento a 1000 °C durante 1 hora, respectivamente.
[Descripcion de las realizaciones]
A continuacion, se describe una lamina de cobre para producir grafeno y un procedimiento para producir grafeno de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. El sfmbolo "%" en el presente documento se refiere al % en masa, a menos que se especifique lo contrario.
<Composicion de la lamina de cobre>
Como la lamina de cobre, se puede utilizar cobre refinado con contenido de oxfgeno (TPC, por sus siglas en ingles) de acuerdo con JIS-H3100 o cobre libre de oxfgeno (OFC, por sus siglas en ingles) de acuerdo con JIS-H3510 o JIS-
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H3100.
Ademas del cobre refinado con contenido de oxfgeno o el cobre libre de ox^geno, se puede utilizar una composicion que contenga el 0,15 % en masa o menos en total de uno o mas elementos seleccionados del grupo que consiste en Sn y Ag. Cuando los elementos descritos anteriormente estan contenidos, la lamina de cobre puede tener resistencia mejorada y extension adecuada, y el tamano de grano se puede aumentar. Si un porcentaje de contenido de los elementos descritos anteriormente supera el 0,15% en masa, la resistencia puede aumentarse aun mas, pero la extension se puede disminuir para degradar la trabajabilidad y suprimir la expansion del tamano de grano. Mas preferentemente, un porcentaje de contenido de los elementos descritos anteriormente es el 0,10% en masa o menos, aun mas preferentemente el 0,050 % en masa o menos, mas preferentemente el 0,040 % en masa.
Si bien un lfmite inferior del porcentaje de contenido total de los elementos descritos anteriormente no esta especialmente limitado, por ejemplo, el lfmite inferior puede ser el 0,001 % en masa. Si el porcentaje de contenido de los elementos descritos anteriormente es inferior al 0,001 % en masa, el porcentaje de contenido puede ser diffcil de controlar. Preferentemente, un lfmite inferior del porcentaje de contenido de los elementos descritos anteriormente es el 0,003 % en masa o mas, mas preferentemente el 0,004% en masa o mas, mas preferentemente el 0,005% en masa o mas.
<Espesor>
El espesor de la lamina de cobre no esta especialmente limitado, pero generalmente es entre 5 y 150 pm. Preferentemente, el espesor del sustrato de lamina de cobre es entre 12 y 50 pm para facilitar el grabado y eliminacion como se describe mas adelante, asegurando al mismo tiempo la manejabilidad. Si el espesor del sustrato de lamina de cobre es inferior a 12 pm, es posible que se rompa facilmente y tenga menos manejabilidad. Si el espesor supera 50 pm, el grabado y la eliminacion pueden ser diffciles.
<Rugosidad media aritmetica Ra de la superficie de la lamina de cobre>
Una proporcion (Ra-|/Ra2) entre una rugosidad media aritmetica Ra1 de la superficie de la lamina de cobre en una direccion de laminacion y una rugosidad media aritmetica Ra2 de la superficie de la lamina de cobre en una direccion transversal a la direccion de laminacion es de 0,7 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,3.
Los presentes inventores estudiaron una lamina de cobre con una superficie lisa utilizando cobre sin alta pureza (con una pureza de mas del 99,999 %) y descubrieron que cuando la superficie del sustrato de la lamina de cobre es electropulida a una profundidad de 0,5 pm o mas, la (Ra-|/Ra2) se encuentra entre 0,7 y 1,3, la anisotropfa de Ra de la lamina de cobre disminuye y la superficie se vuelve lisa, de tal manera que la expansion del grafeno no se inhibe. Por ende, cuando la (Ra-|/Ra2) supera 1,3 o es inferior a 0,7, la anisotropfa de Ra de la lamina de cobre aumenta y el grafeno con una gran area no se expande. Preferentemente, la (Ra-|/Ra2) es de 1,1 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,3. El electropulido se puede llevar a cabo entre 8 y 15 V/cm2 de 10 a 30 segundos, por ejemplo.
Ademas, los presentes inventores descubrieron que el sustrato de cobre se lamina al disminuir una diferencia entre la rugosidad en una direccion circunferencial y la rugosidad en una direccion de ancho en la superficie del rodillo utilizado en una pasada final de una laminacion en frio final cuando la superficie del sustrato de cobre no es electropulida, proporcionando asf un efecto equivalente al caso donde el electropulido se lleva a cabo a una profundidad de 0,5 pm o mas. Esto se debe a que la superficie del rodillo se transfiere a la superficie del sustrato de lamina de cobre. Para disminuir la diferencia entre la rugosidad en la direccion circunferencial y la rugosidad en la direccion de ancho en la superficie del rodillo, la superficie del rodillo se muele con una rueda de esmeril y se pule. Por ejemplo, se puede utilizar el rodillo que tiene una proporcion (Ra1roll/Ra2roll) entre una rugosidad media aritmetica en una direccion circunferencial Ra-iron y una rugosidad media aritmetica en una direccion de ancho Ra2roll que es de 0,8 <= (Ra1roll/Ra2roll) <= 1,2.
Ademas, despues del calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en una atmosfera que contiene el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio, la proporcion (Ra-|/Ra2) es preferentemente de 0,8 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,2. La condicion de calentamiento descrita anteriormente es simulada para una condicion de calentamiento de la lamina de cobre para producir grafeno a no menos de una temperatura de descomposicion del gas que contiene carbono cuando se produce grafeno.
Las Ra1 y Ra2 de la superficie de la lamina de cobre se determinan mediante la medicion de una rugosidad media aritmetica (Ra; pm) de acuerdo con JIS-B0601 utilizando un medidor de rugosidad de superficie laser sin contacto (un microscopio confocal fabricado por Lasertec Corporation, HD100D). La rugosidad se puede medir 10 veces en cada direccion, es decir, una direccion de laminacion y una direccion transversal a la direccion de laminacion en la condicion donde una longitud de muestreo de medicion es de 0,8 mm, una longitud de evaluacion es de 4 mm, un valor de corte es de 0,8 mm y una velocidad de alimentacion es de 0,1 mm/s.
<Brillo de 60 grados>
El brillo de 60 grados (JIS Z8741) de la lamina de cobre para producir grafeno es del 200% o mas tanto en una direccion de laminacion como en una direccion transversal a la direccion de laminacion.
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Tal como se describe mas adelante, despues de que se produce el grafeno utilizando la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la presente invencion, el grafeno debe ser transferido de la lamina de cobre a una lamina de transferencia. Se descubrio que cuando una superficie de la lamina de cobre es aspera, es diffcil transferir el grafeno y el grafeno se rompe. Por lo tanto, es necesario que la irregularidad de la superficie de la lamina de cobre sea lisa.
Un lfmite superior del brillo de 60 grados en la direccion de laminacion y la direccion transversal a la direccion de laminacion no esta especialmente limitado. Si el lfmite superior se establece en menos del 500 %, las condiciones de produccion para la proporcion de reduccion de laminacion pueden no ser estrictamente especificadas tras la produccion de la lamina de cobre, por lo cual aumenta ventajosamente un grado de libertad de produccion. Practicamente, el lfmite superior de cada brillo de 60 grados en la direccion de laminacion y la direccion transversal a la direccion de laminacion es de aproximadamente el 800 %.
Ademas, para facilitar la transferencia del grafeno a la lamina de transferencia, la rugosidad media aritmetica Rai es de preferentemente 0,13 pm o menos.
Utilizando la lamina de cobre para producir grafeno segun lo especificado anteriormente, el grafeno de gran area se puede producir a bajos costos y un rendimiento elevado.
<Produccion de lamina de cobre para producir grafeno>
La lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la realizacion de la presente invencion se puede producir de la siguiente manera, por ejemplo: En primer lugar, se produce un lingote de cobre que tiene una composicion predeterminada, se lamina en caliente, se recuece y se lamina en fno repetidas veces para proporcionar una lamina laminada. La lamina laminada se recuece para recristalizarse y, por ultimo, se lamina en fno al espesor predeterminado de una reduccion de laminacion de entre el 80 y el 99,9 % (preferentemente entre el 85 y el 99,9 %, mas preferentemente entre el 90 y el 99,9 %), proporcionando asf un sustrato de lamina de cobre.
A continuacion, la superficie del sustrato de lamina de cobre es electropulida a una profundidad de 0,5 pm o mas. Mediante electropulido, se elimina un sulfuro en la superficie del sustrato de lamina de cobre. Cuando la lamina de cobre para producir grafeno se calienta a una temperatura a la cual un gas que contiene carbono se descompone o mas, se logra una superficie lisa con menos protuberancias y hendiduras provocadas por el sulfuro.
El electropulido se lleva a cabo, preferentemente, utilizando diversas soluciones de acido (por ejemplo, una solucion de acido sulfurico y una solucion de acido fosforico al 65 % + acido sulfurico al 10 % + agua al 25 % a un voltaje de aproximadamente 10 V/cm2
Como alternativa, la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con una realizacion de la presente invencion se puede producir utilizando un rodillo que tiene una proporcion (Rairoll/Ra2roll) entre una rugosidad media aritmetica en una direccion circunferencial Rairoll y una rugosidad media aritmetica en una direccion de ancho Ra2roll que es de 0,8 <= (Rairoll/Ra2roll) <= 1,2 en una pasada final de una laminacion en fno final. De esta forma, la lamina de cobre se puede producir mediante la disminucion de la proporcion (cercana a 1,0) entre la rugosidad media aritmetica Ra1 de la superficie de la lamina de cobre en la direccion de laminacion y la rugosidad media aritmetica Ra2 de la superficie de la lamina de cobre en la direccion transversal a la direccion de laminacion.
Un valor de la Ra1roll/Ra2roll del rodillo se puede ajustar mediante pulido despues de que el rodillo se somete a molienda cilmdrica tfpica. Ademas, el valor se puede ajustar mediante cromado duro (un espesor cromado de 5 pm o mas) y luego mediante pulido despues de que el rodillo se somete a molienda cilmdrica tfpica.
<Procedimiento para producir grafeno>
A continuacion, con referencia a la figura 1, se describe un procedimiento para producir grafeno de acuerdo con la realizacion de la presente invencion.
Primero, la lamina de cobre 10 descrita anteriormente para producir grafeno de la presente invencion se coloca en una camara (tal como una camara de vado) 100 y se calienta con un calentador 104. Al mismo tiempo, la presion en la camara 100 se reduce o la camara 100 se evacua al vado. Luego, un gas que contiene carbono G se agrega a la camara 100 junto con un gas de hidrogeno a traves de una entrada de suministro de gas 102 (figura 1(a)). Como el gas que contiene carbono G, se citan dioxido de carbono, monoxido de carbono, metano, etano, propano, etileno, acetileno, alcohol o similares, pero no esta limitado a estos. Uno o mas de estos gases se pueden mezclar. La lamina de cobre 10 para producir grafeno se puede calentar a una temperatura de descomposicion del gas que contiene carbono G o mas. Por ejemplo, la temperatura puede ser de 1000 °C o mas. Como alternativa, el gas que contiene carbono G se puede calentar a la temperatura de descomposicion o mas dentro de la camara 100 y el gas descompuesto se puede poner en contacto con la lamina de cobre 10 para producir grafeno.
En ese momento, cuando la lamina de cobre 10 para producir grafeno se calienta, la capa cromada de cobre se convierte en un estado semifundido y fluye hacia una parte concava en la superficie del sustrato de lamina de cobre, disminuyendo asf las irregularidades en la superficie mas elevada de la lamina de cobre 10 para producir grafeno.
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Luego, la superficie lisa de la lamina de cobre 10 para producir grafeno entra en contacto con un gas de descomposicion (un gas de carbono) para formar el grafeno 20 en la superficie de la lamina de cobre 10 para producir grafeno (vease la figura 1(b)).
Luego, la lamina de cobre 10 para producir grafeno se enfna a temperatura normal, una lamina de transferencia 30 se lamina en la superficie del grafeno 20 y el grafeno 20 se transfiere a la lamina de transferencia 30. A continuacion, el laminado se sumerge continuamente en un tanque de grabado 110 mediante un rodillo de inmersion 120 y la lamina de cobre 10 para producir grafeno se elimina mediante grabado (figura 1 (c)). De esta forma, se puede producir el grafeno 20 laminado en la lamina de transferencia predeterminada 30.
Ademas, el laminado del cual se elimina la lamina de cobre 10 para producir grafeno se levanta y un sustrato 40 se lamina en el grafeno 20. Mientras el grafeno 20 se transfiere al sustrato 40, la lamina de transferencia 30 se elimina, mediante lo cual se puede producir el grafeno 20 laminado en el sustrato 40.
Como lamina de transferencia 30 se pueden utilizar diversas laminas de resina (una lamina de polfmero, tal como polietileno, poliuretano, etc.). Como reactivo de grabado para grabar y eliminar la lamina de cobre 10 para producir grafeno, se puede utilizar una solucion de acido sulfurico, una solucion de persulfato de sodio, una solucion de peroxido de hidrogeno y persulfato de sodio o una solucion en la que se agrega acido sulfurico a peroxido de hidrogeno, por ejemplo. Como sustrato 40, se puede utilizar una aleacion de Si, SiC, Ni o Ni, por ejemplo.
rEiemplol
<Preparacion de muestra>
Se preparo cada lingote de cobre que tiene una composicion que se muestra en la tabla 1, se lamino en caliente entre 800 y 900 °C y se recocio en una lmea de recocido continua entre 300 y 700 °C y se lamino en fno, lo cual se repitio, para proporcionar una placa laminada. La placa laminada se recocio y se recristalizo en la lmea de recocido continua entre 600 y 800 °C y, por ultimo, se lamino en fno a un espesor de entre 7 y 50 pm para proporcionar cada sustrato de lamina de cobre que tiene un espesor que se muestra en la tabla 1.
En el ejemplo 10, se utilizo un rodillo con una proporcion (Ra1roll/Ra2roll) entre una rugosidad media aritmetica en una direccion circunferencial Ra-iron y una rugosidad media aritmetica en una direccion de ancho Ra2roll de 1,05 en una pasada final de una laminacion en fno final. El valor de la (Ra1roll/Ra2roll) del rodillo se ajusto mediante la exposicion a molienda cilmdrica tfpica y, posteriormente, pulido.
Aqrn, los equivalentes de pelroula de aceite se ajustaron a los valores que se muestran en la tabla 1 en una pasada final de la laminacion en fno final.
El equivalente de pelroula de aceite esta representado por la siguiente ecuacion:
(Equivalente de pelroula de aceite) = {(viscosidad de aceite de laminacion, viscosidad cinetica a 40 °C, cSt) x (velocidad de laminacion; m/min)}/{(lfmite de fluencia del material; kg/mm2) x (angulo de balanceo del espacio entre rodillos; radianos)}
A una superficie de cada sustrato de lamina de cobre se le realizo electropulido utilizando una solucion de acido fosforico al 65 % + acido sulfurico al 10 % + agua al 25 % a un voltaje de aproximadamente 10 V/cm2 para producir cada lamina de cobre. Cada cantidad (profundidad) de electropulido se muestra en la tabla 1. La cantidad (profundidad) de electropulido se calculo del peso de una muestra antes y despues del electropulido mediante enmascaramiento de un area (10 x 10 mm) a ser electropulida.
En el ejemplo 10 no se llevo a cabo electropulido.
<Medicion del brillo de 60 grados G60>
Se midio el brillo de 60 grados de cada lamina de cobre (sustrato) en cada ejemplo y el ejemplo comparativo despues de la laminacion en fno final, el electropulido y el calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en la atmosfera que contiene el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio despues del electropulido. El calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en una atmosfera que contiene el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio se simula para una condicion para producir grafeno.
El brillo de 60 grados se midio utilizando un medidor de brillo de acuerdo con JIS-Z8741 (marca "PG-1 M" fabricado por Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).
<Medicion de rugosidad de superficie (Ra, Rz, Sm)>
Se midio la rugosidad de superficie de cada lamina de cobre (sustrato) en cada ejemplo y el ejemplo comparativo despues de la laminacion en fno final, el electropulido y el calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en la atmosfera que contiene el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio despues del electropulido.
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Se utilizo un medidor de rugosidad de superficie laser sin contacto (un microscopio confocal fabricado por Lasertec Corporation, HD100D) para medir una rugosidad media aritmetica (Ra; pm) de acuerdo con JIS-B0601. En cuanto a la profundidad de la fosa Rz, se midio una altura de diez puntos del perfil de rugosidad de acuerdo con JIS B0601- 1994. En las condiciones de una longitud de muestreo de medicion de 0,8 mm, una longitud de evaluacion de 4 mm, un valor de corte de 0,8 mm y una velocidad de alimentacion de 0,1 mm/s, se realizaron diez mediciones en paralelo con una direccion de laminacion en diferentes posiciones de medicion y se determinaron los valores de diez mediciones en cada direccion. En cuanto a la distancia media de las irregularidades (Sm; mm), en las condiciones de una longitud de muestreo de medicion de 0,8 mm, una longitud de evaluacion de 4 mm, un valor de corte de 0,8 mm y una velocidad de alimentacion de 0,1 mm/s, se realizaron diez mediciones en paralelo con una direccion de laminacion en diferentes posiciones de medicion y se determinaron los valores de diez mediciones en cada direccion. La Sm se define como "ancho medio de los elementos de perfil" por JIS B0601-2001 (de acuerdo con ISO4287-1997) que representa una textura de superficie a traves de un procedimiento de curva de perfil y se refiere a un promedio de longitudes de perfil de irregularidades respectivas en una longitud de muestreo.
En las tablas, "RD" representa cada rugosidad de superficie en una direccion de laminacion y "TD" representa cada rugosidad de superficie en una direccion de laminacion y una direccion transversal a la direccion de laminacion.
<Produccion de grafeno>
La lamina de cobre para producir grafeno (horizontal y vertical 100 x 100 mm) en cada ejemplo se coloco en una camara de vacfo y se calento a 1000 °C. Al vacfo (presion: 0,2Torr), se introdujeron gas de hidrogeno y gas de metano en la camara de vacfo (velocidad de flujo de gas introducido: entre 10 y 100 cc/min), la lamina de cobre se calento a 1000 °C durante 30 minutos y se mantuvo durante 1 hora para expandir grafeno en la superficie de la lamina de cobre.
En cada ejemplo, se intento producir grafeno diez veces en las condiciones descritas anteriormente y la superficie de la lamina de cobre se observo mediante el microscopio de fuerza atomica (AFM, por sus siglas en ingles) para observar el grafeno. Cuando se observaron irregularidades similares a incrustaciones en toda la superficie a traves del AFM, se pudo producir grafeno. En funcion de la cantidad de veces de la produccion de grafeno cuando se intento producir grafeno diez veces, se evaluo el rendimiento mediante la siguiente clasificacion: La clasificacion "excelente", "bueno" o "regular" puede no tener problemas practicos.
Excelente: se produjo grafeno cinco veces o mas, cuando se intentaba producir grafeno diez veces Bueno: se produjo grafeno cuatro veces, cuando se intentaba producir grafeno diez veces Regular: se produjo grafeno tres veces, cuando se intentaba producir grafeno diez veces Malo: se produjo grafeno dos veces o menos, cuando se intentaba producir grafeno diez veces
Las tablas 1 y 2 muestran el resultado obtenido. En las tablas 1 y 2, G60rd y G60td representan brillo de 60 grados en una direccion de laminacion y una direccion transversal a la direccion de laminacion, respectivamente.
Tambien en la tabla 1, "TPC" representa cobre refinado con contenido de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100. "OFC" en el ejemplo 13 representa cobre libre de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100. OFC en los ejemplos de 14 a 17 representa cobre libre de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3510.
En vista de esto, "OFC + Sn 1200 ppm" representa que se agrego 1200 ppm en peso de Sn al cobre libre de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100.

Claims (5)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Una lamina de cobre para producir grafeno que consiste en cobre refinado con contenido de ox^geno de acuerdo con JIS-H3100, o que consiste en cobre libre de oxfgeno de acuerdo con JIS-H3100, o que contiene entre el 0,001 % en masa y el 0,15 % en masa de uno o mas elementos seleccionados del grupo que consiste en Sn y Ag en el cobre refinado con contenido en oxfgeno o el cobre libre de oxfgeno,
    que tiene un espesor de entre 18 y 50 pm, caracterizada por tener un brillo de 60 grados en una direccion de laminacion y un brillo de 60 grados en una direccion transversal a la direccion de laminacion del 200 % o mas a menos del 500 %,
    y por tener una proporcion (Ra-|/Ra2) entre una rugosidad media aritmetica Ra1 en la direccion de laminacion y una rugosidad media aritmetica Ra2 en la direccion transversal a la direccion de laminacion de 0,7 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,3.
  2. 2. La lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la proporcion (Ra-|/Ra2) es de 0,8 <= (Ra-|/Ra2) <= 1,2 despues del calentamiento a 1000 °C durante 1 hora en una atmosfera con el 20 % en volumen o mas de hidrogeno y argon de equilibrio.
  3. 3. Un procedimiento de produccion de la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, electropuliendo una superficie de un sustrato de lamina de cobre a 0,5 pm o mas en una direccion de profundidad.
  4. 4. Un procedimiento de produccion de la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, laminando con un rodillo con una proporcion (Ra1roll/Ra2roll) entre una rugosidad media aritmetica en una direccion circunferencial Ra-iron y una rugosidad media aritmetica en una direccion de ancho Ra2roll que es de 0,8 <= (Ra1roll/Ra2roll) <= 1,2 en una pasada final de una laminacion en frio final.
  5. 5. Un procedimiento de produccion de grafeno utilizando la lamina de cobre para producir grafeno de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que comprende las etapas de:
    proporcionar un gas que contiene hidrogeno y carbono mientras se coloca la lamina de cobre calentada en una camara para formar grafeno en una superficie de la lamina de cobre para producir grafeno; laminar una lamina de transferencia en la superficie del grafeno, y grabar y eliminar la lamina de cobre para producir grafeno mientras se transfiere el grafeno a la lamina de transferencia.
    100 , 100
    [Fig. 1]
    imagen1
    imagen2
    [Fig, 2]
    imagen3
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