JP2017171517A - Method for producing graphite film - Google Patents

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Hayato Goda
隼 郷田
博信 小野
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博信 小野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a graphite film of high quality.SOLUTION: Provided is a method for producing a graphite film where a graphite film with a graphite structure is produced from a compound (A) in which condensation reaction occurs between the same molecules and/or between heterologous molecules by heating, where the compound (A) is heated in an area (I) whose temperature is controlled to a temperature T1°C, and thereafter, in an area (III) whose temperature is controlled to a temperature T3°C, the graphite film is formed on a substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、グラファイト膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a graphite film.

グラファイトは炭素の同素体の一つであり、黒鉛、石墨と呼ばれることもあり、良電気伝導性を有し、耐腐食性が高く、耐摩耗性にも優れる。   Graphite is one of the allotropes of carbon, and is sometimes called graphite or graphite, has good electrical conductivity, high corrosion resistance, and excellent wear resistance.

グラファイトを構成する1原子層分の層状の膜であって、炭素原子がsp2混成軌道によって同一面内にsp2結合を形成して六角形を形成して蜂の巣状に平面状に広がったシート状のグラファイト膜は、グラフェンと呼ばれている。   A layered film of one atomic layer constituting graphite, in which a carbon atom forms a sp2 bond in the same plane by a sp2 hybrid orbital to form a hexagon, and spreads in a plane like a honeycomb. The graphite film is called graphene.

このようなグラフェンや少数層グラフェン(2〜10層程度のグラファイト膜)などのグラファイト膜を用いて電界効果トランジスタを作製すると、非常に高い移動度が観測される。   When a field effect transistor is manufactured using such a graphene film or a graphite film such as a small number of graphene films (about 2 to 10 layers of graphite film), very high mobility is observed.

グラファイト膜の製造方法としては、従来、CVDによる製膜法(化学気相蒸着製膜法)と剥離法が報告されている。   As a method for producing a graphite film, conventionally, a film forming method by CVD (chemical vapor deposition film forming method) and a peeling method have been reported.

グラファイト膜をCVDによる製膜法(化学気相蒸着製膜法)によって製造する方法は、代表的には、1000℃程度の超高温下において、グラファイト膜の原料となるメタンやアセチレンなどのガスを基板上に導入し、基板表面で分解反応等を起こさせながら製膜する方法である。グラファイト膜をCVDによる製膜法によって製造する方法の現在の主流は、Cu等の触媒性能を有する金属基板上にメタンガスを加熱分解しながら製膜させ、その後、任意の基板上に転写する方法である(例えば、非特許文献1)。   A method for producing a graphite film by a CVD film formation method (chemical vapor deposition film formation method) typically involves using a gas such as methane or acetylene as a raw material for the graphite film at an ultra-high temperature of about 1000 ° C. This is a method of forming a film while introducing it onto a substrate and causing a decomposition reaction or the like on the surface of the substrate. The current mainstream method for producing a graphite film by a CVD film-forming method is a method in which a film is formed by thermally decomposing methane gas on a metal substrate having catalytic performance such as Cu, and then transferred onto an arbitrary substrate. There is (for example, Non-Patent Document 1).

しかし、CVDによる製膜法においては、メタンやアセチレンなどの危険なガスを使用しなければならないという問題、超高温環境が必要であるという問題、金属基板の触媒作用によって原料ガスを加熱分解させるために絶縁性基板上での製膜ができないという問題、任意の部分に転写させることが容易ではないという問題などがある。また、少数層グラフェン(2〜10層程度のグラファイト膜)などの複層のグラファイト膜を製膜しようとする場合、金属基板の触媒作用が十分に機能せず、十分に製膜させるには原料ガスの供給量を非常に多くする必要がある(例えば、非特許文献2)。ところが、原料ガスの供給量を非常に多くすると、グラファイト膜が急速に成長してしまうことがあり、狙った層数のグラファイト膜を製膜することが容易でないという問題がある。   However, in the CVD film-forming method, a problem that a dangerous gas such as methane or acetylene has to be used, a problem that an ultra-high temperature environment is necessary, and a raw material gas is thermally decomposed by the catalytic action of a metal substrate. In addition, there is a problem that the film cannot be formed on the insulating substrate and a problem that it is not easy to transfer the film to an arbitrary part. In addition, when trying to form a multilayer graphite film such as a small number of graphenes (about 2 to 10 layers of graphite film), the catalytic action of the metal substrate does not function sufficiently, and the raw material is sufficient to form the film. It is necessary to increase the amount of gas supply (for example, Non-Patent Document 2). However, if the supply amount of the source gas is very large, the graphite film may grow rapidly, and there is a problem that it is not easy to form a graphite film with the targeted number of layers.

グラファイト膜を剥離法によって製造する方法は、代表的には、高配向熱焼成グラファイト(HOPG)を粘着テープによって劈開し、該粘着テープに付着した清浄なグラファイト表面を、製膜したい基板の表面に擦り付けて転写する方法である(例えば、非特許文献3)。剥離法によれば、高品質な高配向熱焼成グラファイトを用いれば、高品質なグラファイト膜を得ることができる。しかし、剥離法においては、原理的に再現性に乏しいという問題、任意の位置に任意のサイズのグラファイト膜を作製できないという問題、得られるグラファイト膜の大面積化が困難であるという問題などがある。   A method of producing a graphite film by a peeling method typically involves cleaving highly-oriented heat-fired graphite (HOPG) with an adhesive tape, and applying a clean graphite surface adhering to the adhesive tape to the surface of the substrate to be formed. This is a method of rubbing and transferring (for example, Non-Patent Document 3). According to the peeling method, a high-quality graphite film can be obtained by using a high-quality highly-oriented heat-fired graphite. However, in the peeling method, there is a problem that in principle reproducibility is poor, a problem that a graphite film of an arbitrary size cannot be produced at an arbitrary position, and a problem that it is difficult to increase the area of the obtained graphite film. .

以上のような問題を踏まえ、あらかじめ分解した炭化水素ガスを基板表面上に吹き付けることでグラファイト膜を製膜する技術が報告されている(特許文献1)。この技術によれば、常に同等の反応性を有するガスを吹き付けることができるため、製膜制御が比較的容易になる。しかしながら、依然として、メタンやアセチレンなどの危険なガスを使用しなければならないという問題、超高温環境が必要であるという問題が残る。   In view of the above problems, a technique for forming a graphite film by blowing a hydrocarbon gas decomposed in advance onto the substrate surface has been reported (Patent Document 1). According to this technique, a gas having the same reactivity can always be sprayed, so that film formation control is relatively easy. However, there still remains a problem that a dangerous gas such as methane and acetylene has to be used, and an extremely high temperature environment is necessary.

最近、可燃性ガスを使用せず、また、超高温条件を必要とせずに、グラファイト膜を製膜する技術として、反応性を有する複数の化合物を含む組成物を液相プロセスによって基板表面に塗布し、その後に焼成することによって、組成物中で酸化還元反応が起こり、基板上にグラファイト膜を製膜する技術が報告されている(特許文献2)。しかしながら、この技術では、反応性を有する複数の化合物による酸化還元反応を利用しているため、化学反応の副生成物や反応触媒がグラファイト膜中に存在してしまい、これらが致命的な不純物となってしまい、高品質なグラファイト膜が得られないという問題がある。   Recently, as a technique for forming a graphite film without using a flammable gas and without requiring ultra-high temperature conditions, a composition containing a plurality of reactive compounds is applied to the substrate surface by a liquid phase process. However, after that, by firing, a redox reaction occurs in the composition, and a technique for forming a graphite film on a substrate has been reported (Patent Document 2). However, since this technique uses a redox reaction by a plurality of reactive compounds, chemical reaction by-products and reaction catalysts exist in the graphite film, and these are fatal impurities. Therefore, there is a problem that a high quality graphite film cannot be obtained.

J.Phys.:Condens.Matter,9,1−20(1997).J. et al. Phys. : Condens. Matter, 9, 1-20 (1997). Appl.Phys.Lett.,vol.64,842−844(1994).Appl. Phys. Lett. , Vol. 64, 842-844 (1994). Science,vol.306,666−669(2004).Science, vol. 306, 666-669 (2004). 特開2010−269944号公報JP 2010-269944 A 特開2013−023746号公報JP 2013-023746 A

本発明の課題は、高品質のグラファイト膜を製膜する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for forming a high-quality graphite film.

本発明のグラファイト膜の製造方法は、
加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)からグラファイト構造を有するグラファイト膜を製造する方法であって、
温度T1℃に温度調節されたエリア(I)において該化合物(A)を加熱した後、温度T3℃に温度調節されたエリア(III)において基板上に該グラファイト膜を製膜する。
The method for producing a graphite film of the present invention includes:
A method for producing a graphite film having a graphite structure from a compound (A) that undergoes a condensation reaction between the same molecules and / or different molecules by heating,
After heating the compound (A) in the area (I) adjusted to a temperature T1 ° C., the graphite film is formed on the substrate in the area (III) adjusted to a temperature T3 ° C.

一つの実施形態においては、上記エリア(I)と上記エリア(III)の間に、温度T2℃に温度調節されたエリア(II)を有し、T1<T2である。   In one embodiment, between the area (I) and the area (III), there is an area (II) whose temperature is adjusted to a temperature T2 ° C., and T1 <T2.

一つの実施形態においては、上記T1が上記化合物(A)の分解温度未満であり、上記T2が上記化合物(A)の分解温度以上である。   In one embodiment, the T1 is lower than the decomposition temperature of the compound (A), and the T2 is higher than the decomposition temperature of the compound (A).

本発明によれば、高品質のグラファイト膜を製膜する方法を提供することができる。   According to the present invention, a method for forming a high-quality graphite film can be provided.

図1は、本発明のグラファイト膜の製造装置の一つの実施形態の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a graphite film of the present invention. 図2は、実施例1で得られたラマンスペクトルチャート図である。2 is a Raman spectrum chart obtained in Example 1. FIG. 図3は、実施例2で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 3 is a Raman spectrum chart obtained in Example 2. 図4は、実施例3で得られたラマンスペクトルチャート図である。4 is a Raman spectrum chart obtained in Example 3. FIG. 図5は、実施例4で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 5 is a Raman spectrum chart obtained in Example 4. 図6は、実施例5で得られたラマンスペクトルチャート図である。6 is a Raman spectrum chart obtained in Example 5. FIG. 図7は、比較例1で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 7 is a Raman spectrum chart obtained in Comparative Example 1. 図8は、比較例2で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 8 is a Raman spectrum chart obtained in Comparative Example 2. 図9は、比較例3で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 9 is a Raman spectrum chart obtained in Comparative Example 3. 図10は、比較例4で得られたラマンスペクトルチャート図である。FIG. 10 is a Raman spectrum chart obtained in Comparative Example 4.

本発明における「加熱」は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な手段による加熱を採用できる。このような「加熱」としては、例えば、焼成炉での加熱、ホットプレートでの加熱、マイクロウェーブ等の照射による加熱などが挙げられる。   “Heating” in the present invention can employ heating by any appropriate means as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such “heating” include heating in a baking furnace, heating on a hot plate, and heating by irradiation with a microwave or the like.

≪≪化合物(A)≫≫
化合物(A)は、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる。
≪≪Compound (A) ≫≫
The compound (A) undergoes a condensation reaction between the same molecules and / or between different molecules by heating.

化合物(A)は、1種の化合物であってもよいし、2種以上の化合物であってもよい。   The compound (A) may be one type of compound or two or more types of compounds.

<化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態1)>
化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態1)は、加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物である。芳香族環上にラジカルが発生した芳香族化合物が、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応を起こし、グラファイト構造を有するグラファイト膜となる。
<Representative Embodiment of Compound (A) (Embodiment 1)>
A representative embodiment (embodiment 1) of the compound (A) is an aromatic compound that decomposes by heating to generate a radical on the aromatic ring. The aromatic compound in which radicals are generated on the aromatic ring causes a condensation reaction between the same molecule and / or between different molecules, and becomes a graphite film having a graphite structure.

加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物としては、好ましくは、加熱によって気体を発生する芳香族化合物である。   The aromatic compound that decomposes by heating and generates radicals on the aromatic ring is preferably an aromatic compound that generates gas by heating.

加熱によって気体を発生する芳香族化合物としては、芳香族化合物であって、加熱を行うことによって気体が発生するものであれば、任意の適切な芳香族化合物を採用し得る。このような気体としては、好ましくは、CO、CO、N、O、H、NOから選ばれる少なくとも1種である。 As the aromatic compound that generates gas by heating, any appropriate aromatic compound may be adopted as long as it is an aromatic compound and generates gas by heating. Such a gas is preferably at least one selected from CO, CO 2 , N 2 , O 2 , H 2 and NO 2 .

加熱によってCOおよび/またはCOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「−C(=O)−」および/または「−O−C(=O)−」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族ケトン誘導体、芳香族エステル誘導体、酸無水物など)などが挙げられる。 As an aromatic compound that generates CO and / or CO 2 by heating, for example, an aromatic compound having a “—C (═O) —” and / or “—O—C (═O) —” structure (for example, , Aromatic ketone derivatives, aromatic ester derivatives, acid anhydrides, and the like.

加熱によってCOおよび/またはCOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 The aromatic compound which generates CO and / or CO 2 by heating, for example, the following compounds.

Figure 2017171517
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加熱によってNを発生する芳香族化合物としては、例えば、「−NH−NH−」構造や「−N=N−」構造や、「−N」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族アゾ化合物、芳香族アジド化合物、トリアゾール置換芳香族化合物、テトラゾール置換芳香族化合物、トリアジンまたはその誘導体、テトラジンまたはその誘導体、芳香族ヒドラジン誘導体など)などが挙げられる。 Examples of the aromatic compound that generates N 2 by heating include an aromatic compound having an “—NH—NH—” structure, an “—N═N—” structure, and an “—N 3 ” structure (for example, an aromatic compound). Azo compounds, aromatic azide compounds, triazole substituted aromatic compounds, tetrazole substituted aromatic compounds, triazine or derivatives thereof, tetrazine or derivatives thereof, aromatic hydrazine derivatives, and the like.

加熱によってNを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。なお、下記の化合物において、Rは、水素原子、または、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。 The aromatic compound that generates N 2 by heating, for example, the following compounds. In the following compounds, R represents a hydrogen atom or an alkyl group, aryl group, or heteroaryl group which may have a substituent.

Figure 2017171517
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加熱によってOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「−O−O−」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族炭素酸化物、芳香族過酸化物など)などが挙げられる。 The aromatic compound that generates an O 2 by heating, for example, - an aromatic compound having an "O-O-" structure (e.g., an aromatic carbon oxides, and aromatic peroxides) and the like.

加熱によってOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。なお、下記の化合物において、Rは、水素原子、または、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。 The aromatic compound that generates an O 2 by heating, for example, the following compounds. In the following compounds, R represents a hydrogen atom or an alkyl group, aryl group, or heteroaryl group which may have a substituent.

Figure 2017171517
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加熱によってHを発生する芳香族化合物としては、例えば、「−CH−」構造を有する縮合多環式芳香族化合物(例えば、フェナレン系化合物など)などが挙げられる。 Examples of the aromatic compound that generates H 2 by heating include a condensed polycyclic aromatic compound having a “—CH 2 —” structure (eg, a phenalene compound).

加熱によってHを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 The aromatic compound that generates and H 2 by heating, for example, the following compounds.

Figure 2017171517
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加熱によってNOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「−NO」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族ニトロ化合物など)などが挙げられる。 The aromatic compound which generates NO 2 by heating, for example, - aromatic compounds with "NO 2" structure (such as aromatic nitro compounds), and the like.

加熱によってNOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 The aromatic compound which generates NO 2 by heating, for example, the following compounds.

Figure 2017171517
Figure 2017171517

加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物は、加熱による分解性を有し、骨格の少なくとも一部がかい離・分解することによって気体分子(好ましくは、CO、CO、N、O、H、NOから選ばれる少なくとも1種)が生成し、残った芳香族環上にラジカルが生成する化合物である。このような芳香族化合物を用いることにより、反応触媒を必要とすることなく、自身の分解のみによる反応が起こるため、化学反応の副生成物や反応触媒がグラファイト膜中に存在してしまって致命的な不純物となることを抑制でき、より高品質なグラファイト膜を得ることができる。また、このような芳香族化合物を用いることにより、可燃性ガスを使用することなく、比較的温和な温度環境下において、グラファイト膜を得ることができる。また、このような芳香族化合物は、触媒作用を必要としない高反応性を有するため、グラファイト膜を製膜させる基板の影響を受けにくく、任意の基板の表面の任意の部分に任意の層数で製膜することができる。 An aromatic compound that decomposes by heating to generate a radical on the aromatic ring has decomposability by heating, and at least a part of the skeleton is separated and decomposed to cause gas molecules (preferably CO, CO 2 , N 2 , O 2 , H 2 , NO 2 ) is generated, and a radical is generated on the remaining aromatic ring. By using such an aromatic compound, a reaction by only its own decomposition occurs without the need for a reaction catalyst, so that a by-product of a chemical reaction or a reaction catalyst exists in the graphite film and is fatal. Therefore, it is possible to obtain a higher quality graphite film. Further, by using such an aromatic compound, a graphite film can be obtained in a relatively mild temperature environment without using a combustible gas. In addition, since such aromatic compounds have high reactivity that does not require catalytic action, they are not easily affected by the substrate on which the graphite film is formed, and any number of layers on any part of the surface of any substrate. Can be formed into a film.

<化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態2)>
化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態2)は、縮合反応によって、2種以上の基から1つの中性分子が形成されて脱離する化合物である。この実施形態2においては、1つの化合物が2種以上の基を有している場合であってもよいし、2つ以上の化合物のそれぞれの有する基を組み合わせて2種以上の基となる場合であってもよい。このような化合物(A)が、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応を起こし、グラファイト構造を有するグラファイト膜となる。
<Representative Embodiment of Compound (A) (Embodiment 2)>
A representative embodiment (Embodiment 2) of the compound (A) is a compound in which one neutral molecule is formed from two or more groups by a condensation reaction and is eliminated. In this Embodiment 2, the case where one compound has 2 or more types of groups may be used, or the case where each group of 2 or more compounds is combined to form 2 or more types of groups It may be. Such a compound (A) causes a condensation reaction between the same molecules and / or between different molecules to form a graphite film having a graphite structure.

縮合反応としては、2種以上の基から1つの中性分子が形成されて脱離することによる縮合反応であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な縮合反応を採用し得る。このような縮合反応としては、例えば、
(a)−H基と−OH基とからHOが形成されて脱離することによる縮合反応、
(b)−H基と−OR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからROHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(c)−H基と−X基(XはハロゲンまたはCN)とからHXが形成されて脱離することによる縮合反応、
(d)−H基と−NH基とからNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(e)−H基と−NHR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(f)−H基と−NR基(R、Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(g)−H基と−SH基とからHSが形成されて脱離することによる縮合反応、
(h)−H基と−SR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRSHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(i)−H基と−OOCR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRCOOHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(j)−H基と−OSO(OH)基とからHSOが形成されて脱離することによる縮合反応、
(k)−H基と−OSOR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRSO(OH)が形成されて脱離することによる縮合反応、
(l)−H基と−OSO(OR)基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからROSOHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(m)−H基と−OSO(OH)基とからHSOが形成されて脱離することによる縮合反応、
などが挙げられる。
As the condensation reaction, any suitable condensation reaction may be employed as long as it is a condensation reaction in which one neutral molecule is formed from two or more groups and eliminated. obtain. As such a condensation reaction, for example,
(A) a condensation reaction in which H 2 O is formed and eliminated from an —H group and an —OH group,
(B) a condensation reaction in which ROH is formed and eliminated from an —H group and an —OR group (R is any appropriate substituted or unsubstituted alkyl group);
(C) a condensation reaction in which HX is formed and eliminated from a —H group and a —X group (X is halogen or CN);
(D) a condensation reaction in which NH 3 is formed and eliminated from the —H group and —NH 2 group,
(E) a condensation reaction in which RNH 2 is formed and eliminated from a —H group and a —NHR group (R is any appropriate substituted or unsubstituted alkyl group);
(F) Condensation reaction due to elimination and formation of R 1 R 2 NH from —H group and —NR 1 R 2 group (R 1 and R 2 are any appropriate substituted or unsubstituted alkyl group) ,
(G) a condensation reaction in which H 2 S is formed and eliminated from the —H group and the —SH group;
(H) a condensation reaction in which RSH is formed and eliminated from the —H group and —SR group (R is any appropriate substituted or unsubstituted alkyl group);
(I) a condensation reaction in which RCOOH is formed and eliminated from the —H group and —OOCR group (R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(J) a condensation reaction in which H 2 SO 3 is formed and eliminated from the —H group and —OSO (OH) group,
(K) a condensation reaction in which RSO 2 (OH) is formed and eliminated from —H group and —OSO 2 R group (R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(L) a condensation reaction in which ROSO 3 H is formed and eliminated from a —H group and a —OSO 2 (OR) group (R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group),
(M) a condensation reaction in which H 2 SO 4 is formed and eliminated from the —H group and —OSO 2 (OH) group,
Etc.

縮合反応として、−H基と−OH基とからHOが形成されて脱離することによる縮合反応(上記(a))を代表例として説明する。 A typical example of the condensation reaction is a condensation reaction (above (a)) in which H 2 O is formed from an —H group and an —OH group and eliminated.

実施形態2における化合物(A)の一つの実施形態(実施形態(X)と称することがある)は、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)であり、該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が−OH基であり、もう半数が−H基である。   One embodiment of the compound (A) in Embodiment 2 (sometimes referred to as Embodiment (X)) is a compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure or two or more carbons. Compound (a2) having a skeleton in which a 6-membered ring structure is bonded and / or condensed, wherein half of the number of substituents not contributing to the structure formation of the skeleton is an —OH group, and the other half is —H It is a group.

実施形態(X)においては、
(i)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)である場合、
(ii)化合物(A)が、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)である場合、
の2つの場合のいずれかを採り得る。
In the embodiment (X),
(I) When the compound (A) is a compound (a1) having a skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure,
(Ii) When the compound (A) is a compound (a2) having a skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed,
Either of the two cases can be taken.

実施形態(X)において、「骨格の構造形成に寄与していない置換基」とは、上記(i)の場合の「1個の炭素6員環構造からなる骨格」または上記(ii)の場合の「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基を意味する。例えば、上記(i)の場合として、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)が後に示す化学式(a1−1)で表される場合、1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の−OH基と6個の−H基であり、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)が後に示す化学式(a1−2)で表される場合、1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は3個の−OH基と3個の−H基である。また、例えば、上記(ii)の場合として、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)が後に示す化学式(a2−1)で表される場合、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の−OH基と6個の−H基である。   In the embodiment (X), the “substituent that does not contribute to the structure formation of the skeleton” refers to the “skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure” in the case of (i) above or the case of (ii) above. The “substituent which does not contribute to the structure formation of the skeleton of“ a skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed ””. For example, in the case of (i) above, when the compound (a1) having a skeleton composed of one carbon six-membered ring structure is represented by the following chemical formula (a1-1), one carbon six-membered ring structure Substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of 6 are —OH groups and 6 —H groups, and a compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure will be shown later. In the case of being represented by the chemical formula (a1-2), the substituents that do not contribute to the formation of a skeleton composed of one carbon six-membered ring structure are three —OH groups and three —H groups. Further, for example, in the case of (ii) above, the compound (a2) having a skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed is represented by the following chemical formula (a2-1) Substituents that do not contribute to the formation of a skeleton in which two or more carbon six-membered ring structures are bonded and / or condensed are six —OH groups and six —H groups.

実施形態(X)においては、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が−OH基であり、もう半数が−H基であり、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が−OH基であり、もう半数が−H基である。このような置換基の構成を有することにより、化合物(A)は、加熱により、同一分子同士および/または異なる分子間で効果的に脱水反応が起きるとともに効率よくグラファイト構造を形成することができる。   In Embodiment (X), half of the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure is an —OH group; Half of the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a2) having a skeleton in which half is a -H group and two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed -OH group, and the other half is -H group. By having such a substituent structure, the compound (A) can efficiently form a graphite structure while being effectively dehydrated between the same molecules and / or between different molecules by heating.

実施形態(X)において採用し得る化合物(A)としては、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)であり、該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が−OH基であり、もう半数が−H基である化合物であれば、本発明の効果を損なわない範囲で任意の適切な化合物を採用し得る。このような化合物(A)としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。   As the compound (A) that can be employed in the embodiment (X), the compound (a1) having a skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure or two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed. The compound (a2) having the above skeleton, in which half of the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton is an —OH group and the other half is a —H group, Any appropriate compound can be adopted as long as the effect is not impaired. Examples of such a compound (A) include the following compounds.

Figure 2017171517
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実施形態2における化合物(A)の別の一つの実施形態(実施形態(Y)と称することがある)は、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)および/または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる2種以上であり、該化合物(a1)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数および該化合物(a2)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の合計の半数が−OH基であり、もう半数が−H基である。   Another embodiment of the compound (A) in Embodiment 2 (sometimes referred to as Embodiment (Y)) is the compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure and / or 2 Two or more compounds selected from compounds (a2) having a skeleton in which at least one carbon 6-membered ring structure is bonded and / or condensed, and the substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a1) The half of the sum of the number and the number of substituents not contributing to the structure formation of the skeleton of the compound (a2) is an —OH group, and the other half is an —H group.

実施形態(Y)においては、
(i)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)から選ばれる2種以上からなる場合、
(ii)化合物(A)が、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる2種以上からなる場合、
(iii)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)から選ばれる1種以上と2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる1種以上とからなる場合、
の3つの場合のいずれかを採り得る。
In the embodiment (Y),
(I) When the compound (A) is composed of two or more compounds selected from the compound (a1) having a skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure,
(Ii) When the compound (A) is composed of two or more compounds selected from the compound (a2) having a skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed,
(Iii) In the compound (A), one or more selected from the compound (a1) having a skeleton composed of one carbon six-membered ring structure and two or more carbon six-membered ring structures are bonded and / or condensed. When composed of one or more compounds selected from compounds (a2) having a skeleton,
Any of the following three cases can be taken.

実施形態(Y)において、「化合物(a1)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数および化合物(a2)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の合計」とは、下記のような意味である。すなわち、上記(i)の場合、2種以上の化合物(a1)のそれぞれにおける「1個の炭素6員環構造からなる骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数を、全て合計した数を意味する。上記(ii)の場合、2種以上の化合物(a2)のそれぞれにおける「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数を、全て合計した数を意味する。上記(iii)の場合、1種以上の化合物(a1)のそれぞれにおける「1個の炭素6員環構造からなる骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数と、1種以上の化合物(a2)のそれぞれにおける「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数とを、全て合計した数を意味する。   In the embodiment (Y), “the total number of substituents not contributing to the structure formation of the skeleton of the compound (a1) and the number of substituents not contributing to the structure formation of the skeleton of the compound (a2)” It has the following meaning. That is, in the case of (i) above, the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the “skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure” in each of two or more kinds of compounds (a1), It means the total number. In the case of (ii) above, the substitution that does not contribute to the structure formation of the skeleton of the “skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed” in each of the two or more compounds (a2) This means the total number of groups. In the case of (iii) above, the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the “skeleton having one carbon 6-membered ring structure” in each of the one or more compounds (a1) and one kind The total number of substituents not contributing to the structure formation of the skeleton of the “skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and / or condensed” in each of the above compounds (a2) is added up. Means number.

実施形態(Y)において、例えば、上記(i)の場合として、2種以上の化合物(a1)が下記の化学式(a1−5)および化学式(a1−6)で表される場合、化学式(a1−5)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の−OH基と4個の−H基であり、化学式(a1−6)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は4個の−OH基と2個の−H基であり、それらの合計は、6個の−OH基と6個の−H基である。また、例えば、上記(iii)の場合として、1種以上の化合物(a1)が下記の化学式(a1−5)および化学式(a1−7)で表され、1種以上の化合物(a2)が下記の化学式(a2−3)で表される場合、化学式(a1−5)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の−OH基と4個の−H基であり、化学式(a1−7)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の−OH基であり、化学式(a2−3)で表される化合物の2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の−OH基と6個の−H基である。   In the embodiment (Y), for example, in the case of (i) above, when two or more compounds (a1) are represented by the following chemical formulas (a1-5) and (a1-6), the chemical formula (a1 Substituents that do not contribute to the formation of a skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure of the compound represented by −5) are two —OH groups and four —H groups, and are represented by the chemical formula (a1 Substituents that do not contribute to the structure formation of a skeleton composed of one carbon six-membered ring structure of the compound represented by -6) are four —OH groups and two —H groups, and their total Are 6 —OH groups and 6 —H groups. For example, in the case of (iii) above, one or more compounds (a1) are represented by the following chemical formulas (a1-5) and (a1-7), and one or more compounds (a2) are In the chemical formula (a2-3), two substituents that do not contribute to the formation of a skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure of the compound represented by the chemical formula (a1-5) There are 6 substituents that are —OH group and 4 —H groups, and do not contribute to the formation of the skeleton composed of one carbon 6-membered ring structure of the compound represented by the chemical formula (a1-7). -OH group, and two or more substituents that do not contribute to the formation of a skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures of the compound represented by the chemical formula (a2-3) are bonded and / or condensed -OH group and 6 -H groups.

Figure 2017171517
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Figure 2017171517
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このような化合物(A)を用いることにより、反応触媒を必要とすることなく、自身の脱水反応による反応が起こるため、化学反応の副生成物や反応触媒がグラファイト膜中に存在してしまって致命的な不純物となることを抑制でき、より高品質なグラファイト膜を得ることができる。また、このような化合物(A)を用いることにより、可燃性ガスを使用することなく、比較的温和な温度環境下において、グラファイト膜を得ることができる。また、このような化合物(A)は、触媒作用を必要としない高反応性を有するため、グラファイト膜を製膜させる基板の影響を受けにくく、任意の基板の表面の任意の部分に任意の層数で製膜することができる。   By using such a compound (A), a reaction due to its own dehydration occurs without the need for a reaction catalyst, so that a by-product of the chemical reaction or a reaction catalyst exists in the graphite film. It can suppress becoming a fatal impurity, and a higher quality graphite film can be obtained. Moreover, by using such a compound (A), a graphite film can be obtained in a relatively mild temperature environment without using a combustible gas. Further, since such a compound (A) has high reactivity that does not require a catalytic action, it is hardly affected by the substrate on which the graphite film is formed, and an arbitrary layer is formed on an arbitrary portion of the surface of an arbitrary substrate. The film can be formed with a number.

≪≪グラファイト膜の製造方法≫≫
本発明のグラファイト膜の製造方法は、化合物(A)からグラファイト構造を有するグラファイト膜を製造する方法であって、温度T1℃に温度調節されたエリア(I)において該化合物(A)を加熱した後、温度T3℃に温度調節されたエリア(III)において基板上に該グラファイト膜を製膜する。このような製造方法によれば、高品質のグラファイト膜を製膜し得る。
≪≪Method for producing graphite film≫≫
The method for producing a graphite film of the present invention is a method for producing a graphite film having a graphite structure from a compound (A), wherein the compound (A) is heated in an area (I) adjusted to a temperature T1 ° C. Thereafter, the graphite film is formed on the substrate in the area (III) where the temperature is adjusted to T3 ° C. According to such a manufacturing method, a high quality graphite film can be formed.

エリア(I)において調節された温度T1℃は、実質的に一定の値の温度であってもよいし、一定範囲内の温度であってもよい。   The temperature T1 ° C. adjusted in the area (I) may be a substantially constant value or a temperature within a certain range.

エリア(III)において調節された温度T3℃は、実質的に一定の値の温度であってもよいし、一定範囲内の温度であってもよい。   The temperature T3 ° C. adjusted in the area (III) may be a substantially constant value or a temperature within a certain range.

本発明のグラファイト膜の製造方法は、好ましくは、気相プロセスである。   The method for producing a graphite film of the present invention is preferably a gas phase process.

本発明のグラファイト膜の製造方法は、好ましくは、不活性ガスの気流下、真空下で行われ、より好ましくは、不活性ガスの気流下で行われる。本発明のグラファイト膜の製造方法が不活性ガスの気流下で行われる場合は、該気流は、好ましくは、エリア(I)側からエリア(III)側に向かう気流である。不活性ガスとしては、代表的には、窒素ガスが挙げられる。本発明のグラファイト膜の製造方法が真空下で行われる場合は、好ましくは、エリア(I)側からエリア(III)側に向かって真空吸引される。   The method for producing a graphite film of the present invention is preferably carried out under an inert gas stream under a vacuum, and more preferably under an inert gas stream. When the method for producing a graphite film of the present invention is carried out under an inert gas flow, the air flow is preferably an air flow directed from the area (I) side to the area (III) side. A typical example of the inert gas is nitrogen gas. When the method for producing a graphite film of the present invention is performed under vacuum, vacuum suction is preferably performed from the area (I) side toward the area (III) side.

本発明のグラファイト膜の製造方法が不活性ガスの気流下で行われる場合、該気流の速度は、好ましくは0.1L/min〜100L/minであり、より好ましくは0.5L/min〜70L/minであり、さらに好ましくは1L/min〜50L/minであり、特に好ましくは5L/min〜30L/minである。本発明のグラファイト膜の製造方法が不活性ガスの気流下で行われる場合、該気流の速度を上記範囲内とすれば、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   When the method for producing a graphite film of the present invention is carried out under an inert gas stream, the velocity of the air stream is preferably 0.1 L / min to 100 L / min, more preferably 0.5 L / min to 70 L. / Min, more preferably 1 L / min to 50 L / min, and particularly preferably 5 L / min to 30 L / min. When the method for producing a graphite film of the present invention is carried out under an inert gas stream, a higher quality graphite film can be formed if the velocity of the air stream is within the above range.

エリア(III)において用いられる基板は、その上においてグラファイト膜を製膜できる基盤であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な基板を採用し得る。このような基板としては、例えば、ニッケル基板、シリコン基板などが挙げられる。   Any appropriate substrate can be adopted as long as the substrate used in the area (III) is a substrate on which a graphite film can be formed as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of such a substrate include a nickel substrate and a silicon substrate.

本発明のグラファイト膜の製造方法においては、好ましくは、エリア(I)とエリア(III)の間に、温度T2℃に温度調節されたエリア(II)を有し、T1<T2である。このような構成とすることにより、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   In the method for producing a graphite film of the present invention, preferably, the area (II) whose temperature is adjusted to a temperature T2 ° C. is provided between the area (I) and the area (III), and T1 <T2. With such a configuration, a higher quality graphite film can be formed.

図1は、本発明のグラファイト膜の製造装置の一つの実施形態の模式図である。図1において、反応管1000は、エリア(I)100とエリア(II)200とエリア(III)300の3つのゾーン内を通っている。反応管1000中においては、エリア(I)100側からエリア(III)300側に向かって、不活性ガスが気流10として流れている。エリア(I)100内における反応管1000中には、反応容器20上に置かれた化合物(A)30が存在している。エリア(III)300内における反応管1000中には、基板40が配置されている。エリア(I)100内において、反応管1000中の化合物(A)30は、温度T1℃に加熱されることにより昇華され、反応管1000中を、気流10とともにエリア(II)200に移動する。エリア(II)200内の反応管1000中において、昇華された化合物(A)30は温度T2℃に加熱されることにより分解され、続いて、反応管1000中を、気流10とともにエリア(III)300に移動する。その後、エリア(III)300内の反応管1000中において、温度T3℃に加熱されることにより基板40上にグラファイト膜が製膜される。   FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a graphite film of the present invention. In FIG. 1, the reaction tube 1000 passes through three zones of area (I) 100, area (II) 200, and area (III) 300. In the reaction tube 1000, an inert gas flows as an air flow 10 from the area (I) 100 side toward the area (III) 300 side. In the reaction tube 1000 in the area (I) 100, the compound (A) 30 placed on the reaction vessel 20 is present. The substrate 40 is disposed in the reaction tube 1000 in the area (III) 300. In the area (I) 100, the compound (A) 30 in the reaction tube 1000 is sublimated by being heated to a temperature T1 ° C., and moves in the reaction tube 1000 to the area (II) 200 together with the airflow 10. In the reaction tube 1000 in the area (II) 200, the sublimated compound (A) 30 is decomposed by being heated to a temperature T2 ° C., and subsequently, in the reaction tube 1000, together with the air flow 10, the area (III) Move to 300. Thereafter, a graphite film is formed on the substrate 40 by heating to a temperature T3 ° C. in the reaction tube 1000 in the area (III) 300.

エリア(I)における加熱温度T1℃とエリア(II)における加熱温度T2℃とは、好ましくは、T1<T2の関係にある。このような関係にあることにより、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   The heating temperature T1 ° C. in the area (I) and the heating temperature T2 ° C. in the area (II) are preferably in a relationship of T1 <T2. By having such a relationship, a higher quality graphite film can be formed.

T1は、好ましくは、化合物(A)の分解温度未満である。なお、化合物(A)が2種以上の化合物である場合には、T1は、好ましくは、該2種以上の化合物のそれぞれの分解温度の中で最も低い分解温度未満である。T1が化合物(A)の分解温度未満(化合物(A)が2種以上の化合物である場合には、T1が該2種以上の化合物のそれぞれの分解温度の中で最も低い分解温度未満)であることにより、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   T1 is preferably less than the decomposition temperature of the compound (A). In addition, when compound (A) is 2 or more types of compounds, T1 is preferably lower than the lowest decomposition temperature among the respective decomposition temperatures of the 2 or more types of compounds. T1 is less than the decomposition temperature of compound (A) (when compound (A) is two or more compounds, T1 is less than the lowest decomposition temperature among the respective decomposition temperatures of the two or more compounds). As a result, a higher quality graphite film can be formed.

T1は、化合物(A)の種類によって任意の適切な値に設定し得る。このようなT1は、具体的には、好ましくは100℃〜500℃であり、より好ましくは130℃〜400℃であり、さらに好ましくは150℃〜350℃であり、特に好ましくは170℃〜300℃である。T1が上記範囲内にあれば、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   T1 can be set to any appropriate value depending on the type of the compound (A). Specifically, such T1 is preferably 100 ° C to 500 ° C, more preferably 130 ° C to 400 ° C, still more preferably 150 ° C to 350 ° C, and particularly preferably 170 ° C to 300 ° C. ° C. If T1 is within the above range, a higher quality graphite film can be formed.

T2は、好ましくは、化合物(A)の分解温度以上である。なお、化合物(A)が2種以上の化合物である場合には、T2は、好ましくは、該2種以上の化合物のそれぞれの分解温度の中で最も高い分解温度以上である。T2が化合物(A)の分解温度以上(化合物(A)が2種以上の化合物である場合には、T2が該2種以上の化合物のそれぞれの分解温度の中で最も高い分解温度以上)であることにより、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   T2 is preferably equal to or higher than the decomposition temperature of the compound (A). In addition, when compound (A) is 2 or more types of compounds, T2 is preferably higher than or equal to the highest decomposition temperature among the respective decomposition temperatures of the 2 or more types of compounds. T2 is equal to or higher than the decomposition temperature of compound (A) (when compound (A) is two or more compounds, T2 is equal to or higher than the highest decomposition temperature among the respective decomposition temperatures of the two or more compounds). As a result, a higher quality graphite film can be formed.

T2は、化合物(A)の種類によって任意の適切な値に設定し得る。このようなT2は、具体的には、好ましくは150℃〜700℃であり、より好ましくは170℃〜600℃であり、さらに好ましくは200℃〜500℃であり、特に好ましくは230℃〜400℃である。T2が上記範囲内にあれば、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   T2 can be set to any appropriate value depending on the type of compound (A). Specifically, such T2 is preferably 150 ° C to 700 ° C, more preferably 170 ° C to 600 ° C, still more preferably 200 ° C to 500 ° C, and particularly preferably 230 ° C to 400 ° C. ° C. If T2 is within the above range, a higher quality graphite film can be formed.

T3は、エリア(III)において基板上にグラファイト膜を製膜するための加熱温度であり、具体的には、好ましくは150℃〜700℃であり、より好ましくは200℃〜600℃であり、さらに好ましくは250℃〜550℃であり、特に好ましくは300℃〜500℃である。T3が上記範囲内にあれば、より高品質のグラファイト膜を製膜し得る。   T3 is a heating temperature for forming a graphite film on the substrate in the area (III), specifically, preferably 150 ° C. to 700 ° C., more preferably 200 ° C. to 600 ° C., More preferably, it is 250 to 550 degreeC, Most preferably, it is 300 to 500 degreeC. If T3 is within the above range, a higher quality graphite film can be formed.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味する。また、本明細書において、「質量」は「重量」と読み替えても良い。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these Examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by mass” and “%” means “% by mass”. In this specification, “mass” may be read as “weight”.

<3ゾーン焼成>
3ゾーン焼成は以下の3ゾーン焼成装置、設定により行った。
3ゾーン焼成装置:光洋サーモシステム株式会社製のKTF647を使用し、入り口側から順にエリア(I)、エリア(II)、エリア(III)とした。
焼成条件:各エリアにおけるヒーターそれぞれを独立に温度調整できる設定とした。
<3-zone firing>
The three-zone firing was performed using the following three-zone firing apparatus and settings.
Three-zone baking apparatus: KTF647 manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd. was used, and the area (I), area (II), and area (III) were sequentially formed from the entrance side.
Firing conditions: The heaters in each area were set so that the temperature could be adjusted independently.

<TG−DTA分析>
TG−DTA分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:示唆熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製、TG/DTA6200)
測定条件:窒素雰囲気条件、昇温速度5℃/分。昇華温度は1%重量減時の温度、分解温度のdTAの極大温度とした。
<TG-DTA analysis>
The TG-DTA analysis was performed with the following equipment and conditions.
Measuring device: Suggested thermo-thermogravimetric simultaneous measuring device (Seiko Instruments, TG / DTA6200)
Measurement conditions: nitrogen atmosphere conditions, temperature rising rate 5 ° C./min. The sublimation temperature was the temperature at 1% weight loss and the maximum temperature of the decomposition temperature dTA.

<ラマン分光分析>
ラマン分光分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:顕微ラマン(日本分光NRS−3100)
測定条件:532nmレーザー使用、対物レンズ20倍、CCD取り込み時間1秒、積算64回(分解能=4cm−1)
薄層グラファイト構造が存在する場合は、グラファイト構造に特有のGバンド(1600cm−1付近)、Dバンド(1350cm−1付近)、薄層のグラファイトに特有なG’バンド(2700cm−1付近)、D+D’バンド(2900cm−1付近)、2D’バンド(3200cm−1付近)が観察される。また、Gと名のつくバンドはグラファイトに由来するピークであり、Dと名のつくバンドはグラファイトの欠陥に由来するピークである。そのため、Gと名のつくバンドは強度が高く、シャープであることがよりきれいなグラファイトであると言え、Dと名のつくバンドは強度が低いほどよりきれいなグラファイトであると言える。
<Raman spectroscopy>
The Raman spectroscopic analysis was performed with the following apparatus and conditions.
Measuring device: Micro Raman (JASCO NRS-3100)
Measurement conditions: 532 nm laser used, objective lens 20 times, CCD capture time 1 second, total 64 times (resolution = 4 cm-1)
If the thin layer graphite structure exists, (around 1600 cm -1) G bands specific to graphite structure, (around 1350 cm -1) D band characteristic G 'band graphite thin layer (2700 cm around -1), A D + D ′ band (near 2900 cm −1 ) and a 2D ′ band (near 3200 cm −1 ) are observed. The band named G is a peak derived from graphite, and the band named D is a peak derived from defects in graphite. Therefore, it can be said that the band named G has higher strength and sharpness is a cleaner graphite, and the band named D is cleaner graphite as the strength is lower.

〔実施例1〕
ヘキサヒドロキシベンゼントリスオキサレート(HBTO、特開2016-26984号公報に記載の方法で合成、TG−DTAにより推定される昇華温度が290℃、分解温度が350℃):100mgを石英ボートに入れ、3ゾーン焼成炉に設置した石英管のエリア(I)に置いた。石英管のエリア(III)にはニッケル基板を設置し、ロータリーポンプで真空引きしたのち、窒素置換する操作を3回繰り返した。窒素置換後、エリア(I)側からエリア(III)側に向かって、流速10L/minで窒素をフローさせながら、エリア(I)を300℃、エリア(II)を500℃、エリア(III)を300℃に加熱した。加熱した状態で15分放置し、冷却後、ニッケル基板を取り出し、表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図2)。図2に示すように、グラファイト膜(特に薄層のグラファイト)に特有のバンドが観察された。
[Example 1]
Hexahydroxybenzene trisoxalate (HBTO, synthesized by the method described in JP-A-2016-269984, sublimation temperature estimated by TG-DTA is 290 ° C., decomposition temperature is 350 ° C.): 100 mg is put in a quartz boat, It was placed in the area (I) of the quartz tube installed in the three-zone firing furnace. A nickel substrate was placed in the area (III) of the quartz tube, vacuumed with a rotary pump, and then replaced with nitrogen three times. After nitrogen substitution, while flowing nitrogen at a flow rate of 10 L / min from area (I) side to area (III) side, area (I) is 300 ° C., area (II) is 500 ° C., area (III) Was heated to 300 ° C. After being left for 15 minutes in the heated state, after cooling, the nickel substrate was taken out and the graphite film on the surface was evaluated by Raman analysis (FIG. 2). As shown in FIG. 2, a band peculiar to the graphite film (especially thin graphite) was observed.

〔実施例2〕
ヘキサヒドロキシベンゼントリスオキサレートに代えてヒドロキノン(東京化成工業株式会社製、TG−DTAにより推定される昇華温度が180℃、分解温度が240℃)を用いた以外は実施例1に記載の方法と同様の操作を行った。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図3)。図3に示すように、グラファイト膜(特に薄層のグラファイト)に特有のバンドが観察された。
[Example 2]
The method described in Example 1 except that hydroquinone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., sublimation temperature estimated by TG-DTA is 180 ° C., decomposition temperature is 240 ° C.) is used instead of hexahydroxybenzene trisoxalate. The same operation was performed. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 3). As shown in FIG. 3, a band specific to the graphite film (particularly a thin layer of graphite) was observed.

〔実施例3〕
ヘキサヒドロキシベンゼントリスオキサレートに代えてフロログルシノール(東京化成工業株式会社製、TG−DTAにより推定される昇華温度が200℃、分解温度が330℃)を用いた以外は実施例1に記載の方法と同様の操作を行った。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図4)。図4に示すように、グラファイト膜(特に薄層のグラファイト)に特有のバンドが観察された。
Example 3
As described in Example 1, except that phloroglucinol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., sublimation temperature estimated by TG-DTA is 200 ° C., decomposition temperature is 330 ° C.) is used instead of hexahydroxybenzene trisoxalate. The same operation as the method was performed. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 4). As shown in FIG. 4, a band peculiar to a graphite film (especially a thin layer of graphite) was observed.

〔実施例4〕
エリア(I)を200℃、エリア(II)を350℃、エリア(III)を500℃に加熱した以外は実施例2に記載の方法と同様の操作を行った。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図5)。図5に示すように、グラファイト膜(特に薄層のグラファイト)に特有のバンドが観察され、特にきれいなグラファイト構造が達成できた(D+D’、2D’バンドが小さい)。
Example 4
The same operation as that described in Example 2 was performed except that the area (I) was heated to 200 ° C., the area (II) was heated to 350 ° C., and the area (III) was heated to 500 ° C. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 5). As shown in FIG. 5, a band peculiar to a graphite film (particularly a thin layer of graphite) was observed, and a particularly beautiful graphite structure was achieved (D + D ′, 2D ′ bands were small).

〔実施例5〕
エリア(I)を250℃、エリア(II)を350℃、エリア(III)を500℃に加熱した以外は実施例3に記載の方法と同様の操作を行った。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図6)。図6に示すように、グラファイト膜(特に薄層のグラファイト)に特有のバンドが観察され、特にきれいなグラファイト構造が達成できた(G/D比も大きく、Dと名のつくバンドが小さい)。
Example 5
The same operation as that described in Example 3 was performed except that area (I) was heated to 250 ° C., area (II) was heated to 350 ° C., and area (III) was heated to 500 ° C. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 6). As shown in FIG. 6, a band peculiar to the graphite film (especially a thin layer of graphite) was observed, and a particularly beautiful graphite structure was achieved (the G / D ratio was large and the band named D was small).

〔比較例1〕
HBTOを、脱水アセトン(和光純薬工業)に溶解し(20重量%溶液)、その溶液をスピンコーター(2000rpm、30s)により洗浄済みのニッケル基板に塗布した。この塗布基板をホットプレートで窒素雰囲気下、350℃で2時間焼成した。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図7)。図7に示すように、グラファイト膜に特有のバンド(GおよびDバンド)が観察されたが、ブロードであること、G’、D+D’、2D’バンドがブロードで重なっていることから、アモルファスな成分が多く、きれいなグラファイト構造が形成できていないことがわかった。
[Comparative Example 1]
HBTO was dissolved in dehydrated acetone (Wako Pure Chemical Industries) (20 wt% solution), and the solution was applied to a cleaned nickel substrate with a spin coater (2000 rpm, 30 s). This coated substrate was baked at 350 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere on a hot plate. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 7). As shown in FIG. 7, bands (G and D bands) peculiar to the graphite film were observed. However, since the bands are broad and the G ′, D + D ′, and 2D ′ bands overlap with each other, they are amorphous. It was found that there were many components and a clean graphite structure could not be formed.

〔比較例2〕
フロログルシノールを、脱水アセトン(和光純薬工業)に溶解し、0.1%溶液を調製した。この溶液をアルミニウム基板に塗布し、窒素雰囲気下500℃で焼成した。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図8)。図8に示すように、グラファイト膜に特有のバンド(GおよびDバンド)が観察されたが、ブロードであること、G’、D+D’、2D’バンドがブロードで重なっていることから、アモルファスな成分が多く、きれいなグラファイト構造が形成できていないことがわかった。
[Comparative Example 2]
Phloroglucinol was dissolved in dehydrated acetone (Wako Pure Chemical Industries) to prepare a 0.1% solution. This solution was applied to an aluminum substrate and baked at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 8). As shown in FIG. 8, bands (G and D bands) peculiar to the graphite film were observed. However, since the bands are broad and the G ′, D + D ′, and 2D ′ bands overlap with each other, they are amorphous. It was found that there were many components and a clean graphite structure could not be formed.

〔比較例3〕
簡易的なCVDを模した手法として、ヒドロキノンを、窒素雰囲気下、蒸着によりあらかじめ350℃に加熱したニッケル基板に製膜した。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図9)。図9に示すように、グラファイト膜に特有のバンド(GおよびDバンド)が観察されたが、ブロードであること、G’、D+D’、2D’バンドがブロードで重なっていることから、アモルファスな成分が多く、きれいなグラファイト構造が形成できていないことがわかった。
[Comparative Example 3]
As a method simulating simple CVD, hydroquinone was deposited on a nickel substrate heated to 350 ° C. in advance by vapor deposition under a nitrogen atmosphere. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 9). As shown in FIG. 9, bands (G and D bands) peculiar to the graphite film were observed. However, since the bands are broad and the G ′, D + D ′, and 2D ′ bands overlap with each other, they are amorphous. It was found that there were many components and a clean graphite structure could not be formed.

〔比較例4〕
ヒドロキノンに代えてフロログルシノールを用いた以外は比較例3に記載の方法と同様の操作を行った。表面のグラファイト膜をラマン分析により評価した(図10)。図10に示すように、グラファイト膜に特有のバンド(GおよびDバンド)が観察されたが、ブロードであること、G’、D+D’、2D’バンドがブロードで重なっていることから、アモルファスな成分が多く、きれいなグラファイト構造が形成できていないことがわかった。
[Comparative Example 4]
The same operation as that described in Comparative Example 3 was performed except that phloroglucinol was used instead of hydroquinone. The surface graphite film was evaluated by Raman analysis (FIG. 10). As shown in FIG. 10, bands peculiar to the graphite film (G and D bands) were observed. However, since the bands were broad and the G ′, D + D ′, and 2D ′ bands overlapped with the broad, they were amorphous. It was found that there were many components and a clean graphite structure could not be formed.

本発明の製造方法で得られるグラファイト膜は、例えば、耐腐食性、耐摩耗性や潤滑性保護膜、また、電界効果トランジスタなどに利用可能である。   The graphite film obtained by the production method of the present invention can be used for, for example, a corrosion resistance, abrasion resistance and lubricity protective film, and a field effect transistor.

Claims (3)

加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)からグラファイト構造を有するグラファイト膜を製造する方法であって、
温度T1℃に温度調節されたエリア(I)において該化合物(A)を加熱した後、温度T3℃に温度調節されたエリア(III)において基板上に該グラファイト膜を製膜する、
グラファイト膜の製造方法。
A method for producing a graphite film having a graphite structure from a compound (A) that undergoes a condensation reaction between the same molecules and / or different molecules by heating,
After heating the compound (A) in the area (I) adjusted to a temperature T1 ° C., the graphite film is formed on the substrate in the area (III) adjusted to a temperature T3 ° C.
A method for producing a graphite film.
前記エリア(I)と前記エリア(III)の間に、温度T2℃に温度調節されたエリア(II)を有し、T1<T2である、請求項1に記載のグラファイト膜の製造方法。   2. The method for producing a graphite film according to claim 1, wherein the area (II) is adjusted to a temperature T2 ° C. between the area (I) and the area (III), and T1 <T2. 前記T1が前記化合物(A)の分解温度未満であり、前記T2が前記化合物(A)の分解温度以上である、請求項2に記載のグラファイト膜の製造方法。



The method for producing a graphite film according to claim 2, wherein the T1 is lower than the decomposition temperature of the compound (A) and the T2 is equal to or higher than the decomposition temperature of the compound (A).



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