KR20150028229A - 그래핀의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

단층 그래핀(201)과 복수층 그래핀(202)과 그래파이트(203)가 부유한 분산체(303)와, 분산체(303)에 자장을 가함으로써, 분산체(303)로부터 단층 그래핀(201)을 분리하는 그래핀의 제조를 이용한다. 상기 자장 인가 공정에 있어서, 단층 그래핀(201)과 복수층 그래핀(202)과 그래파이트(203)의 반자성의 힘의 차에 의해, 단층 그래핀(201)과 복수층 그래핀(202)과 그래파이트(203)를 용매중에서 상이한 위치에 위치시키고 분리하는 그래핀의 제조 방법을 이용한다.

Description

그래핀의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING GRAPHENE}

본 발명은, 투명 전극, 전지 전극, 반도체 소자에 적용할 수 있는 그래핀의 제조 방법에 관한 것이다.

그래핀은 그래파이트 결정이 1층으로 존재하는, 매우 특이한 물성을 나타내는 물질로서 주목을 끌고 있다. 그래핀의 특이한 물성으로는, 고 전기이동도, 고 열전도성, 고 강도, 고 광투과성 등이 있고, 많은 매력적인 물성을 갖고 있다. 이 특이한 물성은, 새로운 일렉트로닉스 디바이스나 나노테크놀로지 재료로서 유용성이 기대되고 있다.

이 그래핀의 종래의 제조 방법으로서 화학적 박리법(특허 문헌 1)이 있다.

또, 본 발명의 설명에서는, 1층으로 존재하는 그래파이트를 단층 그래핀, 2층~10층으로 존재하는 그래파이트를 복수층 그래핀, 그보다 많은 층을 갖는 그래파이트는, 그래파이트라 한다. 그래핀이라고만 기재된 경우에는, 단층 그래핀과 복수층 그래핀이 혼재한 상태를 나타낸다.

화학적 박리법은, 우선 산화 그래파이트를 제작하기 위해서, 그래파이트 분말을 농황산 중에서 과망간산칼륨을 이용하여 산화시킨 후에, 반응물을 황산중에 담그고, 과산화수소를 추가해 반응시킴으로써 조정된다.

다음에, 산화로 얻어진 산화 그래파이트에 초음파를 조사하고, 층방향으로 박리시킨다.

그 후, 박리 산화 그래파이트를 순수에 분산시킨 산화 그래파이트 용액을 원심 분리기에 넣고 상등액을 취출한다. 이 상등액에, 단층의 산화 그래핀과 복수층의 산화 그래핀이 포함되어 있다.

도 11은, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 제조 방법에 의해 얻어진 복수층 산화 그래핀의 SPM 화상(주사형 프로브 현미경에 의한 사진 화상)을 나타낸다. 얻어진 산화 그래핀(1001)의 분석 개소(21, 22, 23)의 두께는, 약 0.8nm이며, 2~3층의 복수층 산화 그래핀이 포함되어 있다. 얻어진 산화 그래핀(1001)은, 환원 분위기, 혹은 진공 분위기에 있어서, 200℃~1500℃의 온도에서 1시간~48시간의 환원 처리를 행함으로써, 복수층 그래핀이 된다.

도 12는, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 제조 방법에 의해 얻어진 복수층의 산화 그래핀을 랜덤으로 100장 분석했을 때의 두께와 빈도를 나타내는 도면이다.

특허 문헌 1의 제법에 의해 얻어지는 1nm 이하의 복수층의 산화 그래핀은 50% 정도이다. 이 중에는, 단층의 산화 그래핀도 일부 포함되어 있다고 생각된다. 그러나, 단층, 2층, 3층의 그래핀으로 분리하는 것은 곤란하고, 환원해도, 목적의 층수의 그래핀을 얻을 수 없다.

일본국 특허 공개 2011-98843호 공보

그러나, 종래의 화학적 박리법은, 그래파이트 분말을 산화시켜 초음파에 의해 박리 후, 원심 분리기를 이용하여, 산화 그래핀의 분리를 행하는데, 다양한 층수의 산화 그래핀이 혼입되어 있어, 단층의 산화 그래핀만을 분리할 수 없다고 하는 과제를 갖고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 그래핀의 제조 방법은, 단층 그래핀과 복수층 그래핀과 그래파이트 입자가 부유한 그래핀 분산체와 분산체에 자장을 가함으로써, 분산체로부터 단층 그래핀을 분리하는 특징을 갖고, 그래핀의 제조를 행한다.

본 발명에 의하면, 다양한 층수의 그래핀이 혼재되어 있는 상태로부터, 단층 또는 목적의 층수의 그래핀을 분리할 수 있다.

도 1은, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는, 실시형태에 있어서의 그래파이트의 분쇄 시스템의 모식도이다.
도 3은, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 층수가 혼재하는 그래핀의 SPM 화상의 도면이다.
도 4는, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 그래파이트 분말을 에탄올에 분산시킨 분산체의 모식 사시도이다.
도 5a는, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 분산체를 포함하는 용기를 자석 상에 배치한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5b는, 도 5a의 단면 모식도이다.
도 6은, 원리를 설명하는 모식도이다.
도 7은, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법 공정중에서의 실리콘 웨이퍼 상의 단층 그래핀의 SPM 화상의 도면이다.
도 8a는, 도 7의 라인 1을 따른 방향에서의 높이 분석을 행한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 8b는, 도 7의 라인 2를 따른 방향에서의 높이 분석을 행한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 분산체의 액면으로부터 1cm 하부의 분산체로부터 채취한 단층 그래핀 및 복수층 그래핀을 랜덤으로 100개소 분석했을 때의 그래핀의 두께와 분포율을 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시형태에 있어서의 그래핀의 제조 방법의 분산체의 액면으로부터 1.5cm 하부의 분산체로부터 채취한 단층 그래핀 및 복수층을 랜덤으로 100개소 분석했을 때의 그래핀의 두께와 분포율을 나타내는 도면이다.
도 11은, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 복수층 산화 그래핀의 SPM 화상도이다.
도 12는, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 제조 방법에 의해 얻어진 복수층 산화 그래핀을 랜덤으로 100개소 분석했을 때의 두께와 분포율을 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(그래파이트)

그래파이트는, 탄소 원자가 육각형의 거북이 등딱지형상으로 격자가 평면으로 배열되고, 그들 층이 적층된 층형 구조를 갖는 물질이다.

그래파이트로는, 광물로서 산출되는 천연 그래파이트, CVD법으로 제작되는 박막형 그래파이트, 유기 필름을 고온에서 열처리함으로써 제작되는 결정성이 높은 그래파이트(결정성 그래파이트)가 알려져 있다.

결정성이 높은 그래파이트란, X선 회절 분석 장치로 측정하면, (002)의 피크의 반치폭이 0.1°이하를 나타낸다. 결정성이 높은 그래파이트를 사용함으로써, 결정의 사이즈가 커져, 그래파이트의 반데르발스 힘으로 결합하고 있는 층형의 약한 결합이 절단되기 쉬워져, 큰 그래핀 입자를 취출하는 것이 가능하다고 추측된다.

또, 전자나 열의 이동의 방해가 되는 입계가 적기 때문에, 그래핀의 전기, 열특성도 향상된다고 생각된다.

이 실시형태에서는, 유기 필름을 불활성 가스중에서, 약 2500도로, 열처리 할 수 있었던 결정성 그래파이트를 원료로서 이용하여, 결정성 그래파이트를 분쇄하고, 단층 그래핀을 제작했다.

이용한 결정성 그래파이트의 열 전도율은 1200~1600W/mK이다.

결정성이 높으면 그래파이트의 내부에 결함이 적고, 거북이 등딱지형상으로 탄소 원자가 가지런히 배열된다. 그 때문에, 탄소 전자의 스핀이 규칙적으로 나열되고, 반자성이 강해진다.

금번에 이용한 결정성 그래파이트 이외에, 천연 그래파이트이나 CVD로부터 얻어지는 결정성 그래파이트를 이용한 경우에서도, 탄소 원자의 결합 에너지는 같기 때문에, 동일한 결과가 얻어진다.

예를 들면, 결정성 그래파이트의 제조 방법으로는, 일본국 특허 공개 평 8-262199호 공보, 일본국 특허 공개 평 9-156913호 공보에 기재된 방법을 이용할 수 있다.

(제조 프로세스)

제조 프로세스를, 도 1을 이용하여 설명한다.

공정 a에서, 결정성 그래파이트의 조분쇄를 한다.

원료인 결정성 그래파이트를 조분쇄를 행함으로써, 직경 수mm의 결정성 그래파이트 분말을 제작한다.

도 2는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 결정성 그래파이트의 분쇄 시스템의 모식도이다.

우선, 원료인 결정성 그래파이트를, 원료 공급 탱크(101)에 넣고, 커터 밀(102)에 의해 조분쇄를 행함으로써, 직경 수mm의 결정성 그래파이트 분말을 제작한다.

공정 b에서, 공정 a에서 얻어진 결정성 그래파이트 분말을 미세하게 분쇄한다.

그 후, 얻어진 결정성 그래파이트 분말을 제트 밀(103)(호소카와미크론 주식회사의 터보프렉스 ATP)에 공급하고, 에어 호스(105)로부터 공급되는 0.58MPa의 고압 에어에 의해서 분쇄 존(104)에 발생하는 제트 기류에 의해, 결정성 그래파이트를 미세하게 분쇄한다.

공정 c에서, 공정 b에서 분쇄된 결정성 그래파이트 분말을 분급하고, 미세한 그래파이트 분말을 회수한다.

분쇄된 결정성 그래파이트 분말은, 제트 밀(103) 내에 발생하는 기류에 의해, 미세하고 경량인 결정성 그래파이트 분말만이 제트 밀(103) 내의 상부로 날아올라가, 또한 20000RPM로 고속 회전하는 분급기(106)를 통과한 분말만을 회수 탱크(107)에 회수한다.

또, 에어의 배기 덕트(108)에는 필터(109)를 설치하고, 배기되는 에어에 포함되는 미세한 결정성 그래파이트 분말도 필터(109)에 의해서 회수한다. 별도, 회수한 결정성 그래파이트 분말의 입경을 입도 분포계(마이크로 트랙 MT3300EX2, 니끼소(NIKKISO)(주) 제조)로 측정한 바, 수백 μm에서 수십 μm의 입자였다.

또, 상기 수법으로 제작한 분말에, 단층 그래핀, 복수층 그래핀이 포함되어 있는지를 다음에 확인했다. 상기 수법으로 얻어진 분말을 에탄올중에 분산하고, 실리콘 웨이퍼(200) 상에 도포 후, 에탄올을 건조시켜 SPM 화상으로 실리콘 웨이퍼 상을 분석한 사진을 도 3에 나타냈다. 도 3에서는, 두께가 0.3nm인 단층 그래핀(201), 두께가 10.4nm인 복수층 그래핀(202) 및 두께가 560nm인 그래파이트(203)의 존재를 확인했다. 각각의 면방향의 장변의 사이즈는 수 μm에서 수십 μm였다.

이용하는 용제로는, 그래파이트와의 젖음성이 좋은 알코올계를 이용한다. 수계인 경우에는, 그래파이트와의 젖음성이 나쁘기 때문에 계면활성제를 이용할 필요가 있다.

다른 용제로는, 에탄올, 아세톤, IPA 등을 사용할 수 있다.

제트 밀(103)로 분쇄함으로써, 결정성 그래파이트의 층간이 박리되고, 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을 제작하는 것이 가능하지만, 결정성 그래파이트를 제트 밀(103)에 의해 분쇄한 것만으로는, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)가 혼재되어 있는 상태이다. 또한, 제트 밀을 이용했으나, 볼 밀, 해머 크러셔 등의 다른 분쇄 방법이어도 된다.

이 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)가 혼재되어 있는 상태에서, 단층 그래핀(201)을 분리하는 수법을 다음에 설명한다.

공정 d에서는, 공정 c에서 얻어진 미세 결정성 그래파이트 분말을 용액에 분산시키고, 자력으로 분리하여, 필요한 부분을 취출하여, 용매를 증발시키고, 필요한 그래핀을 제작한다.

도 4는, 도 2에 나타낸 상기 수법으로 제작한 분말을 에탄올(302)에 분산시킨 분산체(303)의 모식도를 나타낸다.

분산체(303)는, 다음과 같이 하여 제작했다. 도 2에 나타낸 상기 수법으로 제작한 분말(상기 결정성 그래파이트를 제트 밀에 의해 분쇄함으로써 얻어짐을 확인할 수 있었던 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)를 포함하는 혼합 분말)을 1mg 계량하고, 용량 13.5ml, 용기 내경

20mm인 용기(301)에 투입 후, 에탄올(302)을 10ml 넣고 100W, 28kHz의 조건으로 5분간의 초음파 분산을 행하고, 응집되어 있던 그래핀을 분산시켜, 분산체(303)를 제작했다.

도 5a와 도 5b는, 분산체(303)를 포함하는 용기(301)를 자석(401) 상에 배치한 상태의 모식도를 나타낸다. 도 5a는, 자석(401) 상에, 분산체(303)를 포함하는 용기(301)를 배치하고, 15시간 후의 상태를 나타내는 모식도를 나타낸다.

직경

25mm, 두께 5mm, 1테슬라의 네오디뮴의 자석(401) 상에 분산체(303)를 포함하는 용기(301)를 배치하고, 15시간 방치했다. 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)의 혼합 용액에 자장을 가함으로써, 각각의 층수의 그래핀과 그래파이트 입자는, 각각이 갖는 반자성의 강도의 차에 따라 분리된다.

도 6을 이용하여 원리를 설명한다. 도 6은, 자석(401)과, 반자성체(601)의 관계를 나타내는 단면의 모식도이다. 용기(301)에는, 용매와 반자성체(601)가 존재한다.

자장은, 자석(401)으로부터, Z축의 상방을 향해 약해진다. 이 경우에, 반자성체(601)에 가해지는 힘은, 반자성력, 부력, 중력이다.

여기서, m은, 반자성체(601)의 질량, g는 중력, V는 반자성체(601)의 체적, ρ는 용제의 밀도, μ0은 진공에서의 투자율, △β/△z:Z방향 자계 변화, B:자계, χ:자화율이다.

중력으로부터, 부력과 반자성력의 합이 크면 상방으로 내몰린다. 상방으로 가면 자력이 약해지고, 용기(301)의 깊이가 적절하면 균형이 잡히는 위치가 있다.

여기서, 반자성체(601)를 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)라 한다. 모두, 탄소가 배열된 탄소화합물이며, 밀도는 같다. 체적과 질량의 관계도 같다. 그 결과, 이들 사이에서 상이한 것은, 자화율 χ이다.

특히, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202), 그래파이트(203)에서, 층수와 함께 자화율이 바뀐다. 층과 층 사이의 전자의 이동의 영향에 의해서 1층당 자화율은 그래핀이 크다. 층수와 함께, 자화율은 내려간다.

그 결과, 용매중에서, 자화율이 큰, 단층 그래핀(201)이 맨 위, 복수층 그래핀(202)이 그 아래, 그래파이트(203)가 하층에 위치한다.

(자력에 대해서)

자력과 인가 시간의 관계에 대해서는, 자력이 약해지면, 지수함수적으로 그래핀에 가해지는 자력이 감소한다. 그 때문에, 그래핀에 발생하는 반자력도 작아지고, 분리하기 위해서 걸리는 시간은 자력의 감소와 함께, 지수함수적으로 분리 시간이 길어진다. 따라서, 자력을 1테슬라에서 2테슬라로 하면, 3시간 정도의 방치로 분리할 수 있다.

여기서, 자력은, 최저 0.05테슬라 이상 필요하다. 이보다 작아지면, 각 층수의 그래핀이 섞여, 분리를 할 수 없다.

또, 자력이 5테슬라 이상으로 강한 경우, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)가 강한 반자력을 발생시켜 분산체(303)의 액면 표층까지 부유하기 때문에, 분리할 수 없다.

단, 금번의 용기의 사이즈는, 깊게 하면 분리하는 것은 가능해진다. 한편, 같은 자력이라면, 용기의 넓이에 상관없이, 같은 층수의 그래핀이라면, 거의 같은 깊이에 위치하여 분리할 수 있다.

따라서, 0.05테슬라 이상, 5테슬라보다 작은 자력이 필요하다. 바람직하게는, 0.5테슬라 이상, 3테슬라 이하이면 시간적, 정밀도적으로 좋다.

단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)는, 그들의 층수의 차에 따라, 발생하는 반자성의 자화율이 변화하는 것으로부터, 그래핀의 층수의 차에 따라, 자석(401)의 표면으로부터의 부유 거리가 변화하고 있다.

도 5b는, 도 5a의 단면 모식도를 나타낸다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 자석(401)에 발생하는 자장의 강도를 점선 화살표로 나타내고 있다. 이번, 분산체(303)에는, 자석(401)의 N극의 자장을 가하고 있지만, 그래핀 및 그래파이트는 반자성 물질이며, 자석(401)의 극성에 관계없이 반대 방향의 자계를 발생시키기 때문에, 자석의 극성은 특정하지 않아도 된다. 분산체(303)중에서는, 단층 그래핀(201)이 자장에 대한 반자성의 자화율이 가장 높고, 다음에, 복수층 그래핀(202)의 자장에 대한 반자성의 자화율이 높고, 그래파이트(203)는 반자성의 자화율이 약하다.

그 때문에, 자석(401) 표면으로부터 떨어진 개소에 단층 그래핀(201), 다음에, 복수층 그래핀(202), 마지막에 용기(301)의 바닥의 자석(401) 부근에 그래파이트(203)가 존재하고 있다.

금번에, 1테슬라의 네오디뮴 자석을 이용했는데, 페라이트 자석, 사마륨코발트 자석, 알니코 자석이나 전자석을 이용한 경우에도, 자장에 의해서 그래핀, 그래파이트의 반자성의 자화율이 정해지므로, 어떠한 자석을 이용해도 상관없다. 자력이 약한 경우에는, 단층 그래핀(201)과 복수층 그래핀(202)의 반자성의 자화율의 차가 작아지지만, 분산체 중으로 부상하는 거리는 변화하기 때문에 분리하는 것은 가능하다.

(단층 그래핀(201)의 분리)

단층 그래핀(201)은, 도 5b에 나타낸 분산체(303)의 액면으로부터 1cm 하부의 개소로부터, 스포이드를 이용하여, 분산체(303)를 0.05ml 채취하고, 채취한 분산체(303)를 실리콘 웨이퍼에 도포하고, 에탄올을 증발시킬 수 있었다. 도 7은, 실리콘 웨이퍼 상의 단층 그래핀(201)의 분석 화상을 나타낸다.

도 7의 콘트라스트가 어두운 개소가 실리콘 웨이퍼 표면, 콘트라스트가 밝은 개소가 단층 그래핀(201)을 나타낸다. 또, 가장 콘트라스트가 밝은 개소는, 단층 그래핀(201)이 겹쳐 있는 개소이다. 관찰된 단층 그래핀(201)은 10μm 정도의 면방향의 크기였다.

도 8a와 도 8b는, 도 7에 나타낸 라인의 개소에서, 높이 분석을 행한 결과를 나타낸다. 도 8a는, 1의 라인과 각 세로선 사이에서의 분석 결과를 나타내고, 도 8b는, 2의 라인과 각 세로선 사이에서의 분석 데이터를 나타낸다. 표 1, 2에 각각의 분석 결과를 나타낸다.

얻어진 그래핀의 두께를 SPM으로 분석한 결과, 1-1, 1-2, 1-3, 2-1의 고저차는 0.3nm이며, 단층 그래핀의 두께이며, 단층 그래핀이 겹쳐져 존재함을 알 수 있다.

또, 2-2는 고저차가 0.7nm이며, 단층 그래핀이 겹쳐진 상태임을 알 수 있다.

도 9는, 도 7에서 분석한 수법과 마찬가지로, 도 5b의 분산체(303)의 액면으로부터 1cm 하부의 개소로부터, 스포이드를 이용하여, 분산체(303)를 0.05ml 채취하고, 채취한 분산체(303)를 실리콘 웨이퍼에 도포해, 에탄올을 증발시킬 수 있었던 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을 랜덤으로 100개소 분석했을 때의 그래핀의 두께와 개수의 도면이다.

SPM에 의한 측정의 결과, 80%가 단층 그래핀이며, 고순도로 단층 그래핀(201)을 회수할 수 있었다.

(복수층 그래핀(202)의 분리)

다음에, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)가 혼재되어 있는 상태로부터, 복수층 그래핀(202)을 분리하는 수법을 설명한다.

복수층 그래핀(202)은, 단층 그래핀(201)보다 반자성에 의한 자화율이 약하고, 단층 그래핀이 얻어진 개소보다, 자석(401)측에 모여 있으므로, 분산체(303) 표면으로부터, 1.5cm 하부로부터 분산체(303)를 0.05ml 채취해, 실리콘 웨이퍼에 도포 후, 에탄올(302)을 증발시켜 복수층 그래핀(202)을 얻었다.

도 9는, 분산체(303)의 액면으로부터 1.5cm 아래의 부분에서부터 분산체(303)를 채취해, 실리콘 웨이퍼에 도포 후 건조시키고, 실리콘 웨이퍼 상에 잔존한 단층 그래핀 및 복수층 그래핀을 랜덤으로 100개소 분석했을 때의 그래핀의 두께와 개수의 도면이다.

자석(401)으로부터의 거리가 1.5cm의 개소의 에탄올을 채취하고, 상기와 동일한 방법으로, 존재율을 측정한 결과, 두께 1.0nm인 3층 그래핀이 76%의 비율로 분포하고 있음을 확인할 수 있었다.

도 9와 도 10의 결과로부터 알 수 있듯이, 깊이 방향에서, 분포가 발생했음을 알 수 있다. 가벼운 단층 그래핀은 상방에, 두껍고 무거운 그래핀이 보다 하방에 분포하고 있음을 알 수 있다. 즉, 자장으로부터 떨어진, 자장이 약한 곳에 단층 그래핀이 위치하고, 자장에 가까운, 자장이 강한 곳에 복수층 그래핀이 위치한다.

조건을 고정하고, 미리 존재율의 분포를 측정해 두면, 필요한 층수의 그래핀이 존재하는 장소를 알 수 있어, 취출할 수 있다. 당연히, 분석하고 나서 취출해도 된다.

이러한 결과로부터, 자장 중에서의 그래핀의 층수의 차에 의한 자화율의 변화에 따라, 그래핀의 층수별로 분리가 가능하다. 그래핀의 크기에 관계없이, 층수로 분포하고 있어, 필요한 층수의 그래핀을 취출할 수 있다.

상기 방법에서는, 용기(301)의 하부로부터 자계를 걸어, 상하 방향에서, 그래핀을 분포시켰으므로, 깊이 방향에서 용매마다, 필요한 것을 취출할 수 있었다. 또, 이물질도, 용매보다 밀도가 큰 것은 가라앉고, 밀도가 작은 것은 뜨므로, 그래핀으로부터 분리할 수 있다.

이 경우, 반자성이 강하고 층수가 적기 때문에 중력은 무시할 수 있다.

또한, 단층 그래핀과 복수층 그래핀을 1개의 그래핀 분류로 하고, 그래파이트로부터 그래핀을 분리하는 것도, 상기 실시형태로부터 할 수 있다. 단층 그래핀과 그 밖의 것을 분리하는 것도 가능하다. 층수별로 분리하는 것이 가능하다.

본 발명의 그래핀의 제조 방법은, 단층 그래핀 및, 복수층 그래핀을 고순도로 분리하여, 목적의 층수의 그래핀을 얻을 수 있는 특징을 갖고, 엘렉트로닉스 디바이스나 나노테크놀로지 재료로서 등의 반도체 디바이스나 투명 전극의 용도에도 적용할 수 있다.

21, 22, 23:분석 개소
101:원료 공급 탱크
102:커터 밀
103:제트 밀
104:분쇄 존
105:에어 호스
106:분급기
107:회수 탱크
108:배기 덕트
109:필터
200:실리콘 웨이퍼
201:단층 그래핀
202:복수층 그래핀
203:그래파이트
301:용기
302:에탄올
303:분산체
401:자석
601:반자성체
1001:산화 그래핀

Claims (12)

1. 그래핀과 그래파이트와 용매를 포함하는 용기를 준비하는 준비 공정과,
   상기 용매에 자장을 가해, 상기 그래핀과 상기 그래파이트를 상기 용매 중에서 상이한 위치에 위치시키는 자장 인가 공정과,
   상기 용매로부터 상기 그래핀을 취출하는 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 자장 인가 공정에 있어서,
   상기 그래핀과 상기 그래파이트의 반자성의 강도의 차에 의해,
   상기 그래핀과 상기 그래파이트를 상기 용매 중에서 상이한 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리 공정에 있어서, 상기 자장이 약한 부분에 상기 그래핀을 위치시키고, 상기 자장이 강한 부분에 상기 그래파이트를 위치시키는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 자장 인가 공정에서, 상기 용기 하부로부터 자장을 가하고, 수직 방향으로, 하방으로부터 상방을 향해, 상기 그래파이트와, 상기 그래핀을 이 순번으로 분포시키는, 그래핀의 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리 공정에서는, 자장의 강도와 상기 그래핀 또는 상기 그래파이트의 위치를 대응시키고, 상기 그래핀 또는 상기 그래파이트를 취출하는, 그래핀의 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리 공정에서는, 상기 용기의 일정 깊이의 부분의 상기 용매를 취출함으로써, 상기 그래핀, 상기 그래파이트 중 어느 하나를 취출하는, 그래핀의 제조 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 그래파이트는 11층 이상 적층된 그래핀인, 그래핀의 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 자장 인가 공정에서는, 0.05테슬라 이상, 5테슬라보다 작은 자력을 이용하는, 그래핀의 제조 방법.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그래핀과 상기 그래파이트를,
   그래파이트를 분쇄하는 분쇄 공정에 의해서 제작하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분쇄 공정은, 조(粗)분쇄를 행하는 공정과, 상기 조분쇄로 얻어진 분말을, 미세 분말로 더 분쇄하는 공정으로 이루어지는, 그래핀의 제조 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 조분쇄는 제트 밀로 행하는, 그래핀의 제조 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 분쇄 공정 후의 분쇄된 상기 그래파이트의 분말을 기류중에서 분류(分留)하고, 상기 그래핀과 상기 그래파이트를 얻는 분류(分留) 공정을 더 포함하는 그래핀의 제조 방법.
    

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