[发明专利]石墨烯制造用铜箔以及石墨烯的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造石墨烯的铜箔、以及石墨烯的制造方法。

背景技术

石墨具有若干个平坦排列的碳六元环的层堆叠而成的层状结构，该单原子层～数原子层左右的物质被称为石墨烯或石墨烯片。石墨烯片具有独有的电气、光学及机械特性，尤其是载流子移动速度为高速。因此，期待石墨烯片在例如燃料电池用隔膜、透明电极、显示元件的导电性薄膜、无汞荧光灯、复合材料、药物传递系统（DDS）的载体等产业界中的广泛应用。

作为制造石墨烯片的方法，已知有用粘合带剥离石墨的方法，但存在所得的石墨烯片的层数并不固定，难以获得大面积的石墨烯片，也不适于大量生产的问题。

因此，开发出通过在片状的单晶石墨化金属催化剂上接触碳系物质后，进行热处理而使石墨烯片生长的技术（化学气相沉积（CVD）法）（专利文献1）。作为该单晶石墨化金属催化剂，记载有Ni、Cu、W等的金属基板。

同样地，报告有通过化学气相沉积法在Ni或Cu的金属箔或Si基板上形成的铜层上将石墨烯进行制膜的技术。需要说明的是，石墨烯的制膜是以1000℃左右进行（非专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－143799号公报

非专利文献1：SCIENCE Vol. 324 (2009) P1312－1314。

发明内容

发明要解决的问题

然而，如专利文献1那样制造单晶的金属基板并不容易且成本极高，另外，存在难以获得大面积的基板，进而难以获得大面积的石墨烯片的问题。另一方面，在非专利文献1中记载了将Cu用作基板，但在Cu箔上石墨烯在短时间内不会在面方向上生长，且在Si基板上形成的Cu层通过退火而以粗大颗粒的形式成为基板。在这种情况下，石墨烯的大小受到Si基板尺寸的限制，制造成本也高。

此处，铜作为石墨烯生长的催化剂优异的原因在于，铜几乎不使碳固溶。并且，铜作为催化剂发挥作用而通过烃气体的热分解产生的碳原子会在铜表面形成石墨烯。进而，由石墨烯覆盖的部分的铜失去催化剂作用，因而在该部分烃气体不会进一步热分解，石墨烯难以成为多层而获得石墨烯的单层。因此，就此方面而言铜的单晶作为石墨烯制造用基板是优异的，但由于价格昂贵且尺寸被限定，因而不适合于制膜大面积的石墨烯。

另一方面，铜箔易于大面积化，但本发明人将铜箔作为基板制造石墨烯时，结果可知石墨烯的片电阻增大而使品质劣化。

即，本发明的目的在于提供能够以低成本生产大面积的石墨烯的石墨烯制造用铜箔及使用其的石墨烯的制造方法。

即，本发明的石墨烯制造用铜箔以1000℃加热1小时之前，利用扫描电子显微镜进行表面元素分析所测定的直径为0.5μm以上的氧化物和硫化物的总计个数为15个/mm²以下。

另外，本发明的石墨烯制造用铜箔，通过扫描电子显微镜对以1000℃加热1小时之前的剖面中平行于轧制方向且垂直于轧制面的剖面、即深度为从表面至10μm且总计面积为3 mm²的区域进行元素分析时，直径为0.5μm以上的氧化物和硫化物的总计个数为100个/mm²以下。

另外，本发明的石墨烯制造用铜箔，利用共聚焦显微镜对以1000℃加热1小时后的1mm²的表面进行测定，逐一取得所得的表面的二维图像中由轮廓所包围的粒状部分的高度分布，将从最低高度DM的位置起在面方向且轧制平行方向上±25 μm的范围内最高部分的高度DS视为基线高度时，凹部的深度ds＝DS－DM，将ds为1.5μm以上的视为上述凹部进行计数时，上述凹部的个数为20个/mm²以下。

另外，本发明的石墨烯制造用铜箔，利用共聚焦显微镜对以1000℃加热1小时后的1mm²的表面进行测定，逐一取得所得的表面的二维图像中由轮廓所包围的粒状部分的高度分布，将从最高高度HM的位置起在面方向且轧制平行方向上±25 μm的范围内最低部分的高度HS视为基线高度时，凸部的高度dt＝HM－HS，将dt为1.5μm以上的视为上述凸部进行计数时，上述凸部的个数为100个/mm²以下。

在本发明的石墨烯制造用铜箔中，Cu的纯度优选为99.95～99.995质量%。