높은

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 10257(2015) 이 기사 인용

19,000번의 액세스

137 인용

51 알트메트릭

측정항목 세부정보

우리는 유연한 기판에 롤투롤 화학 기상 증착(CVD)을 위한 동심 튜브(CT) 반응기의 설계와 구리 호일에 그래핀을 연속 생산하는 데 적용하는 방법을 제시합니다. CTCVD 반응기에서 얇은 호일 기판은 내부 튜브 주위를 나선형으로 감싸고 동심원 튜브 사이의 간격을 통해 이동합니다. 우리는 벤치 규모 프로토타입 기계를 사용하여 25mm/min에서 500mm/min까지 다양한 이동 속도로 구리 기판에서 그래핀을 합성하고 연속적으로 움직이는 포일에서 그래핀의 균일성과 적용 범위에 대한 공정 매개변수의 영향을 조사합니다. 낮은 속도에서는 고품질의 단층 그래핀이 형성됩니다. 더 높은 속도에서는 작은 그래핀 도메인의 빠른 핵형성이 관찰되지만 CTCVD 시스템의 제한된 체류 시간으로 인해 유착이 방지됩니다. 우리는 내부 튜브의 방사형 구멍을 통해 탄소 공급원료를 주입하여 환원 대기와 탄소 함유 대기 사이의 원활한 등온 전이가 고품질 롤투롤 그래핀 CVD에 필수적이라는 것을 보여줍니다. 우리는 호일 품질과 미세 구조가 거시적 차원에서 그래핀의 균일성을 어떻게 제한하는지 논의합니다. 우리는 2-D 재료 제조에 대한 일반적인 요구 사항을 기반으로 CTCVD 설계를 확장하고 재구성하는 방법을 논의함으로써 결론을 내립니다.

비용 효과적인 대규모 생산을 요구하는 응용 분야와 2차원(2-D) 재료를 통합하려면 실험실 규모 합성 방법을 연속 제조 공정으로 변환할 수 있는 방법에 대한 이해가 필요합니다. 그래핀 박막의 경우 디스플레이 및 광전지용 투명 전극, 고성능 여과막 및 열화상 카메라1,2,3,4,5,6,7 등 유망한 응용 분야가 있습니다. 화학 기상 증착(CVD)을 통해 기판에 그래핀을 직접 합성하는 것은 박막 처리 도구와의 호환성과 넓은 영역에 대한 잠재적인 확장성으로 인해 이러한 응용 분야에서 매우 매력적인 기술로 부상했습니다1. 지속적인 연구 노력의 결과로, 기판에서 CVD에 의해 합성된 그래핀의 전기적 전달은 박리 그래핀의 전기적 전달에 접근하고 있으며, 증가하는 CVD 레시피 포트폴리오는 증가하는 크기(센티미터에서 웨이퍼 크기까지)와 다양성(예: 금속 호일 외에 Si 및 석영 위에 증착된 금속 박막)2,8,9,10,11,12.

롤투롤(R2R) 그래핀 생산을 위한 여러 시스템과 방법이 학술 문헌13,14,15,16,17에 제시되었습니다. 초기에 Hesjedal과 동료들은 1~40cm/min14의 속도로 Cu 포일(두께 25μm, 길이 1m)에 다층 그래핀을 R2R 생산하기 위해 수정된 튜브 퍼니스를 사용했습니다. Yamada와 동료들은 맞춤형 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템을 발표하고 폭 294mm의 Cu 포일을 사용하여 30cm/min의 공급 속도로 다층 그래핀을 완전히 덮는다고 보고했습니다. 플라즈마 강화 공정은 저온 성장(>400°C)을 가능하게 했지만 이로 인해 그래핀 품질과 도메인 크기도 제한되었습니다. 최근에 Kobayashi와 동료들은 두 개의 전극 롤러 사이에 공급되는 Cu 호일을 저항 가열하는 R2R CVD 시스템을 사용하여 Cu 호일(폭 230mm, 두께 36μm)에서 10cm/분의 속도로 고품질의 주로 단일층 그래핀을 생산했습니다. 후속 전사 후, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름인 최종 기판에서 89~98%의 그래핀 적용 범위가 보고되었습니다. 이러한 노력과 병행하여 배치식 CVD 성장에 있어서 주목할 만한 진전이 이루어졌습니다. 2010년에는 Bae et al. 튜브 퍼니스 내의 8인치 직경 석영 튜브 내부에 정적 처리를 위해 배치된 7.5인치 직경 석영 튜브를 감싸는 30인치 대각선 Cu 포일에 균일한 그래핀 필름을 생성했습니다. 그래핀 필름은 이어서 습식 화학적 에칭 후 PET로 옮겨졌습니다. Vlassiouk 등은 비슷한 기술을 사용하여 40인치 대각선 그래핀 필름을 생성하고 이를 PET16으로 옮겼습니다.