石墨烯的晶界探测方法及利用该方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨稀的晶界(grain boundary)探测方法及利用该方法的装置。
[0002]本发明为韩国研究开发事业的一个环节，其课题固有序号为“10033309”，研究事业名称为“工业源泉技术开发事业”，主管机构为“韩国机械研究院”，研究课题名称为“柔性纳米薄膜用大面积转移及连续生产系统技术开发课题”。
【背景技术】
[0003]在显示装置及太阳能电池等多样的电子装置领域内，新材料的开发进行得如火如荼。特别是针对可以代替主要用于电子装置的透明电极的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)的新材料的研究较为热门。其中，关于包含碳元素的材料，如碳纳米管、金刚石、石墨、石墨稀(graphene)等的研究较为集中。
[0004]特别是，石墨烯在导电性和透明度方面都很优秀，所以提出了多种用于制造石墨烯的方法。石墨烯的制造方法大致可分为机械方法和化学方法。机械方法中有利用透明胶带而从石墨试料中剥离石墨烯的方法。所述方法虽然具有不破坏石墨烯表面的优点，但是不适于石墨稀的大面积化。化学方法中代表性的方法为化学气相沉积法(Chemical vapordeposit1n，CVD)。化学气相沉积法是一种如下的方法:向布置有催化剂金属的容器内投入气态的碳元素供应源，并在加热所述容器之后再进行冷却，从而使石墨烯片生长于所述催化剂金属表面上。
[0005]对于利用化学气相沉积法制造的石墨烯而言，包含有在初始生长阶段中因多个孤元连接而形成的晶界。这种石墨烯的晶界调整移动物性，从而与元件性能发生关联。但是，石墨稀的晶界可以利用透射式电子显微镜(transmiss1n electron microscope，TEM)、扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscope, STM)而获取，却不容易探测到石墨稀的晶界。
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]在本发明的实施例的目的在于提供一种石墨烯的晶界探测方法及利用该方法的
目.ο
[0008]技术方案
[0009]根据本发明的实施例，提供一种石墨烯的晶界探测方法，包括如下步骤:使催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应，从而氧化所述催化剂金属。
[0010]根据本发明的另一实施例，提供一种石墨烯的晶界探测装置，包括:反应部，用于使催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应，从而氧化所述催化剂金属。
[0011]有益效果
[0012]根据本发明的实施例，在大面积的石墨烯中，可以利用光学显微镜而容易地探测到石墨烯的晶界。
【附图说明】
[0013]图1为概略地示出根据本发明的一实施例的石墨烯的晶界探测方法的图。
[0014]图2为利用根据本发明的实施例的石墨烯的晶界探测方法而处理的石墨烯的光学显微镜照片。
[0015]图3为根据本发明的比较例的石墨烯的光学显微镜照片。
[0016]图4为概略地示出根据本发明的一实施例的石墨烯的晶界探测装置的图。
[0017]最优实施形态
[0018]根据本发明的实施例，提供一种石墨烯的晶界探测方法，包括如下步骤:使催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应，从而氧化所述催化剂金属。
[0019]所述氧化液可以是5至10wt %的过氧化氢。
[0020]针对每Im2的所述催化剂金属及石墨烯的层叠体，可以使用0.001至IL的氧化液。
[0021]所述催化剂金属可以是从铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铑(Rh)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、铀(U)、钒(V)、钯(Pd)、钇(Y)、锆(Zr)、锗(Ge)及它们的合金中选择的一种以上的物质。
[0022]氧化所述催化剂金属的步骤可以进行I秒至10分钟。
[0023]根据本发明的另一实施例，提供一种石墨烯的晶界探测装置，包括:反应部，用于使催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应，从而氧化所述催化剂金属。
[0024]所述石墨烯的晶界探测装置还可以包括:探测部，利用光学显微镜而探测石墨烯的晶界。
[0025]其中，所述反应部与所述探测部可以依次连接。
[0026]所述反应部还可以包括:多个辊子，用于移送所述催化剂金属及石墨烯的层叠体。
[0027]所述石墨烯的晶界探测装置还可以包括:判断部，连接于所述探测部。
【具体实施方式】
[0028]本发明可以有多种变换和多种实施例，并且把特定的实施例用附图示出并进行详细的说明。但是，实施例不把本发明限定于特定的实施形态下，并且应该包括属于本发明的思想及技术范围的所有变换、等同物乃至代替物。在说明本发明的时候，如果认为对相关的公知技术的具体说明会使本发明的宗旨变得混乱，则省略对它的详细说明。
[0029]本说明书中使用的第一、第二等术语用于说明多种构成要素，但是构成要素并不被这些术语限定。术语只是用来区分一个构成要素与另一个构成要素。
[0030]在本说明书中，当述及层、膜、区域、板等部分位于其他部分“上方”或“上面”时，不仅包括紧贴于其他部分而位于“上方/上面”的情形，还包括中间夹设有其他部分的情形。
[0031]以下，参考附图对根据本发明的实施例进行详细的说明，并且在参考附图进行说明时，对实质上相同或对应的构成要素赋予相同的附图符号，并省略对此的重复的说明。在附图中，为了明确表示多个层及区域，把厚度放大而示出。并且，在附图中，为了说明的便利，夸张地示出了部分层及区域的厚度。
[0032]以下，详细说明根据本发明的一实施例的石墨烯的晶界探测方法及利用该方法的系统。
[0033]本说明书中，“石墨烯(graphene) ”表示多个碳原子通过共价键连结而形成为2维膜形态(通常为SP2键合)的材料。组成石墨烯的碳原子形成的基本重复单元为六元环，但是，主要沿着在石墨烯层形成的晶界还可以包括五元环和/或七元环。并且，还可以包括原子单位的结合结构空余或间断的空位(vacancy)形态的缺陷。石墨稀可以形成为单层，但是它们可以通过层叠多个层而形成多层，并且最高可以达到10nm的厚度。
[0034]本说明书中，“石墨烯的晶界”表示如下的晶界:石墨烯在催化剂金属上从多个生长核(growth nucli)分别生长成单晶形态而形成由多个晶体构成的连续层时，所述单晶相遇而形成化学键或者简单地以物理方式接触或邻接的边界。
[0035]本说明书中，“层叠体”指的是包括石墨烯的多个层，根据基于本发明的实施例的石墨烯制造方法的各个步骤，意味着除了石墨烯以外还包括催化剂金属及氧化的催化剂金属中的一种以上的材料的状态。
[0036]根据本发明的一方面，石墨烯的晶界探测方法包括通过使催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应而氧化所述催化剂金属的步骤。
[0037]通常，对于石墨烯的晶界而言，因其边界宽度的量级为纳米，所以无法通过光学显微镜看到。本发明的石墨烯的晶界探测方法通过氧化催化剂金属层，可以利用光学显微镜探测所述石墨烯的晶界。催化剂金属可以被氧化剂氧化，具体地说，可被过氧化氢中存在的氧自由基(0.)和/或羟自由基(0H.)氧化，并且催化剂金属被氧化后拥有比被氧化前更大的体积，所以可以用光学显微镜看到被氧化的所述催化剂金属的晶界。
[0038]所述氧自由基和/或羟自由基扩散到包含于石墨烯的七元环部分。如此扩散的氧自由基和/或羟自由基到达催化剂金属的表面中与石墨烯相接的表面。扩散的氧自由基和/或羟自由基按照石墨烯晶粒的形状而氧化催化剂金属，从而可以用光学显微镜间接看到石墨烯的晶界。过氧化氢本身可以直接通过因由五元环和七元环等构成的化学键的存在而不够致密的石墨烯晶粒及公共缺陷，在这种情况下，自由基的生成被催化剂金属进一步激活，从而加速氧化反应。
[0039]并且，即使令催化剂金属及石墨烯的层叠体与氧化液进行反应，氧化液对石墨烯的损伤较少，且可以选择性地只氧化催化剂金属，因此石墨烯层的表面电阻值的提高并不显著。因此，利用本发明的石墨烯的晶粒探测方法处理的石墨烯具有30至1000Ω/ 口以下的表面电阻值，例如具有100至500Ω/ 口的表面电阻值。
[0040]并且，由于采用与氧化液进行反应的方法，具体而言采用与过氧化氢进行反应的方法，因此工艺简单，从而可以容易地应用于大面积的石墨烯。不仅如此，所述探测方法利用价格较低的氧化液，具体而言采用过氧化氢，所以较为经济。
[0041]所述氧化液可以是5至10wt %的过氧化氢。例如，所述氧化液可以是5至40wt%的过氧化氢。只要处于上述范围内，则可以在不损伤石墨烯的前提下提供足以氧化催化剂金属的充足的氧自由基和/或羟自由基。
[0042]所述氧化液可以包括作为溶剂的水，但是不限于此。所述氧化液还可以包括与水相溶的其他溶剂。
[0043]所述氧化液还可以包括添加剂，但是不限于此。例如，可以包括分散剂、保鲜剂、稳定剂及它们的组合。以所述氧化液的总重量为基准，所述添加剂的含量可以在I至15wt%范围内。
[0044]氧化所述催化剂金属的步骤可以使用任何能够氧化催化剂金属的方法。例如，既可以把所述催化剂金属及石墨烯的层叠体浸泡在氧化液里，也可以在所述催化剂金属及石墨烯的层叠体上涂覆或者喷洒氧化液。
[0045]对每Im2的所述催化剂金属及石墨稀的层叠体可以使用0.001至IL的氧化液，但是不限于此。例如，