(57)【要約】      （修正有）【課題】プレート状グラフェンの製造方法の工程が複雑で、生産速度も遅いため、製造課程の簡略化と生産性が向上する製造方法の提供。【解決手段】複数のグラファイトブロック材１０を、順方向気流２０ａ及び逆方向気流２０ｂが第一流路２１及び第二流路２２の間にある気流合流点２３において発生し、ファンデルワールス力を破壊する運動エネルギーを有する切断気流２４を利用してグラファイトブロック材１０に作用させ、グラフェン層１１を部分的に脱離させ、更に、部分的にグラファイトブロック材１０から脱離した一つ或いは複数のグラフェン層１１を含む複数のプレート状グラフェン３０を収集する、プレート状グラフェン３０の製造方法。前記製造方法により、、切断気流２４を利用することで、グラフェン層１１をグラファイトブロック材１０から脱離させ、プレート状グラフェン３０を形成するため、製造過程が簡単で、迅速な大量生産が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンデルワールス力で結合を形成する複数重なったグラフェン層をそれぞれ包括する、複数のグラファイトブロック材を提供する工程１と、
前記グラファイトブロック材をチャンバ内に設置し、前記チャンバに順方向気流及び逆方向気流を流入し、前記順方向気流は、前記チャンバ内に第一流路を、前記逆方向気流は、前記チャンバ内に第二流路を形成し、前記第一流路及び前記第二流路の間に気流合流点を形成する工程２と、
前記気流合流点で発生し、ファンデルワールス力を破壊する運動エネルギーを有する切断気流を利用して前記グラファイトブロック材に作用することで、前記グラフェン層を部分的に脱離させる工程３と、
部分的に前記グラファイトブロック材から脱離した一つ或いは複数のグラフェン層を含む複数のプレート状グラフェンを収集する工程４と、
を包括することを特徴とするプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項２】
工程２において、前記グラファイトブロック材は、気流生成装置の前記チャンバ内に設置し、さらに気流生成装置は、前記順方向気流を流入させ且つ前記チャンバと連通させるための第一入口と、前記逆方向気流を流入させ且つ前記チャンバと連通させるための第二入口と、前記チャンバと連通する気流出口とを包括し、前記気流合流点は、前記チャンバにおいて、前記切断気流を前記グラファイトブロック材に作用することを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項３】
工程３において、前記気流生成装置は、前記チャンバと連通する収集部をさらに包括し、脱離した前記グラフェン層を前記収集部に落下させることを特徴とする請求項２に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項４】
工程４において、前記収集部は、前記プレート状グラフェンを収集することを特徴とする請求項３に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項５】
工程２において、前記順方向気流は、空気、無水空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素及びアンモニアから構成する群の内のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項６】
工程２において、前記逆方向気流は、空気、無水空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素及びアンモニアから構成する群の内のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項７】
工程３において、前記切断気流の風速は、１ｍ／ｓから２００ｍ／ｓの間であることを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項８】
工程３において、前記運動エネルギーは、少なくとも０．１ＫＪ／ｍｏｌｅより大きいことを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項９】
前記運動エネルギーは、０．１ＫＪ／ｍｏｌｅから５ＫＪ／ｍｏｌｅの間であることを特徴とする請求項８に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【請求項１０】
前記プレート状グラフェンは、５ｎｍから１０００μｍの間の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のプレート状グラフェンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラフェン、特に気流で製造するプレート状グラフェンの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、炭素の同素体（Ａｌｌｏｔｒｏｐｅ）の一種で、炭素原子を蜂の巣のような六角形格子状に配列して形成した二次元材料であり、その性質からいうと、透明性、高導電性、高熱伝導性、高強度重量比（Ｓｔｒｅｎｇｔｈ―ｔｏ―ｗｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）及び好ましい延性等の特性を有しており、好ましい発展の可能性を有している。
【０００３】
従来のグラフェンの製造方法である、例えば特許文献１の高沸点溶剤の中で単層グラフェン酸化物をグラファイトに還元する方法は、まず、単層グラフェン酸化物を水中に分散させて分散液を形成し、次に、Ｎーメチルピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、エチレングリコール  （Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）、グリセリン  （Ｇｌｙｃｅｒｉｎ）、ジメチルホルムアミド（Ｄｉｍｅｔｈｙｈｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、アセトン  （Ａｃｅｔｏｎｅ）、テトラヒドロフラン  （Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、アセトニトリル（Ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ジメチルホルムアミド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、アミン（Ａｍｉｎｅ）、或いはアルコール（Ａｌｃｏｈｏｌ）のいずれかである溶剤を前記分散液に加えて溶液を形成し、最後に、前記溶液をおよそ２００℃で加熱し、さらに純化することで、単層グラファイトを得ていることが開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２のグラフェンの合成方法は、炭化水素を４０℃から１０００℃の高温で保持することで、炭原子を金属または合金である基板に植込み、さらに、温度の低下に伴い、炭素は沈殿して基板の外側へ拡散し、グラフェン層を形成していることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、上述したグラフェンの製造方法は、工程が複雑なだけでなく、生産速度も遅いため、生産量の増加は容易ではなく、改善する余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第ＵＳ２０１０/０２３７２９６号
【特許文献２】米国特許公開第ＵＳ２０１０/０３２３１１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、従来のグラフェンの製造方法が工程が複雑なだけでなく、生産速度も遅いため、生産量の増加は容易ではない、という課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ファンデルワールス力で結合を形成する複数重なったグラフェン層をそれぞれ包括する、複数のグラファイトブロック材を提供する工程１と、前記グラファイトブロック材をチャンバ内に設置し、前記チャンバに順方向気流及び逆方向気流を流入し、前記順方向気流は、前記チャンバ内に第一流路を、前記逆方向気流は、前記チャンバ内に第二流路を形成し、前記第一流路及び前記第二流路の間に気流合流点を形成する工程２と、前記気流合流点で発生し、ファンデルワールス力を破壊する運動エネルギーを有する切断気流を利用して前記グラファイトブロック材に作用することで、前記グラフェン層を部分的に脱離させる工程３と、部分的に前記グラファイトブロック材から脱離した一つ或いは複数のグラフェン層を含む複数のプレート状グラフェンを収集する工程４と、を包括するプレート状グラフェンの製造方法を提供している。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、本発明は、前記気流合流点で発生する前記切断気流を利用し、前記グラファイトブロック材に作用することで、前記グラフェン層を部分的に脱離させ、前記プレート状グラフェンを形成するため、製造過程が簡単なだけでなく、迅速な大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施例の工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る実施例における気流生成装置の使用を示す模式図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施例における切断気流を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施例における切断気流を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の詳細な説明及び技術内容に関しては、図面を参照しつつ以下において説明する。
【００１２】
本発明に係る実施例の工程を示すフローチャートである図１及び本発明に係る実施例における気流生成装置の使用を示す模式図である図２を合わせて参照すると、本発明はプレート状グラフェンの製造方法であって、以下のような工程を包括している。
【００１３】
工程１は、炭素の一種の同素体であるグラファイトによって構成され、各炭素原子の周辺にその他の三つの炭素原子が結合し、蜂の巣のような六角格子状の配列を呈する、複数のグラファイトブロック材１０を提供している。なお、本実施例において、前記グラファイトブロック材１０は、長さ、幅及び高さがそれぞれ１０ｎｍから１０００μｍの間のサイズの粒子、またはブロック材である。また、前記グラファイトブロック材１０は、ファンデルワールス力で結合を形成する複数重なったグラフェン層をそれぞれ包括している。
【００１４】
工程２は、前記グラファイトブロック材１０をチャンバ４３内に設置し、前記チャンバ４３に順方向気流２０ａ及び逆方向気流２０ｂを流入し、前記順方向気流２０ａは前記チャンバ４３内に第一流路２１を、前記逆方向気流２０ｂは前記チャンバ４３内に第二流路２２を形成し、前記第一流路２１及び前記第二流路２２の間に気流合流点２３を形成している。なお、本実施例において、気流生成装置４０を例とし、前記チャンバ４３の設置を説明する。前記気流生成装置４０は、第一入口４１ａ、第二入口４１ｂ、気流出口４２及び前記チャンバ４３を包括し、前記第一入口４１ａは、前記順方向気流２０ａを流入させ且つ前記チャンバ４３と連通させるためのものであって、前記第二入口４１ｂは、前記逆方向気流２０ｂを流入させ且つ前記チャンバ４３と連通させるためのものであって、前記気流出口４２は、前記チャンバ４３と連通している。前記順方向気流２０ａ及び前記逆方向気流２０ｂは、それぞれ前記第一入口４１ａ及び前記第二入口４１ｂから前記チャンバ４３に入り、前記チャンバ４３内において前記第一流路２１及び前記第二流路２２をそれぞれ形成し、前記第一流路２１及び前記第二流路２２の間に前記気流合流点２３を発生しており、なお、前記順方向気流２０ａ及び前記逆方向気流２０ｂは、空気、無水空気、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）及びアンモニア（ＮＨ３）等の気体を使用でき、これ等が使用する気体は、同一或いは異なる気体を用いることができる。
【００１５】
工程３は、前記気流合流点２３で発生し、ファンデルワールス力を破壊する運動エネルギーを有する切断気流２４を利用して前記グラファイトブロック材１０に作用することで、前記グラフェン層１１を部分的に脱離させている。本発明に係る実施例における切断気流を示す模式図である図３Ａ及び図３Ｂを合わせて参照されたい。さらに説明すると、図３Ａのように、前記第一流路２１の流動方向及び前記第二流路２２の流動方向が交差し合うと、前記気流合流点２３で発生した前記切断気流２４は前記気流合流点２３の相対する両側に分布し、前記グラファイトブロック材１０を引っ張ることができる。また、図３Ｂのように、前記第一流路２１の流動方向及び前記第二流路２２の流動方向がぶつかり合うと、前記気流合流点２３で発生した前記切断気流２４は前記気流合流点２３の中央部分に当接し、前記グラファイトブロック材１０に衝突することができる。なお、本発明において、前記切断気流２４は、１ｍ／ｓから２００ｍ／ｓの間に介する風速を有し、且つ前記切断気流２４で発生した前記運動エネルギーは、０．１ＫＪ／ｍｏｌｅより大きく、０．１ＫＪ／ｍｏｌｅから５ＫＪ／ｍｏｌｅの間に介する前記運動エネルギーが好ましい。このことから、前記切断気流２４は、前記チャンバ４３にある前記グラファイトブロック材１０に作用する際、ファンデルワールス力を破壊することができるため、互いにファンデルワールス力で結合している前記グラフェン層１１は前記グラファイトブロック材１０から脱離することができ、前記順方向気流２０ａ及び前記逆方向気流２０ｂの一部は前記気流出口４２から流出している。
【００１６】
工程４は、部分的に前記グラファイトブロック材１０から脱離した一つ或いは複数のグラフェン層を含む複数のプレート状グラフェン３０を収集している。工程３で述べたように、本実施例では、前記気流生成装置４０は、前記チャンバ４３と連通する収集部４４をさらに包括することができ、、前記グラファイトブロック材１０から脱離した前記グラフェン層１１を前記チャンバ４３から前記収集部４４に落下させて収集することができることから、一つ或いは複数の前記グラフェン層１１を含む前記プレート状グラフェン３０が得られる。また、前記プレート状グラフェン３０は、１から３００００００層の前記グラフェン層１１を含むことができ、且つ５ｎｍから１０００μｍの間に介する直径を有しているが、これは例として挙げたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１７】
以上のことから、本発明は、前記順方向気流及び前記逆方向気流が前記気流合流点において発生する前記切断気流を利用し、前記グラファイトブロック材に作用し、前記グラフェン層の間に形成する結合を破壊するファンデルワールス力を有する運動エネルギーによって、前記グラフェン層が前記グラファイトブロック材から脱離し、大量に前記プレート状グラフェンを形成することができるため、製造過程が簡単なだけでなく、迅速に大量生産が可能となる。
【００１８】
なお、以上において本発明に係る詳細な説明を行ったものの、上述したものは、本発明の好ましい実施例の一つに過ぎず、本発明に係る請求の範囲を限定するものではない。本発明に係る請求の範囲に基づく変更及び修正等は、本発明に係る請求の範囲内に属するものである。
【符号の説明】
【００１９】
１          工程
２          工程
３          工程
４          工程
１０        グラファイトブロック材
１１        グラフェン層
２０ａ      順方向気流
２０ｂ      逆方向気流
２１        第一流路
２２        第二流路
２３        気流合流点
２４        切断気流
３０        プレート状グラフェン
４０        気流生成装置
４１a       第一入口
４１b       第二入口
４２        気流出口
４３        チャンバ
４４        収集部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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