特許 7478455 酸化グラフェンの還元方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】酸化グラフェンの還元方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/198 20170101AFI20240425BHJP

【ＦＩ】

C01B32/198

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022048311

(22)【出願日】2022-03-24

(65)【公開番号】P2023141807

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2022-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】517297393

【氏名又は名称】シーズテクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】梅野 正義

(72)【発明者】

【氏名】カリタ ゴラップ

(72)【発明者】

【氏名】ジャイシ バララム

【審査官】磯部 香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３６６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２９３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３２８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１００５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０５０４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３２／１９８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化グラフェンを還元する方法であって、
酸化グラフェンを、マイクロ波励起された表面波プラズマの雰囲気に置き、
前記酸化グラフェンは、基板の両面に形成された膜であり、基板の裏面の酸化グラフェン膜も還元され、
前記酸化グラフェンの還元後のシート抵抗は１．０７５ｋΩ／□以下であることを特徴とする酸化グラフェンの還元方法。

【請求項2】

酸化グラフェンを還元する方法であって、
酸化グラフェンを、マイクロ波励起された表面波プラズマの雰囲気に置き、
前記酸化グラフェンは基板に支持されていない自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンであり、
前記酸化グラフェンの還元後のシート抵抗は１３４Ω／□以下であることを特徴とする酸化グラフェンの還元方法。

【請求項3】

前記基板は微孔性の紙であり、自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンは、該紙から剥離させた酸化グラフェンであることを特徴とする請求項２記載の酸化グラフェンの還元方法。

【請求項4】

前記酸化グラフェンが置かれる雰囲気は、全プラズマ領域のうち、電子温度がより低く電子密度がより高いバルク領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の酸化グラフェンの還元方法。

【請求項5】

前記表面波プラズマは、水素とアルゴンとの混合ガス、酸化炭素とアルゴンとの混合ガス、窒素と水素とアルゴンとの混合ガスのうち少なくとも一つの混合ガスの表面波プラズマであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の酸化グラフェンの還元方法。

【請求項6】

前記表面波プラズマの前記酸化グラフェンへの照射は室温において実行されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の酸化グラフェンの還元方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化グラフェンを表面波プラズマの環境に置くことにより、酸化グラフェンを還元して導電率を向上させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

酸化グラフェンを還元して還元性グラフェンを得る方法として、特許文献１、２、及び非特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１に開示の方法は、酸化グラフェンに交流電圧を印加しながら紫外線を照射する方法である。また、特許文献２に開示の方法は、多孔質グラフェン酸化物に酸化グラフェンの吸収ピークを含む波長２００ｎｍから４００ｎｍ、パルス幅１０μｓから５０ｍｓの光を照射して還元する方法である。非特許文献１に開示の方法は、プラズマにより酸化グラフェンを還元する方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５８０６６１８号

【文献】特許第５５５５０３５号

【文献】S.H.B. Vinoth Kumar, R. Muydinov, B. Szyszka, Plasma assisted reduction of graphene oxide films, Nanomaterials 11 (2021) 1 37

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２の方法は、何れも光照射により酸化グラフェンを還元する方法である。しかしながら、大面積での還元や抵抗率の十分な低下は得られていない。また、非特許文献１では、ＩＣＰにより生成されたプラズマを低圧環境でＤＣで加速してビームプラズマにして酸化グラフェンに照射しるすことにより、還元することを開示している。しかし、導電性低減が十分でなく、還元酸化グラフェンの膜表面に損傷を与えるという問題がある。また、大気圧グロー放電プラズマ、ＲＦプラズマ、電子ビームプラズマ、誘電体バリア放電プラズマなどの各種のプラズマを用いる還元方法は知られているが、マイクロ波励起表面波プラズマを用いて酸化グラフェンを還元することは、全く知られていない。

【0005】

そこで本発明の目的は、酸化グラフェンを効率良く還元して、損傷を与えることなくシート抵抗を大きく低下させる方法を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は酸化グラフェンを還元する方法であって、酸化グラフェンを、マイクロ波励起された表面波プラズマの雰囲気に置き、酸化グラフェンは、基板の両面に形成された膜であり、基板の裏面の酸化グラフェン膜も還元され、酸化グラフェンの還元後のシート抵抗は１．０７５ｋΩ／□以下であることを特徴とする酸化グラフェンの還元方法である。
また、他の発明は酸化グラフェンを還元する方法であって、酸化グラフェンを、マイクロ波励起された表面波プラズマの雰囲気に置き、酸化グラフェンは基板に支持されていない自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンであり、酸化グラフェンの還元後のシート抵抗は１３４Ω／□以下であることを特徴とする酸化グラフェンの還元方法である。

【0007】

本発明において、酸化グラフェンが置かれる雰囲気は、全プラズマ領域のうち、電子温度がより低く電子密度がより高いバルク領域であることが望ましい。この領域で還元処理することで、グラフェンに損傷を与えることなく、効果的に抵抗率を低減できる。マイクロ波を放射する導波管と基板との間の距離を調整することで、酸化グラフェンをプラズマのバルク領域に位置させるようにしても良い。

【0008】

表面波プラズマを生成するガスは、酸化グラフェンを還元できるガスであれば任意である。特に、表面波プラズマを生成するガスは、水素とアルゴンとの混合ガス、酸化炭素とアルゴンとの混合ガス、窒素と水素とアルゴンとの混合ガスのうち少なくとも一つの混合ガスであることが望ましい。

【0009】

表面波プラズマの酸化グラフェンへの照射は室温において実行されることが望ましい。また、酸化グラフェンは、基板の両面に形成された膜であり、基板の裏面の酸化グラフェン膜も還元されるようにしても良い。基板はポリエチレンテレフタラート（以下、「ＰＥＴ」と記す）（polyethylene terephthalate）等のポリエステルを用いることができる。この他、樹脂、紙、繊維、セラミクス、ガラス、半導体、金属など用いることができる。本発明によると基板の裏面側の酸化グラフェンも表面側の酸化グラフェンと同程度に還元できシート抵抗も同程度に低下させることができる。

【0010】

酸化グラフェンは基板に支持されていない自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンとすることができる。基板は微孔性の紙であり、自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンは、該紙から剥離させた酸化グラフェンとすることができる。これにより柔軟屈曲性の電子部品や電極などを実現することが可能となる。また、基板上に被覆した酸化グラフェンの還元後のシート抵抗は１．０７５ｋΩ／□以下とすることができる。さらに、自立した柔軟屈曲性の酸化グラフェンの場合には、１３４Ω／□以下とすることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、表面に損傷を与えることなく、シート抵抗を効率良く低下させた還元酸化グラフェンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1.A】本発明の実施例で用いられる還元装置を示した構成図。

【図1.B】ガラス板で両端が担持された自立性グラフェン膜が還元された状態を示す写真。

【図2】（ａ）は酸化グラフェンの担持方法を示した概念図であり、（ｂ）は還元前、還元後のグラフェンの表面状態を示した写真。

【図3】実施例１に係る酸化グラフェン及び還元酸化グラフェンのＸＰＳスペクトルである。（ａ）は還元前のグラフェンのＣ１ｓスペクトル、（ｂ）は還元前のグラフェンのＯ１ｓスペクトル、（ｃ）は還元後のグラフェンのＣ１ｓスペクトル、（ｄ）は還元後のグラフェンのＯ１ｓペクトル。

【図4】実施例２に係り、混合ガスを変化させた時の還元後の酸化フクラフェンのＸＰＳスペクトルである。（ａ）は還元酸化グラフェンのＸＰＳによるＣ１ｓスペクトル、（ｂ）は還元酸化グラフェンのＯ１ｓスペクトル、（ｃ）は還元酸化グラフェンのＮ１ｓスペクトル。

【図5】実施例３に係る混合ガスを用いて還元した時の還元後の酸化グラフェンのＸＰＸスペクトルである。（ａ）はＣ１ｓスペクトル、（ｂ）はＯ１ｓスペクトル。

【図6】実施例４に係る還元酸化グラフェンのラマン散乱スペクトルである。（ａ）はＰＥＴ基板の前面に形成した還元後のグラフェンのラマン散乱スペクトル、（ｂ）はそのグラフェンのＳＥＭ像、（ｃ）はＰＥＴ基板の下面に形成した還元後のグラフェンのラマン散乱スペクトル、（ｄ）はそのグラフェンのＳＥＭ像。

【図7】（ａ）は実施例５に係る自立性の還元酸化グラフェンのラマン散乱スペクトル、（ｂ）、（ｃ）は表面のＳＥＭ象、（ｄ）は断面のＳＥＭ象である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0014】

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0015】

図１は、酸化グラフェン膜にプラズマを照射する装置を示している。本実施例では、第１にアルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ₂ ）との混合ガス、第２にアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂ ）と水素（Ｈ₂ ）との混合ガス、第３にアルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガスの３種類の混合ガスを、それぞれ用いて酸化グラフェンの還元を行った。

【0016】

図１．Ａに示されるように、還元装置１００は、プラズマ発生容器１と、その上部に配設された導波管２とを有する。プラズマ発生容器１と導波管２との間には、石英から成るプラズマ励振板３が設けられている。プラズマ励振板３のプラズマ発生容器１側に面した面には多数の微小な凹部３０が形成されている。この凹部３０に電界が集中することにより、凹部３０がプラズマの発生起点となり、低電力でのプラズマの発生が容易になる。また、プラズマ発生容器１の内部及びプラズマ励振板３をマイクロ波で励振するために導波管２の下部にスロットアンテナ４が設けられている。導波管２には２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給され、スロットアンテナ４を介して、プラズマ発生容器１の内部及びプラズマ励振板３に電磁波が供給される。

【0017】

プラズマ発生容器１の内部には、酸化グラフェン５を設置するサセプタ６が設けられている。サセプタ６はプラズマ励振板３に対する距離（高さ）の調整が可能な制御台７の上に設置されている。プラズマを生成する原料ガスは、マスフローコントローラにより供給量が調整されて、プラズマ発生容器１の右側に設けられた導入口１１からプラズマ発生容器１内に導入される。プラズマ発生容器１の左側には、ガスを外部へ排出する排出口１２が設けられている。プラズマ発生容器１の内部は、図示しない真空ポンプにより５×１０^-3Ｐａ程度に減圧できるようになっている。酸化グラフェン５には酸化グラフェン膜で被覆されたＰＥＴ基板が用いられた。基板にはＰＥＴの他、樹脂、紙、繊維、セラミクス、ガラス、半導体、金属などを用いても良い。

【0018】

また、供給するマイクロ波の周波数は２．４５ＭＨｚ、電力は１．５ｋＷとした。プラズマ発生容器１の内部の圧力は混合ガスを導入した後は、１４－２０Ｐａとした。この装置は、マイクロ波励起表面波プラズマ発生装置である。プラズマ発生容器１の内部の圧力は、１～５００Ｐａの範囲で調整できる。また、温度は室温とした。

【0019】

酸化グラフェン５は、ＰＥＴ（ボリエチレンテレフタレート，polyethylen terephthalate ）の他、柔軟屈曲性材料、樹脂、高分子材料、陶器、ガラス、紙などの基板に被覆したものを用いることができる。酸化グラフェン５は基板のプラズマが照射される側の前面（上面）だけに形成したものと、裏面（下面）だけ形成したものと、基板の両面に形成したものとの３種類準備した。

【0020】

酸化グラフェンは日本触媒製を用いた。エタノールを溶媒とする酸化グラフェン溶液を製造した。酸化グラフェン粉末の濃度は、１０ｍｇ／ｍｌ以上、１００ｍｇ／ｍｌ以下の範囲とした。酸化グラフェン粉末融液を厚さ１００μｍのＰＥＴ基板上に滴下又はスピンコートして膜を形成した。酸化グラフェン膜が被覆された基板は乾燥させるために室温から５０℃の範囲に放置された。また、自立性酸化グラフェン膜を得るために、濾紙の上に酸化グラフェン粉末融液を膜状に塗布して、剥離させることにより自立性酸化グラフェン膜を製造した。

【0021】

これらの酸化グラフェン膜で被覆されたＰＥＴ基板は、プラズマ照射装置のサセプタ６の上に載置された。また、自立性酸化グラフェン膜は図１．Ｂのように、自立性酸化グラフェン膜の両端を２枚のガラスで挟持し、酸化グラフェン膜の裏面にもプラズマが照射されるようにした。

【0022】

酸化グラフェン膜は、電子温度が低く電子濃度が高いバルク領域に置かれた。これによりプラズマによるグラフェン膜の損傷が回避された。プラズマ発生容器１の内部においてプラズマ励振板３付近では、電子温度と電子濃度が極めて高いが、サセプタ６の付近では電子温度が低く電子濃度が高いバルク領域が、表面波プラズマにより実現される。

【0023】

反応室１の内圧を５×１０^-3Ｐａ程度の低圧にした後、水素とアルゴン（混合比２：５）の混合ガスを反応室１に導入して内圧を１４－２０Ｐａとした。その後に、マイクロ波を導入して酸化グラフェン膜の表面付近に表面波プラズマを形成した。プラズマ電力は１ｋＷ、処理時間は５分である。

【0024】

同様に、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂ ）と水素（Ｈ₂ ）との混合ガス（第２混合ガス）、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガス（第３混合ガス）を用いて同様な酸化グラフェン膜の還元処理を行った。還元処理後のグラフェン膜をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像解析、ラマン散乱分析を行った。また、シート抵抗を測定した。

【0025】

図２（ａ）はＰＥＴ基板に酸化グラフェン膜を前面（上面）に被覆した場合（Ａ）、両面に被覆した場合（Ｂ）、自立性酸化グラフェン膜（Ｃ）の状態を示している。図２（ｂ）は被覆した状態の表面写真である。ＰＥＴ基板の両面に被覆した場合にも表面波プラズマ処理により還元が行われていた。還元処理によりシート抵抗は、１．０７５０ＫΩ／□（最低値６５０Ω／□）が得られた。自立性酸化グラフェン膜の場合には、還元処理により１３４Ω／□（最低値１０４Ω／□）のシート抵抗が得られた。

【0026】

還元したグラフェン膜の表面のＳＥＭ像、ＸＰＳスペクトル、ラマンスペクトルが測定された。ＰＥＴ上の片面に被覆された酸化グラフェン膜、両面に被覆された酸化グラフェン膜共に、加熱することなく、室温（２５－３０℃）でマイクロ波励起表面波プラズマの雰囲気のバルク領域に置かれた。プラズマの照射後には、ＰＥＴ基板では１０－２０℃の温度上昇が測定された。

【0027】

図３は雑音除去して平滑化されたＸＰＳスペクトルを示している。図３（ａ）、（ｂ）は表面波プラズマによる還元処理する前の酸化グラフェン膜のＸＰＳスペクトル、図３（ｃ）、（ｄ）はＨ₂ とＡｒとの混合ガスの表面波プラズマにより還元された還元酸化グラフェン膜のＸＰＸスペクトルである。図３（ａ）、（ｃ）はＣ１ｓ、（ｂ）、（ｄ）はＯ１ｓのＸＰＸスペクトルを示している。

【0028】

図３（ａ）においては、２８４．０、２８４．２４、２８６．３３、２８７．４７，２８８．４１ｅＶにピークが存在する。これらのピークは、それぞれ、Ｃｓｐ² 、Ｃｓｐ³ 、Ｃ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｏ）ＯＨ結合の存在を表している。還元前の酸化グラフェンには高濃度の酸素が存在していることを示している。図３（ｂ）においては、５３２．０９、５３０．４９ｅＶにピークが存在する。各ピークはＣ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ結合の存在を示している。酸素濃度は３１．５ａｔ％であった。

【0029】

図３（ｃ）においては、２８３．９５、２８５．５４、２８７．２８ｅＶにピークが存在する。これらのピークは、Ｃｓｐ² 、Ｃ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ結合の存在を示している。図３（ａ）と（ｃ）とを対比すれば、明らかに表面波プラズマ処理によりＣ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ結合エネルギーが低減されていることが分かる。ｓｐ² ピークが大きくなっていることから、炭素が還元されて、炭素が酸素から分離回復されていることが分かる。

【0030】

図３（ｄ）においては、５３２．１８、５３１．３７、５３０．４８ｅＶにピークが存在する。これらのピークは炭素の五員環、Ｃ＝Ｏ、Ｃ－Ｏ結合を表している。表面波プラズマ処理により、Ｏ１ｓピークは還元により還元前より明らかに小さくなっている。定量解析により酸素濃度は１３ａｔ％であった。表面波プラズマ処理により酸素濃度は還元前に比べて１８．５ａｔ％だけ減少されることができた。

【実施例2】

【0031】

本実施例は混合ガスに、Ｈ₂ とＡｒとＮ₂ の混合ガスの表面波プラズマを用いてＰＥＴ基板上の酸化グラフェン膜を還元処理をした例である。図４は、Ｈ₂ 、Ａｒ、Ｎ₂ の混合ガスの表面波プラズマにより還元処理された還元酸化グラフェンの雑音除去して平滑化されたＸＰＳスペクトルである。他の条件は実施例１と同一である。図４（ａ）はＣ１ｓスペクトルであり、２８４．３９．２８５．６４、２８７．３９，２８８．６５ｅＶにピークが存在する。図３（ａ）の還元前のＸＰＳスペクトルと比較すれば、表面波プラズマによる還元後には、酸素結合に関するＣ１ｓスペツトルは、大きく減少していることが分かる。図４（ｂ）はＯ１ｓスペクトルであり、５３０．４８、５３１．３７、５３２．６５ｅＶにピークが存在する。

【0032】

図４（ｃ）はＮ１ｓスペクトルであり、Ｎ原子が表面波プラズマ処理によりグラフェン膜に取り込まれていることが分かる。図４（ｃ）において、還元処理後には、３９８．６７、３９９．８３、４０１．４８ｅＶにピークが存在し、ぞれぞれ、ピリジン窒素、ピロリック窒素、グラファイト窒素のスペクトルを示している。定量分析によると、還元酸化グラファイトに含まれる炭素、窒素、酸素は、７０．０ａｔ％、８．６ａｔ％、２１．４ａｔ％であった。このことから、酸化グラフェンを表面波プラズマ処理して得られる還元グラフェンは、窒素がドープされていることが分かる。他のドーパントも他のガスを用いることで、同様に表面波プラズマ処理により還元グラフェンに添加されることが理解される。

【実施例3】

【0033】

本実施例は、混合ガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスの混合ガスを用いた例である。図５は、ＰＥＴ基板上の酸化グラフェンを表面波プラズマで還元した酸化グラフェンに対する雑音除去され平滑化されたＸＰＳスペクトルを表している。図５（ａ）はＣ１ｓスペクトルを表し、２８４．４２、２８５．７２、２８７．３６、２８８．６４ｅＶにピークが存在する。図５（ｂ）はＯ１ｓスペクトルを表している。図５（ｂ）において、５３０．４８、５３１．３７、５３２．６５ｅＶにピークが存在する。酸素の還元が行われていることが分かる。しかし、酸素濃度は２３．８ａｔ％と他の実施例１、２に比べて高かった。このように、表面波プラズマによる還元処理において、ガスの種類は重要であることが分かる。

【実施例4】

【0034】

本実施例は、ＰＴＥ基板の両面に酸化グラフェン膜を被覆してアルゴンガスと水素ガスの混合ガスの表面波プラズマで還元処理した例である。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＰＥＴ基板の前面（上面）に形成した還元酸化グラフェン膜のラマンスペクトル、ＳＥＭ像である。図６（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、ＰＴＥ基板の裏面（下面）に形成した還元酸化グラフェン膜のラマンスペクトル、ＳＥＭ像である。

【0035】

図６（ａ）において、ラマンスペツトルは、Ｄバンド、グラファイトＧバンドが、それぞれ、１３４９ｃｍ^-1、１５９９．５ｃｍ^-1に表れている。ＤバンドはＡ_1g対象性を有するｋ点におけるフォノン散乱による。ＧバンドはグラファイトのＥ_2gモードであり、ｓｐ² 結合炭素原子の振動に関連するモードである。他の２つピークは、２６９８ｃｍ^-1、２９２０ｃｍ^-1に観測された。それぞれ、２Ｄ、Ｄ＋Ｇ結合モードである。還元酸化グラフェンでは、還元前の酸化グラフェンに比べてラマンスペクトルにおいて、Ｉ_G ／Ｉ_D 比が若干大きくなったが、酸化グラフェンと還元性グラフェンとで大差はなかった。

【0036】

図６（ｃ）において、１３４７ｃｍ^-1、１５９４．７ｃｍ^-1で、それぞれ、Ｄバンド、Ｇバンドが観測された。他の２つピークは、２７０４ｃｍ^-1、２９２２ｃｍ^-1に観測された。それぞれ、２Ｄ、Ｄ＋Ｇ結合モードである。

【0037】

図６（ｂ）、（ｄ）のＳＥＭ像を対比すれば、ＰＥＴ基板の前面（上面）の還元酸化グラフェン膜と、ＰＥＴ基板の裏面（下面）の還元酸化グラフェン膜の表面モホロジィは同様であることが分かる。両膜の厚さは５μｍであった。基板の裏面上の還元酸化グラフェン膜も前面上の還元酸化グラフェン膜とラマンスペクトルとＳＥＭ像で差異がないことは、表面波プラズマ照射装置の上側から見て基板によっ影になる部分に形成された酸化グラフェン膜も十分に還元でき、両者には特性上差異がないことを意味する。このことから、プラズマ照射に対して影となる部分が存在する屈曲した柔軟性材料であっても、表面に酸化グラフェン膜を形成して表面波プラズマを照射することで、特性が良好な還元酸化グラフェン膜が形成されることが分かる。

【実施例5】

【0038】

次に自立性還元酸化グラフェン膜について説明する。本実施例はアルゴンガスと水素ガスの混合ガスの表面波プラズマで自立性酸化グラフェンを還元処理した例である。図７（ａ）は自立性還元酸化グラフェン膜のラマンスペクトルである。Ｄバンドと、グラフェンＧバンドが、それぞれ、１３４０．５ｃｍ^-1，１５８０ｃｍ^-1に表れている。他の２つピークは、２６９０．５ｃｍ^-1、２９２０ｃｍ^-1に観測された。それぞれ、２Ｄ、Ｄ＋Ｇ結合モードである。ラマンスペクトルはＰＥＴ基板上に形成した還元酸化グラフェン膜と同様であった。

【0039】

図７（ｂ）、（ｃ）は自立性還元酸化グラフェン膜の表面のＳＥＭ像である。（ｃ）には、層構造とポーラスとを有する微細構造が示されている。（ｄ）は膜の厚さとポーラスの存在を示す自立性還元酸化グラフェン膜の断面のＳＥＭ像である。

【0040】

自立性酸化グラフェン膜を表面波プラズマ処理した後の還元酸化グラフェン膜のシート抵抗は、平均で１３４Ω／□、最低値で１０４Ω／□であった。すなわち、表面波プラズマによる還元処理によりシート抵抗は１３４Ω／□以下にできることが分かる。

【0041】

このように、表面波プラズマにより処理された還元酸化グラフェン膜は、低抵抗率を示すことから、様々なクリーンエネルギーデバイス、たとえば、超キャパシタ、燃料電池や金属－空気電池における触媒主電極、様々な他の電気化学装置、屈曲柔軟性電子機器の実用化にとって重要である。
［結論］
最も還元に効果的なガスは、ＡｒとＨ₂ との混合ガスであることが、ＸＰＳと導電率解析から分かった。ＰＥＴの両面に形成した酸化グラフェン膜も同様に還元することができた。表面波プラズマ処理によりシート抵抗は１０ＭΩ／□から平均で１．０７５６０ＫΩ／□まで減少させることができる。すなわち、シート抵抗を１／１０⁴ 以下に低下できることが分かった。。ＡｒとＨ₂ ガスに窒素ガスを含めることで、窒素ドーパントを９．１ａｔ％にドープすることができた。このことから、各種のドーパントも添加可能であることが分かった。また、ＡｒとＨ₂ とＣＯ₂ の混合ガスの表面波プラズマも酸化グラフェンを十分に還元することが可能であることが分かった。また、マイクロポーラス自立性還元酸化グラフェン膜は、平均で１３４Ω／□のシート抵抗を示した。このことから、自立性還元酸化グラフェン膜は本発明の表面波プラズマ処理により１３４Ω／□以下のシート抵抗にできることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は、導電率の高い、広面積の還元酸化グラフェンの効率の良い製法に用いることができる。

【符号の説明】

【0043】

１：プラズマ発生容器
３：励振板
５：基板
７：制御台

【図1.A】

【図1.B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】