アルコールCVDによるミリスケール’単結晶’グラフェン合成

Presentation on theme: "アルコールCVDによるミリスケール’単結晶’グラフェン合成"— Presentation transcript:

1 アルコールCVDによるミリスケール’単結晶’グラフェン合成
名古屋, 2014/2/19 アルコールCVDによるミリスケール’単結晶’グラフェン合成 2 mm D-band G-band 2D-band Raman Shift (cm-1) 1 cm 予算：3 million $ 丸山茂夫　Shigeo Maruyama 東京大学　大学院工学系研究科　機械工学専攻 Department of Mechanical Engineering, The University of Tokyo (UTokyo) 1 cm

2 A01班 グラフェン関連原子層の新規合成法および 大面積合成法の開発 (研究代表者：楠 美智子)
楠 美智子 SiCからのグラフェン創成と評価 斉木 幸一朗 化学剥離グラフェンの構造・物性の制御 野田 優 CVDによる高品位グラフェンの実用的合成法の開発 北浦 良 ハイブリッド・グラフェンとグラフェン・ナノリボンの新規合成法の開発 依光 英樹 多環芳香族有機分子を用いたグラフェンアナログの合成 丸山 茂夫 高品質・単結晶グラフェンのCVD合成 　　 千足昇平，陳 嘯(Xiao Chen), 金 成眞(Sungjin Kim,)，崔 可航(Kehang Cui) 篠原 久典 ナノリボン制御法 大野 雄高 試料特性評価 予算：3 million $

3 ACCVD Apparatus for Graphene
Mass flow controller H2/Ar Ar Furnace Pump Ethanol

4 S. Maruyama et al., Chem. Phys. Lett. 403 (2005) 320.
ACCVD Apparatus S. Maruyama et al., Chem. Phys. Lett. 403 (2005) 320.

5 Graphene Growth on Cu P. Zhao, A. Kumamoto, S. Kim, X. Chen, B. Hou, S. Chiashi, E. Einarsson, Y. Ikuhara, S. Maruyama, J. Phys. Chem. C, 117 (2013)

6 Graphene Growth on Cu P. Zhao, A. Kumamoto, S. Kim, X. Chen, B. Hou, S. Chiashi, E. Einarsson, Y. Ikuhara, S. Maruyama, J. Phys. Chem. C, 117 (2013)

7 Nucleation density 0.6 mm-2
Graphene Growth on Cu 200 ˚C in air for 15 minutes Nucleation density 0.6 mm-2 1 mm 8 hour growth P. Zhao, A. Kumamoto, S. Kim, X. Chen, B. Hou, S. Chiashi, E. Einarsson, Y. Ikuhara, S. Maruyama, J. Phys. Chem. C, 117 (2013)

8 成長核密度制御（銅箔） 100 μm Ar/H2ガス中加熱 低圧エタノール ＋Ar/H2ガス (1060 C) 4時間CVD合成
成長核密度低下 Arガス中加熱 10 m

9 Progress towards large ‘single crystals’ over the past year
1 cm 2 mm 1065 ºC Size of single crystals Ethanol flow rate: 0.1 sccm 1065 ºC 500 µm Ethanol flow rate: 5 sccm 100 µm 1060 ºC 1070 ºC 40 µm 1000 ºC 2014.1 10 µm 1000 ºC 5 µm Nilaco Cu foil 50 µm, pre-oxidized, enclosed, heating without H2, 1050~1070 ºC, 300Pa. 2013.8 2013.7 2013.6 2013.3 Nippon Denkai Cu foil YB-10, enclosed, heating without H2, 1050~1070 ºC , 300Pa. Nippon Denkai Cu foil YB-10, enclosed, 1000 ºC, 300 sccm H2 /Ar + 10 sccm Ethanol, 300 Pa, 3 min. P. Zhao, et al., J. Phys. Chem. C, (2013), 117, (20), 10755 Time

10 Growth Acceleration after Reduction
2 hours 8 hours 11 hours 1 mm 1 mm 1 mm 0.1 mm Condition: Nilaco Cu foil 50 µm, enclosed, pre-treatment ˚ C, 300sccm Ar/H2 and 0.031sccm EtOH, 300Pa

11 Characterization by Raman
Condition: Nilaco Cu foil 50 µm, enclosed, Pre-treatment, 1065˚ C, 300sccm Ar/H2 and 0.031sccm EtOH, 300Pa, 8 hours. D-band G-band 2D-band Raman Shift (cm-1)

12 Ethanol Reaction Path R. Xiang, B. Hou, E. Einarsson, P. Zhao, S. Harish, K. Moriyama, Y. Miyauchi, S. Chiashi, Z. Tang, S. Maruyama, ACS Nano, ACS Nano 7 (2013) 3095.

13 Ethanol Decomposition Pathway
#2C-#1C-O #2C-#1C + O #2C + #1CO #2C + #1C + O Gas Phase Decomposition Surface Reaction #2CH3#1CH2OH #2CH3#1CHO #2C#1CH4 #2C#1CH2 #1CO #1CO2 #1CH2O #2CH4 H2O #1:#2 = 1:1 #1CO or #2CO #1CO2 or #2CO2 #1CH4 #1:#2 = :2 #1CO+ #1CO=#1C+#1CO2 Ratio 1-: Ratio : (01) #2C + #1C + O Depend on reactivity of CH4 and CO #2 is preferred Majority at low T Majority at high T Minority R. Xiang, B. Hou, E. Einarsson, P. Zhao, S. Harish, K. Moriyama, Y. Miyauchi, S. Chiashi, Z. Tang, S. Maruyama, ACS Nano, ACS Nano 7 (2013) 3095.

14 FNTG Research Society Meetings 2014/3/3-5: FNTG 46 Symp. @ Tokyo
Meetings 2014/3/3-5: FNTG 46 Tokyo 2014/6/2-6: Los Angeles 2014/9/3-5: FNTG 47 Nagoya 2015/3/??: FNTG 48 Tokyo 2015/6/28-7/4: Nagoya 2015/9/??: FNTG 49 Fukuoka 2015/12/15-20: Honolulu 2016/3/??: FNTG 50 Tokyo 2016/9/??: FNTG 51 ??? Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs) Fullerene Metallofullerene Bundle of SWNTs Double-Walled Carbon Nanotubes Peapod Nano-Diamond Multi-Walled Carbon Nanotubes Graphene