石墨烯制作技术不断涌现 成为透明导电膜的有力候补

以数十cm见方或数十cm见方以上的大面积，量产碳原子片状排列的材料——石墨烯的技术不断亮相。

由此，有望将石墨烯薄膜用作触摸面板、电子纸、有机EL面板以及太阳能电池等的透明导电膜。

毎分钟成膜数十cm

日本产业技术综合研究所（产综研）于2012年4月宣布开发出了可量产大面积石墨烯的技术。这是一种在柔性基板上以卷对卷（R2R）方式对石墨烯进行高速成膜的技术（图1）。轧辊的卷取速度达到在膜宽30cm的条件下，毎分钟达到数十厘米。

产综研此次是通过组合使用此前以制作人工金刚石为目的开发的“表面波等离子体化学气相沉积法（SWP-CVD）”方法以及R2R实现的。石墨烯薄膜可以高速成膜的最大理由是将基板上的温度保持在300℃以上，以CVD方式在低温下保存。成膜所需时间仅在“30秒以下”（产综研纳米管应用研究中心纳米物质涂层小组研究组长长谷川雅考）。原来需要在一个小时左右的时间里，将基板上的温度保持在1000℃。

图1：可量产30cm宽的石墨烯薄膜

（a）是产综研开发的石墨烯薄膜量产用SWP-CVD装置的概要。将内部插有天线的圆筒状石英管排列起来，向其中加载2.45GHz的交流电压，由此产生等离子。（b）是产综研在2012年2月展会上展出的“石墨烯触摸面板”。

适用于透明导电膜

作为用于多种用途的透明导电膜，石墨烯的特性非常出色。比如光透射率较高。单层石墨烯的光透射率在理论上为97.5％。由于透射率没有波长依赖性，因此对于对太阳能电池来说非常重要的近红外区电磁波，石墨烯具有较高的透射性。而且，针对机械弯曲的耐久性也较高。石墨烯非常薄，几乎不会出现其他薄膜存在的光封存问题。

另外，石墨烯针对水蒸气的气体阻隔（Gas Barrier）性在理论上为10－11g/m2/日，可以满足有机EL面板封装所需要的10－6g/m2/日。

关于石墨烯薄膜的薄膜电阻值，“我们制作的产品当光透射率为87％时，薄膜电阻值为500Ω/□”（产综研的长谷川），虽然还稍微有些大，但“以前的薄膜电阻值却在1kΩ/□左右。今后计划进一步降低电阻值”（长谷川）。正在考虑与导电性较高的金属纳米网片（Mesh Sheet）等组合使用的解决方案。

产综研已经利用通过此次技术制作的石墨烯试制出了触摸面板等产品，“没有发现问题，可以正常工作”（产综研）。

薄膜电阻值以外的课题包括使石墨烯成膜的铜（Cu）箔要求具有较高的质量和平坦性，以及从铜箔向PET膜等转印石墨烯时需要一定的时间。长谷川表示，“铜箔需要在石墨烯成膜前进行一个小时左右的退火（加热），以提高平坦性。转印要在铜箔上粘贴薄膜后，通过蚀刻将铜熔化，因此需要时间”。

韩国企业开始销售制造装置

在石墨烯的研究开发领域，各国的企业和研究机构竞争激烈。其中处于全球领先地位的是韩国企业。

韩国Graphene Square公司虽然是一家2012年1月刚刚成立的风险企业，但却开发出了大面积石墨烯薄膜的制造装置，已从2012年春季开始在日本等国家销售（图2）注1）。日本总代理商Itrix代表懂事社长长谷川正治表示，“听说该设备在韩国已经卖出了100台”。

图2：韩国厂商量产制造装置

（a）是Graphene Square公司正在销售的A4尺寸石墨烯薄膜制造用CVD装置。先将铜箔卷成卷放入石英管内，然后向其中注入甲烷（CH4）气体，并加热至1000℃，由此使石墨烯成膜。（b）是以相同方法制造、并转印至PET基板上的30英寸（700mm×400mm）石墨烯薄膜。

注1）Graphene Square公司是由石墨烯研究人员、韩国首尔国立大学(Seoul National University) 教授Byung Hee Hong成立的企业。技术人员大部分来自一直从事石墨烯成膜技术研发的韩国Samsung Techwin。不过，Graphene Square公司与Samsung集团没有资本关系。

采用该装置制作的石墨烯薄膜的特点是“薄膜电阻值仅为125Ω/□，所以质量很高”（产综研的长谷川）（表1）。不过，产品存在成膜温度高达1000℃、成膜耗费时间的课题。（源自：《日经电子》）