| 研究課題/領域番号 |
18H03864
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
吾郷 浩樹 九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (10356355)
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| 研究分担者 |
長汐 晃輔 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20373441)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 単層グラフェン / 二層グラフェン / CVD成長 / インターカレーション / 転写プロセス |
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| 研究実績の概要 |
炭素原子からなる究極的な二次元シートであるグラフェンは、透明電極、タッチパネル、光・磁気・バイオセンサー、高周波トランジスタなど多様な応用が可能であることから、大きな注目を集めている。本研究では、CVD法によるグラフェン成長の理解と制御を、より高いレベルで推し進め、高品質のグラフェンを層数、さらには積層様式まで制御したテーラーメイドな合成へと発展させ、他には追随できないレベルの高いクオリティの膜を実現することを目指している。さらには、半導体やエネルギー応用に向けた基盤研究も同時に推進することを目的としている。
初年度である平成30年度は、主にグラフェンのCVD合成技術の向上に努めた。単層グラフェンの合成では、サファイア上に製膜したCu(111)薄膜を触媒として用いるが、Cu(111)膜の結晶性が十分ではなかった。そこで、様々な製膜条件と後処理の検討を通じて結晶性向上に重要な知見を得ることができた。さらに、この高品質Cu(111)薄膜を用い、配向したグラフェンの粒界の状態について検討を行った。グラフェンシートの通電時に発生する微小な発熱をロックインサーモグラフィーで観察することで、グラフェンの粒界について新しい結果を得ることができた。本結果はプレス発表も行っており、特筆すべき成果といえる。その他、単層グラフェンの応用研究を進める上で重要な結果も得つつある。
二層グラフェンについても、二層の割合を90%以上に保ちながら、回転積層を抑制してAB積層を選択的に合成する研究にも着手し、興味深い結果が得られつつあり、論文を準備中である。また、CVDで合成する大面積の二層グラフェンにインターカレーションして機能付与する研究も着実に進んでいる。二層グラフェンのトランジスタや他の電子デバイスへの応用も共同研究を含めて進めており、次年度以降に向けて着実に成果が得られる状態にある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成30年度は初年度であったことから、グラフェンの合成技術のブラッシュアップを中心に進めた。単層グラフェンの品質向上、粒界構造の解析などに関して着実に結果が得られつつあり、これを更に進めていくことで今後への展開が期待される状態にある。
二層グラフェンについても、合成法の改良や成長メカニズムの理解が進んできており、目的達成に向けて研究は順調に推移している。インターカレーションによる機能化、二層グラフェンの半導体デバイス応用についても平成30年度に着手済みであり、今後、研究を継続することで新たな結果が得られるものと期待される。さらにはグラフェンのガスバリア性についても共同で検討を行い、３枚のグラフェンを重ねた際には粒界の影響がなくなり、非常に高いガスバリア膜として機能することを見出し、論文発表を行っている。
また大学の研究グループをはじめ、企業を含め多くの共同研究者にグラフェン試料を提供しており、本研究で合成するグラフェン研究の成果の発展、社会への貢献という意味でも大きな役割をはたしているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、単層グラフェンのクオリティの向上、粒界に関する詳細な検討、そしてCVDグラフェンでの極めて高いキャリア移動度の実現などへと展開していく。それに加え、転写プロセスなど、グラフェン研究を大きく支える基盤技術もさらに構築していく。
二層グラフェンについても、二層の割合、AB積層の割合がともに高度に制御された究極的な大面積二層グラフェンを合成する技術を開発するとともに、モアレ効果など新たな展開も目指していく。
上記の単層、二層グラフェンを用い、太陽電池、トランジスタ、電池等への応用の可能性を引き続き検討していくことで、テーラメイド合成したグラフェンが種々の応用に有効であることを実証したいと考えている。
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