グラフェンの基礎 (構造・特性・作製) と量産技術および応用展開

第1部. 「グラフェンの構造・特性とそれを利用する技術及びグラフェン部材・デバイスの事例」

(2017年10月27日 11:00～12:30)

　グラフェンは、登場してまもないが、今までにない構造と機能をもち、新たな機能を持つ材料やデバイスを生み出す素材となることや既存材料に添加・複合化して高性能・高機能化させ、付加価値を格段に向上させる素材である。カーボンナノチューブなどのナノマテリアルと決定的に異なるのは、グラフェンはグラファイトから容易に低コストで量産できるため、グラフェンを用いた材料や部材・デバイスの実用化・市場化が容易であり、社会や産業に大きなインパクトを与え、確実に貢献できることである。 　本講演では、 (1) グラフェンに関する基礎的な知識、即ち、特徴的な構造とそれに由来する物性・機能、他の物質にない特異性等について解説する。 (2) グラフェンを材料化やデバイス・部材化プロセスとそのキーとなる技術について説明する。 (3) グラフェンを添加や複合化に用いて既存材料を高機能化・高性能化させた事例とそのコストパフォーマンスを示す。 (4) グラフェンの特性を活かした新規なあるいは特殊な構造化とそれにより生み出された新機能に関する最先端研究例を紹介する。 (5) グラフェンが近い将来に社会や産業に与えるインパクトを予想する。 　このような講演により、参加者がグラフェンを身近な素材と感じられ、商品開発や製品向上の道具と思うようになることを目的としています。

1. グラフェンの構造と特性
   1. グラフェンの六角セル炭素構造と炭素原子1個の厚さに由来する巨大比表面積、高導電性、高強度等の特性
   2. グラフェンのナノポア形成等の特異性、表面の修飾基による機能化等
   3. グラフェンの低コスト量産化、他物質の親和性、多機能化
   4. グラフェンが次世代産業素材となる技術的及び経済的根拠
2. グラフェンの材料化プロセスとそのキーテクノロジー
   1. CVD法等によるグラフェン合成とグラファイトからのグラフェン剥離
   2. 酸化グラフェン及び還元グラフェンの親水・親溶液性
   3. 還元グラフェンの親水・親溶液性向上のための処理方法
   4. グラフェンの修飾基付加等による機能付加
   5. グラフェンと高分子の複合化、溶液混和、融液混和、電解重合
3. グラフェンシートの作製とその応用
   1. 酸化グラフェンシートの作製とその応用事例
   2. グラフェンシートの作製と応用事例
4. グラフェン複合高分子材料及び他のグラフェン複合材料
   1. エポキシ樹脂への添加による高強度化
   2. ポリエチレンテレフタレート (PET) 及びポリスチレンへの添加による導電性化
   3. エポキシ樹脂への複合化による高熱伝導性化
   4. 金属及びセラミックスとの複合化による強靭化
5. グラフェン積層、3次元化材料、バッテリー及びキャパシターへの応用
   1. スペーサーにより間隔制御したグラフェン積層とその応用例
   2. グラフェン3次元構造制御による柔軟な生体材料創製とその応用例
   3. グラフェンのリチウムイオ電池の正極及び負極材料への応用
   4. グラフェンのスーパーキャパシター電極への応用
6. グラフェンの医療、ロボット等の先端分野への応用の試み
• 質疑応答・名刺交換

第2部. 「グラフェンの量産技術と用途展開」

(2017年10月27日 13:15～14:45)

　グラフェンは新しい材料であるにも関わらず、工業利用が一部始まっている。世界各国で開発競争が繰り広げられているグラフェンについて、実際はどのような材料であるのか、工業利用を目指した合成技術、および量産技術確立への展望などについて議論する。またグラフェンと関連する二次元材料との組み合わせもたいへん重要であり、これについても織り交ぜて講演する。さらに現在進められている用途開発と直面する課題について検討し、グラフェンの可能性と今後の展開について把握する機会としたい。

1. グラフェンの特性
2. グラフェン研究開発の歴史
3. グラフェンの形成法、量産に向けた試みと課題
   1. 剥離などによるグラフェンの形成
   2. 酸化グラフェンおよび酸化グラフェンの還元による剥離グラフェンの形成
   3. 酸化グラフェンを経ない剥離グラフェンの形成
   4. 熱CVDによるグラフェンの形成
   5. プラズマを利用したグラフェンの高スループットCVD合成
4. グラフェンの用途開発の現状
   1. 透明導電膜用途
   2. バッテリー関連用途
   3. フィルタレーション用途
   4. ガス高純度化用途
   5. センサー用途
   6. その他
• 質疑応答・名刺交換

第3部. 「グラフェンの特性および合成と応用技術」

～センサー開発を中心として～

(2017年10月27日 15:00～16:30)

　グラフェンは、炭素原子とその結合からできた1原子層の炭素層であり、蜂の巣格子状に配列した六角形格子構造をしている。そのため、そのバンド構造より移動度が驚くほど高くなる。さらに、グラフェンは、バルク部分がない完全な2次元物質であるので、グラフェンの表面への分子の吸着がグラフェンの性質に与える影響は、3次元物質に比べて非常に大きいことが予想できる。本セミナーでは、グラフェンの持つ構造、電気特性等について説明し、その特徴を生かしてナノデバイスを作製し、応用技術の中でセンサーの開発を中心に紹介する。また、カーボンナノチューブの特性、応用例も説明し、グラフェンと比較する。

1. ナノカーボン
2. グラフェン・カーボンナノチューブの特性
   1. グラフェン
   2. カーボンナノチューブ (CNT)
   3. 特性の比較
3. 合成および評価方法
   1. グラフェンの合成方法
      1. 機械剥離法
      2. 化学剥離法
      3. 化学気相蒸着 (CVD) 法
      4. SiC加熱法
   2. CVD法によるCNT合成
   3. 評価方法:ラマン散乱分光法
4. グラフェンを用いた応用:センサーへの応用を中心に
   1. グラフェンを用いた応用分野
   2. バイオセンサーの基本構成
   3. 種々のバイオセンサー (検出方法)
   4. グラフェンデバイスを用いたバイオセンサーの原理および作製
   5. 溶液中での特性
   6. タンパク質の検出
   7. ウイルス検出の試み
5. センサー開発に向けたグラフェンの合成方法
• 質疑応答・名刺交換