JP5539923B2 - グラフェン/金属ナノ複合粉末及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施例によるグラフェン/金属ナノ複合粉末は、ベース金属と、前記ベース金属内に分散されるグラフェンとを含む。前記グラフェンは、前記ベース金属の金属粒子の間に薄膜形態で介在され、前記金属粒子と結合する。前記グラフェンは、炭素原子の単一層または複数層であることができ、一例として、約100nm以下の厚さを有する膜であることができる。一実施例によれば、前記ベース金属は、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄、カリウム、ルテニウム、クロム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン、鉛、ジルコニウム、亜鉛及び白金よりなる群から選択される少なくとも1つを含む金属または合金であることができるが、必ずこれらに限定されるものではない。他の実施例によれば、前記ベース金属として、溶媒内で金属塩を形成することができる多様な種類の金属が適用されることができる。以下では、前記ベース金属として銅が適用される一実施例を図1と関連して説明する。
図4は、本発明の一実施例によるグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法を説明する流れ図である。図4を参照すれば、まず、ブロック410で、グラフェン酸化物を溶媒に分散させる。前記グラフェン酸化物は、公知のハマーズ(Hummers)工程または変形されたハマーズ工程を通じて黒煙(graphite)構造から分離して獲得されることができる。前記公知のハマーズ工程は、一例として、HummersなどのJournal of the American Chemical Society 1958、80、1339に公知されていて、前記論文に開示された技術は、本発明の技術の一部分を構成することができる。
本発明の一実施例によるグラフェン/金属ナノ複合粉末のベース金属として銅及びニッケルを適用した。まず、前記ハマーズ工程を適用して黒煙からグラフェン酸化物粉末を形成した。前記グラフェン酸化物をエチレングリコール溶媒に添加した後、超音波工程を実施することによって、前記グラフェン酸化物を前記エチレングリコール溶媒内に均一に分散させた。これにより、グラフェン酸化物分散溶液を製造した。
本発明の一実施例によるグラフェン/金属ナノ複合粉末のベース金属として銅を適用した。まず、前記ハマーズ工程を適用して黒煙からグラフェン酸化物粉末を形成した。前記グラフェン酸化物を蒸留水に添加した後、超音波工程を実施することによって、前記グラフェン酸化物を前記蒸留水内に均一に分散させた。これにより、グラフェン酸化物分散溶液を製造した。
前記実施例1のグラフェン体積比5vol%のグラフェン/銅ナノ複合粉末及びグラフェン体積比1vol%のグラフェン/ニッケルナノ複合粉末に対して走査電子顕微鏡撮影を実施した。前記5vol%のグラフェン/銅ナノ複合粉末に対しては、透過電子顕微鏡撮影を別に実施した。前記実施例1の前記グラフェンの体積比が0.69vol%であるグラフェン/銅ナノ複合粉末及び純粋銅粉末を利用して応力−変形(stress-strain)測定を各々実施し、前記グラフェン体積比0.69vol%のグラフェン/銅ナノ複合粉末及び純粋銅粉末の機械的特性を比較評価した。
図6は、本発明の一実施例によるグラフェン/銅ナノ複合粉末の透過電子顕微鏡写真である。具体的に、図6は、前記実施例1の製造方法によって形成された5vol%のグラフェン体積比を有するグラフェン/銅ナノ複合粉末の透過電子顕微鏡写真である。図7は、本発明の一実施例によるグラフェン/ニッケルナノ複合粉末の走査電子顕微鏡写真である。具体的に、図7は、前記実施例1の製造方法によって形成された1vol%のグラフェン体積比を有するグラフェン/ニッケルナノ複合粉末の走査電子顕微鏡写真である。図8は、本発明の一実施例によるグラフェン/銅ナノ複合粉末の走査電子顕微鏡写真である。具体的に、図8は、前記実施例2の製造方法によって形成された5vol%のグラフェン体積比を有するグラフェン/銅ナノ複合粉末の走査電子顕微鏡写真である。
110、120、210、320、620、820 金属粒子
310 ディンプル
Claims (14)
- ベース金属と、
前記ベース金属内に分散され、前記ベース金属の強化材として作用するグラフェンと、を含み、
前記グラフェンは、前記ベース金属の金属粒子の間に薄膜形態で介在され、前記金属粒子と物理的または化学的に結合し、
前記ベース金属内の前記グラフェンの含量は、前記グラフェン相互間の反応によって前記グラフェンの構造変形が防止されることができる限度である0vol%超過且つ30vol%未満であるグラフェン/金属ナノ複合粉末。 - 前記金属粒子は、1nm〜10μmのサイズを有することを特徴とする請求項1に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末。
- 前記ベース金属は、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄、カリウム、ルテニウム、クロム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン、鉛、ジルコニウム、亜鉛及び白金よりなる群から選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末。
- 請求項1に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末を含む粉末焼結体であるグラフェン/金属ナノ複合素材。
- (a)グラフェン酸化物を溶媒に分散させる過程と、
(b)前記グラフェン酸化物が分散された前記溶媒にベース金属として適用される金属の塩を提供する過程と、
(c)前記グラフェン酸化物及び前記金属の前記塩を還元させて、前記ベース金属の金属粒子の間に薄膜形態のグラフェンが分散される粉末を形成する過程と、を含み、
前記グラフェンは、前記金属粒子と物理的または化学的に結合し、
前記分散されたグラフェンは、前記ベース金属の強化材として作用し、前記分散されたグラフェンの含量は、前記グラフェン相互間の反応によって前記グラフェンの構造変形を防止することができる限度である0vol%超過且つ30vol%未満よりなるように制御されるグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。 - 前記金属の前記塩は、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄、カリウム、ルテニウム、クロム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン、鉛、ジルコニウム、亜鉛及び白金よりなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む水和物塩であることを特徴とする請求項5に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- (d)前記形成された粉末を300℃〜700℃の温度で水素熱処理する過程をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- (c)過程は、70℃〜100℃の温度で還元剤とともに前記グラフェン酸化物及び前記金属の前記塩を還元させる過程を含むことを特徴とする請求項5に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- 請求項5に記載の方法で形成されるグラフェン/金属ナノ複合粉末に対して、前記ベース金属の融点の50%〜80%の温度で焼結し、バルク(bulk)素材を形成する過程を含むグラフェン/金属ナノ複合素材の製造方法。
- (a)グラフェン酸化物を溶媒に分散させる過程と、
(b)前記グラフェン酸化物が分散された前記溶媒にベース金属として適用される金属の塩を提供する過程と、
(c)前記溶媒内の前記金属の塩を酸化させて金属酸化物を形成させる過程と、
(d)前記グラフェン酸化物及び前記金属酸化物を還元させて、前記ベース金属の金属粒子の間に薄膜形態のグラフェンが分散される粉末を形成する過程と、を含み、
前記グラフェンは、前記金属粒子と物理的または化学的に結合し、
前記分散されたグラフェンは、前記ベース金属の強化材として作用し、前記分散されたグラフェンの含量は、前記グラフェン相互間の反応によって前記グラフェンの構造変形を防止することができる限度である0vol%超過且つ30vol%未満よりなるように制御されるグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。 - 前記金属の前記塩は、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄、カリウム、ルテニウム、クロム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン、鉛、ジルコニウム、亜鉛及び白金よりなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む水和物塩であることを特徴とする請求項10に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- (d)過程は、前記グラフェン酸化物及び前記金属酸化物を含む複合粉末を還元雰囲気で熱処理する過程を含むことを特徴とする請求項10に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- (c)過程は、前記グラフェン酸化物及び前記金属の前記塩が含まれた前記溶媒に酸化剤を提供した後、熱処理する過程を含むことを特徴とする請求項10に記載のグラフェン/金属ナノ複合粉末の製造方法。
- 請求項10に記載の方法で形成されるグラフェン/金属ナノ複合粉末に対して、前記ベース金属の融点の50%〜80%の温度で焼結し、バルク(bulk)素材を形成する過程を含むグラフェン/金属ナノ複合素材の製造方法。
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