KR101211850B1 - net of Graphene nano filter, Graphene nano filter and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

그라핀 나노 필터 망이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 그라핀 나노 필터 망은, 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자 구조를 가지는 그라핀(Graphene); 및 유체는 통과시키되 1㎚ 이상의 사이즈를 가지는 유체내 입자는 걸러지도록 그라핀의 일부를 식각하여 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 생성되는 공극;을 포함하여 구성된다.A graphene nano filter network is disclosed. Graphene nano filter network according to an embodiment of the present invention, the graphene (Graphene) having a hexagonal lattice structure of 0.1nm to 0.2nm size; And pores that are formed to have a size of 1 nm or more and 100 nm or less by etching a portion of the graphene so that the fluid passes, but particles in the fluid having a size of 1 nm or more are filtered out.

Description

그라핀 나노 필터 망, 그라핀 나노 필터 및 그 제조방법{net of Graphene nano filter, Graphene nano filter and manufacturing method}Graphene nano filter network, graphene nano filter and manufacturing method thereof {net of Graphene nano filter, Graphene nano filter and manufacturing method}

본 발명은 유체내 미세 입자를 필터링하는 데 사용되는 필터 망, 이를 적용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a filter network used to filter fine particles in a fluid, a filter using the same, and a method of manufacturing the same.

멤브레인(membrane)은 액체나 기체내 혼합 입자를 분리시키거나, 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체를 분리시키는 데에 사용되는 여과막으로, 공극 사이즈에 따라 마이크로필트레이션(microfiltration), 나노필트레이션(nanofiltration), 울트라필트레이션(ultrafiltration), 역삼투필트레이션(reverse osmosis filtration) 등으로 구분할 수 있다.Membrane is a filtration membrane used to separate mixed particles in a liquid or gas, or to dissolve dissolved substances or mixed gases dissolved in a liquid, and according to the pore size, microfiltration and nanofiltration ( nanofiltration, ultrafiltration, reverse osmosis filtration, and the like.

멤브레인과 같은 다공성 망 구조체를 이용한 여과 방식은, 1차적으로 필터를 이용한 체거름 효과를 통해 공극 보다 큰 입자를 거르게 되고, 2차적으로 확산과 삼투에 의한 여과를 거치게 되는데, 이러한 과정에서 여과가능한 유체내 입자 크기는 멤브레인 필터의 공극의 크기에 의존하게 된다. In the filtration method using a porous network structure such as a membrane, the particles that are larger than the pores are first filtered through the sieving effect of the filter, and secondly, the particles are filtered through diffusion and osmosis. The particle size within will depend on the size of the pores of the membrane filter.

보다 미세한 크기의 입자를 분리가능 할수록 높은 성능을 가진다고 판단되며, 보다 작은 크기의 공극을 가질수록 더욱 작은 크기의 입자까지 분리할 수 있으나, 종래에 필터에 적용되고 있는 고분자, 섬유, 금속, 세라믹 소재 등으로는 최소 20㎚ 이하 사이즈의 공극을 구현하기 어려웠다.It is judged that the finer the particles can be separated, the higher the performance. The smaller the pores, the smaller the particles can be separated. However, polymers, fibers, metals and ceramics that are conventionally applied to filters Etc., it was difficult to realize pores with a size of at least 20 nm or less.

또한, 유체의 투과 과정에서 멤브레인은 항상 유체의 압력을 받게 되므로, 유압에 대한 내구성이 요구되는데, 최소 20㎚ 이하 사이즈의 입자가 투과가능할 정도의 얇은 막을 구현함에 있어서는, 내구성이 강한 금속재를 적용하더라도 이차원 평면 구조를 일정하게 유지할 수 없다는 한계가 있었다.In addition, since the membrane is always subjected to the pressure of the fluid during the permeation of the fluid, durability against the hydraulic pressure is required. In order to realize a thin membrane such that particles having a size of at least 20 nm or smaller can be permeable, even if a durable metal material is used There was a limitation that the two-dimensional plane structure could not be kept constant.

그러나, 멤브레인 필터 기술이 적용되고 있는 담수화 공정, 각종 화학물질의 분리, 공기 중 미세먼지 여과 등 다양한 분야의 기술 고도화에 맞추어, 20㎚ 이하의 높은 여과 성능을 신뢰성있게 구현가능한 나노스케일 여과 기술의 개발이 요구되고 있다.However, nanoscale filtration technology that can reliably achieve high filtration performance of 20 nm or less is developed in accordance with advances in various fields such as desalination process in which membrane filter technology is applied, separation of various chemicals, and fine dust filtration in air. This is required.

또한, 오염물들이 멤브레인 필터에 누적되어 유체 투과율이 저하되면 세척하여 재사용하지 않고 새로운 것으로 교체하여 사용되고 있어 일종의 소모품으로 취급되고 있으나, 기존의 필터 소재를 적용함에 있어서는 공극의 크기, 막의 두께가 미세할수록 그 제조공정이 복잡해지고 단가가 높아져 그 사용이 제한적으로 이루어지고 있다.
In addition, when contaminants accumulate in the membrane filter and the fluid permeability decreases, it is used as a kind of consumable because it is used instead of being washed and reused. However, when applying the existing filter material, the smaller the pore size and the thickness of the membrane, The manufacturing process is complicated and the unit price is high and its use is limited.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 20㎚ 이하 스케일의 높은 여과 성능을 신뢰성있게 구현가능하면서도, 유압에 대한 내구성을 확보할 수 있고, 공정의 단순화 및 원가절감 또한 구현가능한 그라핀 나노 필터 망, 그라핀 나노 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention devised to solve the problems described above, it is possible to reliably implement a high filtration performance of the scale below 20nm, while ensuring durability against hydraulic pressure, and also to simplify the process and reduce the cost An object of the present invention is to provide a fin nano filter net, a graphene nano filter, and a method of manufacturing the same.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111); 및 유체는 통과시키되 1㎚ 이상의 사이즈를 가지는 유체내 입자는 걸러지도록 상기 그라핀(111)의 일부를 식각하여 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 생성되는 공극(112);을 포함하여 구성되는 그라핀 나노 필터 망(110)을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, the graphene (Graphene) (111) having a hexagonal lattice structure of 0.1nm to 0.2nm size; And pores 112 which are formed to have a size of 1 nm or more and 100 nm or less by etching a portion of the graphene 111 to allow fluid to pass but filter particles in the fluid having a size of 1 nm or more. The fin nano filter network 110 is a technical subject matter.

또한, 본 발명은, 상기 그라핀 나노 필터 망(110); 상기 그라핀 나노 필터 망(110)의 가장자리 둘레에 연속하여 결합되어 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 일정한 형태로 고정, 유지시키는 그라핀 프레임(120); 및 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 내부 유로(210)가 형성되며, 상기 내부 유로(210)를 통과하는 유체가 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 통과하도록 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레가 내벽상에 결합, 고정되는 필터채널(200);을 포함하여 구성되는 그라핀 나노 필터를 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, the graphene nano filter network 110; A graphene frame 120 that is continuously coupled around an edge of the graphene nano filter net 110 to fix and maintain the graphene nano filter net 110 in a predetermined form; And an inner flow passage 210 having a width of 1 μm or more and 10 cm or less, and the fluid passing through the inner flow passage 210 passes through the graphene nano filter network 110 of the graphene frame 120. Graphene nano-filter comprising a; the outer periphery is coupled to, and fixed on the inner wall filter channel 200 as another technical gist.

여기서, 상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)은, PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머 재질로 구성될 수 있다.The graphene frame 120 and the filter channel 200 may be made of a polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS).

그리고, 상기 필터채널(200)은, 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레를 끼워 고정가능하도록 내벽상에 함몰형성된 조립홈(221);을 포함하여 구성될 수 있다.The filter channel 200 may include an assembly groove 221 recessed on an inner wall of the graphene frame 120 so as to be fitted around the outer surface of the graphene frame 120.

또한, 외부의 유체가 인렛포트(inlet port)를 통해 상기 필터채널의 내부 유로(210)로 인입가능한 통로를 제공하는 인렛포트 결합홀(230); 및 상기 필터채널의 내부 유로(210)를 통과하며 필터링(filtering)된 유체가 아웃렛포트(outlet port)를 통해 상기 필터채널(200) 외부로 배출가능한 통로를 제공하는 아웃렛포트 결합홀(240);을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the inlet port coupling hole 230 provides a passage through which an external fluid can be introduced into the internal flow path 210 of the filter channel through an inlet port; And an outlet port coupling hole 240 that provides a passage through which the filtered fluid passes through the internal flow path 210 of the filter channel and is discharged to the outside of the filter channel 200 through an outlet port. It may be configured to include more.

그리고, 본 발명은, 탄소 원자가 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자를 이루며 2차원으로 연속된 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111)을 생성하는 그라핀 생성단계(S1-A); 및 실리콘 옥사이드(Silicon oxide) 소재의 마스크(mask)(20)를 이용하여 식각에 의해 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 공극(112)을 상기 그라핀(111)에 형성하는 그라핀 식각단계(S2);를 포함하여 구성되는 그라핀 나노 필터 제작방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, the graphene generation step (S1-A) to produce a graphene (111) having a structure in which the carbon atoms form a hexagonal lattice of 0.1 nm or more to 0.2 nm or less in a two-dimensional continuous structure ); And a graphene etching step of forming voids 112 having a size of 1 nm or more and 100 nm or less in the graphene 111 by etching using a mask 20 made of silicon oxide material ( S2); graphene nano filter manufacturing method comprising a to include another technical gist.

여기서, 상기 그라핀 생성단계(S1-A)에서는, 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 또는 기계적 박리법에 의해 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 모노레이어(mono-layer), 바이레이어(bi-layer), 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)을 생성할 수 있다.Here, in the graphene generation step (S1-A), a mono-layer and a bi-layer having a width of 1 μm or more and 10 cm or less by chemical vapor deposition (CVD) or mechanical exfoliation method A graphene 111 having a lamination structure of a bi-layer or a tri-layer or more may be generated.

그리고, 상기 그라핀 식각단계(S2)에서는, 바이레이어(bi-layer) 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)의 양측에 각각 독립적인 패턴의 공극(112)을 형성하여, 양측에 형성된 패턴의 위치, 형태의 일치정도에 따라 공극(112)의 형태와 크기를 조정, 제어할 수 있다.In the graphene etching step S2, the pores 112 having independent patterns on both sides of the graphene 111 having a lamination structure of a bi-layer or a triple-layer are formed. By forming, the shape and size of the gap 112 can be adjusted and controlled according to the position of the pattern formed on both sides, the degree of matching of the shape.

또한, 상기 그라핀 식각단계(S2)는, 상기 그라핀(111)을 실리콘 기판(10)상에 이송, 안착시키는 그라핀 준비단계(S2-1); 상기 그라핀(111)에 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 홀이 패터닝된 상기 마스크(20)를 씌우는 마스크 준비단계(S2-2); 및 플라즈마(plasma)를 상기 마스크(20)측으로 분사하여, 상기 마스크(20)에 형성된 홀을 통과한 플라즈마에 의해 그라핀(111)을 구성하는 탄소원자간의 공유 결합을 끊으면서 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 미세 공극(112)을 형성하는 플라즈마 식각단계(S2-3);를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the graphene etching step (S2), the graphene preparing step (S2-1) for transferring and seating the graphene 111 on the silicon substrate 10; A mask preparation step of covering the mask 20 in which holes having a size of 1 nm or more and 100 nm or less are patterned on the graphene 111 (S2-2); And plasma (plasma) sprayed toward the mask 20 side to break covalent bonds between the carbon atoms constituting the graphene 111 by plasma passing through holes formed in the mask 20 to 100 nm or more. Plasma etching step (S2-3) to form a micro-pore 112 of a size less than or equal to; may be configured.

그리고, 상기 그라핀 식각단계(S2) 이전에, 실리콘(Silicon) 기판에 2㎚ 이상 내지 200㎚ 이하 사이즈의 홀을 가공하고, 실리콘 옥사이드(Silicon oxide)로 산화시키는 것에 의해, 부피를 1.5배로 확장시키며 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 홀을 축소시켜 상기 마스크(20)를 제작하는 마스크 제작단계(S1-B);를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, prior to the graphene etching step (S2), by processing a hole of 2nm or more to 200nm size in the silicon substrate (Silicon), by oxidizing to silicon oxide (Silicon oxide), the volume is expanded 1.5 times And a mask fabrication step (S1-B) of fabricating the mask 20 by reducing the hole to a size of 1 nm or more and 100 nm or less.

또한, 상기 그라핀 식각단계(S2)는, 일정한 사이즈의 홀이 패터닝된 상기 마스크(20)를 이용하는 경우, 식각 시간에 따라 상기 공극(112) 사이즈를 확대 또는 축소 조정할 수 있다.In the graphene etching step S2, when the mask 20 having a predetermined size of holes is patterned, the pore 112 may be enlarged or reduced in size according to an etching time.

그리고, 상기 그라핀 식각단계(S2)를 거친 상기 그라핀(111)의 가장자리 둘레에, 상기 그라핀(111)을 일정한 형태로 고정, 유지가능한 강성을 가지는 그라핀 프레임(120)을 연속하여 결합시키는 프레임 결합단계(S3); 및 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 내부 유로(210)가 형성된 필터채널(200)의 내벽상에 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레를 결합, 고정시키는 필터채널 조립단계(S4);를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, around the edge of the graphene 111 through the graphene etching step (S2), the graphene frame 120 having a rigidity capable of fixing and maintaining the graphene 111 in a predetermined form is continuously connected. Frame combining step S3; And a filter channel assembly step (S4) of coupling and fixing an outer periphery of the graphene frame 120 on an inner wall of the filter channel 200 having an inner flow passage 210 having a width of 1 μm to 10 cm or less. It may be configured to include more.

또한, 상기 필터채널 조립단계(S4)에서는, 상기 필터채널의 내부 유로(210)의 길이방향을 따라 다수의 상기 그라핀(111) 및 그라핀 프레임(120)을 배치킬 수 있다.
In addition, in the filter channel assembly step (S4), a plurality of the graphene 111 and the graphene frame 120 may be disposed along the longitudinal direction of the inner flow path 210 of the filter channel.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 탄소 원자 사이의 거리 및 격자 0.14㎚ 정도의 사이즈를 가지는 그라핀의 탄소 원자간 연결을 부분적으로 끊어 공극을 형성함으로써, 20㎚ 이하 스케일의 높은 여과 성능을 신뢰성있게 구현가능할 뿐만 아니라, 최소 1㎚ 스케일의 정밀도 또한 간단히 구현가능하다는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the gap between the carbon atoms and the carbon atoms of the graphene having a lattice size of about 0.14 nm is partially cut off to form voids, thereby providing high filtration performance of 20 nm or less scale. Not only can it be reliably implemented, but the effect of the minimum 1 nm scale is also simple.

또한, 그라핀은 4Å 정도의 얇은 이차원 망 구조를 가지면서도, 종탄성계수가(young’s modulus)가 0.5TPa에 달하고 강철의 200배에 해당되는 강도를 가지므로, 유압에 대한 우수한 내구성을 확보할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, graphene has a thin two-dimensional network structure of about 4Å, but has a Young's modulus of 0.5TPa and a strength of 200 times that of steel, thereby ensuring excellent durability against hydraulic pressure. There is another effect.

또한, 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 등에 의해 2차원 구조의 그라핀을 제작하고, 플라즈마 식각하는 단순한 공정에 의해 구현가능하여 공정의 간소화 및 원가절감을 구현할 수 있으며, 이에 따라 필터로서의 실용성, 활용성 또한 확보할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
In addition, it is possible to implement a graphene having a two-dimensional structure by a chemical vapor deposition technique (CVD, etc.), and to be implemented by a simple process of plasma etching, thereby simplifying the process and reducing the cost, thereby making it practical as a filter. In addition, there is another effect of securing usability.

도 1 - 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 망의 일실시예를 도시한 사시도
도 2 - 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터의 일실시예를 도시한 요부 투시도
도 3 - 도 2의 요부단면도
도 4 - 도 2에서 인렛포트와 아웃렛포트로부터 그라핀 나노 필터를 이탈시킨 상태를 도시한 요부 투시도
도 5 - 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 제작방법의 일실시예를 도시한 흐름도
도 6 - 그라핀 식각단계에서 그라핀 준비단계가 완료된 일예를 도시한 사시도
도 7 - 그라핀 식각단계에서 마스크 준비단계가 완료된 일예를 도시한 요부 단면사시도
도 8 - 그라핀 식각단계에서 플라즈마 식각단계가 완료된 일예를 도시한 사시도
도 9 - 플라즈마 식각을 통한 공극의 확대 형성 과정을 도시한 모식도 1-a perspective view showing one embodiment of a graphene nano filter network according to the present invention
Figure 2-A perspective view showing the main part showing an embodiment of the graphene nano filter according to the present invention
3-main part cross-sectional view of FIG.
4-2 is a perspective view showing the state in which the graphene nano filter is separated from the inlet port and the outlet port in FIG.
Figure 5-Flow chart showing an embodiment of a graphene nano filter manufacturing method according to the present invention
6 is a perspective view showing an example in which the graphene preparation step is completed in the graphene etching step
FIG. 7 is a cross-sectional perspective view illustrating main parts of an example in which a mask preparation step is completed in an graphene etching step
8 is a perspective view showing an example in which the plasma etching step is completed in the graphene etching step
9 is a schematic diagram showing an enlarged process of forming voids through plasma etching;

도 1은 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 망의 일실시예를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an embodiment of a graphene nano filter network according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 망(110)의 일실시예는, 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111)과, 상기 그라핀(111)의 일부를 식각하여 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 생성되는 공극(112)으로 이루어진 구조를 가진다.Referring to FIG. 1, one embodiment of the graphene nano filter network 110 according to the present invention includes a graphene 111 having a hexagonal lattice structure having a size of 0.1 nm or more and 0.2 nm or less. A portion of the graphene 111 is etched to have a structure composed of pores 112 formed to a size of 1 nm or more to 100 nm or less.

그라핀(graphene)은 흑연을 뜻하는 '그라파이트(Graphite)'와 화학에서 탄소 이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사인 'ene'을 결합해 만든 조어로, 탄소가 벌집 모양과 같이 육각형의 형태로 서로 연결된 2차원 평면 구조를 이루는 물질이며, 탄소로 구성되어 있어 약 4 Å 정도의 얇은 두께를 가지면서도 화학적으로 안정성, 기계적, 전기적 성질이 우수하고, 대면적에서 균일한 성질을 가진다.Graphene is a term formed by combining 'graphite', which means graphite, and 'ene', which means a molecule having carbon double bonds in chemistry, and carbon in hexagonal form like honeycomb. It is a material that forms a two-dimensional planar structure connected to each other. It is composed of carbon and has a thin thickness of about 4 Å, but has excellent chemical stability, mechanical and electrical properties, and uniform properties in a large area.

각 그라핀을 이루고 있는 탄소원자 간의 결합은 공유 결합이며, 그라핀 간 결합은 공유결합에 비해 상대적으로 약한 반데르발스 (van der Waals) 결합을 하고 있어, 이러한 특성을 이용하여 흑연으로부터 그라핀을 박피, 분리하는 기계적 박리법, 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 등에 의해 제조된다.The bond between carbon atoms constituting each graphene is a covalent bond, and the bond between graphenes has a weaker van der Waals bond than the covalent bond. It is manufactured by peeling, separating mechanical peeling, chemical vapor deposition (CVD), or the like.

상기 공극(112)이 1㎚의 사이즈로 형성되면, 약 0.5㎚의 분자 크기를 가지는 물과 같은 유체는 상기 공극(112)을 통과하게 되며, 1㎚을 초과하는 사이즈를 가지는 유체내 입자는 상기 공극(112)을 통과하지 못하고 걸러지게 된다.When the pore 112 is formed to a size of 1 nm, a fluid such as water having a molecular size of about 0.5 nm passes through the pore 112, and particles in the fluid having a size greater than 1 nm are It does not pass through the air gap 112 is filtered.

도 2는 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터의 일실시예를 도시한 요부 투시도이고, 도 3은 도 2의 요부단면도이다.2 is a main perspective view showing an embodiment of the graphene nano filter according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view of the main part of FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터의 일실시예는 상기 그라핀 나노 필터 망(110)과, 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 일정한 형태로 고정, 유지시키는 그라핀 프레임(120)으로 구성되는 그라핀 나노 필터 칩(100)이 필터채널(200) 내벽상에 결합된 구조를 가진다.Referring to Figure 2, one embodiment of the graphene nano filter according to the present invention is the graphene nano filter net 110, and the graphene frame for fixing and maintaining the graphene nano filter net 110 in a constant form The graphene nano filter chip 100 composed of 120 has a structure coupled to the inner wall of the filter channel 200.

상기 그라핀 프레임(120)은 상기 그라핀 나노 필터 망(110)의 가장자리 둘레에 연속하여 결합되고, 상기 필터채널(200)에는 유체의 유동경로를 제공하는 내부 유로(210)가 유량과 유속 등의 조건에 따라 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비로 다양하게 적용되며, 예를 들면 상기 내부 유로(210)의 너비가 500㎛일 때, 약 100㎖/min의 통과 유량을 구현하게 된다.The graphene frame 120 is continuously coupled around the edge of the graphene nano filter network 110, the filter channel 200 has an internal flow path 210 for providing a flow path of the fluid flow rate and flow rate, etc. According to the condition of variously applied to a width of 1㎛ or more to 10cm or less, for example, when the width of the inner flow path 210 is 500㎛, implements a flow rate of about 100ml / min.

상기 그라핀 프레임(120)은, 상기 그라핀 나노 필터 망(110)의 2차원 연속면이 유체의 진행방향에 수직되는 방향으로 연장되도록 배치된 상태에서 외면 둘레가 상기 필터채널의 내부 유로(210)의 내벽상에 결합, 고정되어, 상기 내부유로(210)를 통과하는 유체는 자연히 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 투과하게 된다.The graphene frame 120 is disposed so that the two-dimensional continuous surface of the graphene nano filter network 110 extends in a direction perpendicular to the direction in which the fluid flows. Coupled and fixed on the inner wall of the), the fluid passing through the inner passage 210 naturally passes through the graphene nano filter network 110.

상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)은, 상기와 같이 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 일정한 형태로 지지, 유지하고, 유체의 통과와 상기 그라핀 나노필터 망(110)의 설치가 가능한 상기 내부 유로(210)를 제공한다면 특정한 구조와 형상, 재질로 한정되지 않는다.The graphene frame 120 and the filter channel 200 supports and maintains the graphene nano filter network 110 in a predetermined form as described above, and passes the fluid and the graphene nano filter network 110. If the inner flow path 210 is provided that can be installed is not limited to a specific structure, shape, material.

상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)을 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머 재질로 구성하면, 폴리머의 점성, 경화상태를 조정하면서, 별도의 부속품을 추가로 구비하지 않고도, 상기 그라핀 나노 필터 망(110)과 그라핀 프레임(120)간의 결합 및 상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)간의 결합을 견고하게 구현할 수 있다.When the graphene frame 120 and the filter channel 200 are made of a polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS), the graphene nanos may be adjusted without adjusting additional viscosity and curing state of the polymer without additional accessories. The coupling between the filter network 110 and the graphene frame 120 and the coupling between the graphene frame 120 and the filter channel 200 may be firmly implemented.

상기 필터채널(200)에는, 상기 필터채널(200)의 외부의 유체가 상기 필터채널의 내부 유로(210)로 인입가능한 통로를 제공하는 인렛포트 결합홀(230)과, 상기 필터채널의 내부 유로(210)를 통과하며 필터링(filtering)된 유체가 상기 필터채널(200) 외부로 배출가능한 통로를 제공하는 아웃렛포트 결합홀(240)이 형성된다.The filter channel 200 has an inlet port coupling hole 230 that provides a passage through which fluid outside the filter channel 200 can enter the internal flow path 210 of the filter channel, and an internal flow path of the filter channel. An outlet port coupling hole 240 is formed to provide a passage through which the filtered fluid passing through 210 can be discharged to the outside of the filter channel 200.

도 3을 참조하면, 하나의 상기 그라핀 나노 필터 칩(100)만을 이용하는 이외에, 여과 성능의 안정성, 장치 수명을 확보하기 위해 상기 필터채널의 내부 유로(210)의 길이방향을 따라 다수의 상기 그라핀 나노 필터 칩(100)을 배치시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, in addition to using only one graphene nano filter chip 100, a plurality of graphs may be arranged along a length direction of an inner flow path 210 of the filter channel to ensure stability of filtration performance and device life. The fin nano filter chip 100 may be disposed.

다단 구조로 상기 그라핀 나노 필터 칩(100)을 배치시킴에 있어서는, 모노레이어(mono-layer), 바이레이어(bi-layer), 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111) 전부를 적용가능하며, 예를 들어, 모노레이어 10장을 이용하거나, 바이레이어 5장을 이용하거나, 트리플레이어 3장을 이용하여 동일한 정도의 여과성능을 구현할 수 있다.In arranging the graphene nano filter chip 100 in a multi-stage structure, a graphene having a stack structure of at least a mono-layer, a bi-layer, or a tri-layer (triple-layer) 111) All of them can be applied, for example, by using 10 monolayers, 5 bilayers, or 3 tree players to achieve the same degree of filtering performance.

상기 필터채널(200)의 내벽상에 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레를 끼워 고정가능한 조립홈(221)을 함몰형성하면, 대량생산 과정에서 상기 그라핀 프레임(120)을 지정된 조립위치상에 명확하게 결합시킬 수 있으며, 유체의 진행경로상에 노출된 지점에서만 상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)간의 결합이 이루어지는 경우에 비해 유압에 대해 보다 견고한 내구성을 구현할 수 있다.If the recessed groove 221 is formed on the inner wall of the filter channel 200 to be fitted around the outer surface of the graphene frame 120, the graphene frame 120 is placed on the designated assembly position in a mass production process. It can be clearly coupled to, and can achieve a more durable durability against the hydraulic pressure than the case where the coupling between the graphene frame 120 and the filter channel 200 is made only at the point exposed on the flow path of the fluid.

도 4는 인렛포트(inlet port)와 아웃렛포트(outlet port)로 부터 상기 그라핀 나노 필터를 이탈시킨 상태를 도시한 요부 투시도이다.4 is a main perspective view illustrating a state in which the graphene nano filter is separated from an inlet port and an outlet port.

도 4를 참조하면, 상기 필터채널(200) 내부로 유체를 공급하는 유입로가 되는 인렛포트에 상기 인렛포트 결합홀(230)을 착탈시키고, 상기 필터채널(200) 내부의 유체를 외부로 배출하는 유출로가 되는 아웃렛포트에 상기 아웃렛포트 결합홀(240)을 착탈시키는 조립에 의해, 인렛포트와 아웃렛포트가 구비된 유로상에 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터를 용이하게 설치 및 교체할 수 있다.Referring to FIG. 4, the inlet port coupling hole 230 is attached to and detached from the inlet port serving as an inlet for supplying the fluid into the filter channel 200, and the fluid inside the filter channel 200 is discharged to the outside. By assembling the attachment and detachment of the outlet port coupling hole 240 to the outlet port to be an outflow path, the graphene nano filter according to the present invention can be easily installed and replaced on the flow path provided with the inlet port and the outlet port. have.

도 5는 본 발명에 따른 그라핀 나노필터 제작방법의 일실시예를 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an embodiment of a graphene nanofilter manufacturing method according to the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 제작방법의 일실시예는, 크게 그라핀 생성단계(S1-A), 마스크 제작단계(S1-B), 그라핀 식각단계(S2), 프레임 결합단계(S3), 필터채널 조립단계(S4)로 이루어지며, 상기 그라핀 식각단계(S2)는 그라핀 준비단계(S2-1), 마스크 준비단계(S2-2), 플라즈마 식각단계(S2-3)로 이루어진 구성을 가진다.Referring to Figure 5, one embodiment of the graphene nano filter manufacturing method according to the present invention, the graphene generation step (S1-A), mask production step (S1-B), graphene etching step (S2), Frame combining step (S3), filter channel assembly step (S4), the graphene etching step (S2) is a graphene preparation step (S2-1), mask preparation step (S2-2), plasma etching step ( It has a configuration consisting of S2-3).

상기 그라핀 생성단계(S1-A)에서는, 탄소 원자가 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자를 이루며 2차원으로 연속된 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111)을 생성한다.In the graphene generation step (S1-A), the carbon atoms form a graphene 111 having a two-dimensional continuous structure forming a hexagonal lattice having a size of 0.1 nm or more and 0.2 nm or less.

그라핀을 생성함에 있어서는, 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 또는 기계적 박리법에 의해 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하에 이르는 다양한 사이즈의 모노레이어(mono-layer), 바이레이어(bi-layer), 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)을 생성할 수 있다.In producing graphene, mono- and bi-layers of various sizes ranging from 1 µm to 10 cm or less by chemical vapor deposition (CVD) or mechanical exfoliation methods. Alternatively, the graphene 111 having a stacked structure of a triple-layer or more may be generated.

그라핀 생성방법에 대해서는 "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes"(nature 457 5 2009, Keun Soo Kim, Yue Zhao, Houk Jang, Sang Yoon Lee, Jong Min Kim, Kwang S. Kim, Jong-Hyun Ahn, Philip Kim, Jae-Young Choi & Byung Hee Hong)를 포함한 기존의 공지기술을 따르는 바, 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.For graphene generation method, see "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes" (nature 457 5 2009, Keun Soo Kim, Yue Zhao, Houk Jang, Sang Yoon Lee, Jong Min Kim, Kwang S. Kim, Jong -Hyun Ahn, Philip Kim, Jae-Young Choi & Byung Hee Hong) according to the existing well-known technology, the detailed description thereof will be omitted.

이하 상기 그라핀 식각단계(S2)에서는 마스크(20)를 사용하지 않고 무작위적인 형태로 공극을 형성할 수도 있으나, 상기 마스크 제작단계(S1-B)를 거쳐 상기 마스크(20)를 제작, 이용함으로써, 상기 공극(112)을 보다 규칙적이며 정밀하게 설계할 수 있다.Hereinafter, in the graphene etching step S2, the voids may be formed in a random form without using the mask 20, but by making and using the mask 20 through the mask manufacturing steps S1-B. In addition, the air gap 112 may be designed more regularly and precisely.

실리콘(Silicon)은 산화에 의해 1.5배 정도로 그 부피가 확장되는데, 상기 마스크 제작단계(S1-B)에서는, 실리콘(Silicon) 기판에 2㎚ 이상 내지 200㎚ 이하 사이즈의 홀이 가공한 후 산화시켜 1.5배로 부피를 확장시키는 것에 의해, 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 홀이 형성된 실리콘 옥사이드 소재의 마스크(20)를 제작한다.Silicon is expanded to about 1.5 times its volume by oxidation. In the mask fabrication step (S1-B), holes of 2 nm or more and 200 nm or less are processed on the silicon substrate and then oxidized. By expanding the volume by 1.5 times, the mask 20 of the silicon oxide material in which the hole of the size of 1 nm-100 nm is formed is produced.

실리콘 기판에 점을 하나하나 찍어나가는 것과 같이 미세한 전자빔을 쏘아서 패턴을 그리는 E빔 리소그래피(E-beam lithography) 방식에 의해 20㎚ 직경의 패턴, 공극을 형성한 후, 실리콘 기판의 표면을 산화시켜 실리콘 옥사이드로 변형시키면 부피의 증가로 인하여 공극의 크기가 약 10㎚로 줄어들게 된다.20 nm diameter patterns and voids are formed by E-beam lithography, which draws a pattern of fine electron beams, such as spots on a silicon substrate, and then oxidizes the surface of the silicon substrate. Straining to oxide reduces the pore size to about 10 nm due to the increase in volume.

광학 마스크에 자외선을 쐬어 발생하는 그림자 패턴을 이용하는 포토 리소그래피(photo-lithography) 방식의 경우 1㎛ 이하의 해상도를 가지나, E빔 리소그래피는, 가공 속도가 느린 대신, 마스크를 필요로 하지 않으며, 전자의 크기가 작은 만큼 10㎚ 사이즈의 고해상도를 구현할 수 있다.In the case of the photo-lithography method using a shadow pattern generated by irradiating ultraviolet rays to the optical mask, the resolution of 1 μm or less is used. However, the E-beam lithography does not require a mask, instead of having a slow processing speed. As the size is small, a high resolution of 10 nm can be realized.

상기 그라핀 식각단계(S2)에서는, 실리콘 옥사이드(Silicon oxide) 소재의 상기 마스크(mask)(20)를 이용하여, 식각에 의해 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 공극(112)을 상기 그라핀(111)에 형성한다.In the graphene etching step (S2), by using the mask (20) of the silicon oxide (Silicon oxide), by etching the pores 112 having a size of 1 nm or more to 100 nm or less by the graphene It forms in the (111).

도 6, 6, 7은 각각 상기 그라핀 식각단계(S2)에서 상기 그라핀 준비단계(S2-1), 마스크 준비단계(S2-2), 플라즈마 식각단계(S2-3)가 완료된 일예를 도시한 요부 단면사시도이다.6, 6, and 7 illustrate an example in which the graphene preparation step (S2-1), the mask preparation step (S2-2), and the plasma etching step (S2-3) are completed in the graphene etching step (S2), respectively. One main section cross-sectional perspective view.

도 6를 참조하면, 상기 그라핀 준비단계(S2-1)에서는 상기 그라핀(111)을 실리콘 기판(10)상에 이송, 안착시키고, 도 7을 참조하면, 상기 마스크 준비단계(S2-2)에서는 상기 그라핀(111)에 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 홀이 패터닝된 상기 마스크(20)를 씌운다.Referring to FIG. 6, in the graphene preparation step (S2-1), the graphene 111 is transferred and seated on the silicon substrate 10, and referring to FIG. 7, the mask preparation step (S2-2). ) Covers the graphene 111 with the mask 20 patterned with holes having a size of 1 nm or more and 100 nm or less.

도 8을 참조하면, 상기 플라즈마 식각단계(S2-3)에서는, 산소 플라즈마(Oxygen plasma) 등의 플라즈마를 상기 마스크(20)측으로 분사하여, 상기 마스크(20)에 형성된 홀을 통과한 플라즈마에 의해 그라핀(111)을 구성하는 탄소원자간의 공유 결합을 끊으면서 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 미세 공극(112)을 형성한다.Referring to FIG. 8, in the plasma etching step (S2-3), plasma such as an oxygen plasma is injected to the mask 20 side by plasma passing through holes formed in the mask 20. The fine pores 112 having a size of 1 nm or more and 100 nm or less are formed while breaking the covalent bond between the carbon atoms constituting the graphene 111.

도 9은 플라즈마 식각을 통한 상기 공극(112)의 확대 형성 과정을 도시한 모식도이다.9 is a schematic diagram illustrating an enlarged process of forming the pores 112 by plasma etching.

도 9을 참조하면, 상기 그라핀 식각단계(S2)에서는, 식각 시간에 비례하여 상기 공극(112)의 사이즈를 최소 1㎚부터 100㎚까지 축소 또는 확대 조정할 수 있으며, 상기 그라핀(111)에 전반에 플라즈마를 가하면 무작위적인 형태의 상기 공극(112)을 형성할 수 있고, 일정한 사이즈의 홀이 패터닝된 상기 마스크(20)를 이용하면 규칙적인 형태의 상기 공극(112)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 9, in the graphene etching step S2, the size of the pores 112 may be reduced or enlarged from at least 1 nm to 100 nm in proportion to the etching time, and the graphene 111 may be adjusted. Plasma is applied to the first half to form the pores 112 in a random form, and the pores 112 may be formed in a regular form using the mask 20 in which holes of a predetermined size are patterned.

또한, 바이레이어(bi-layer), 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)의 양측에 각각 독립적인 패턴의 공극(112)을 형성하여, 양측에 형성된 패턴의 위치, 형태의 일치정도에 따라 공극(112)의 형태와 크기를 조정, 제어할 수도 있다.In addition, the gaps 112 having independent patterns are formed on both sides of the graphene 111 having a bi-layer or triple-layer stacked structure or more, and thus positions of the patterns formed on both sides. In accordance with the degree of conformity, the shape and size of the air gap 112 may be adjusted and controlled.

모노레이어 그라핀(111)을 적용함에 있어서는, 공극 형성 가공시간이 10초 이하로 짧으나, 트리플레이어 이상의 적층 구조를 가지는 그라핀(111)을 적용하는 경우, 공극 형성 가공시간이 20초 내외로서, 모노레이어 그라핀(111)에 비해 상대적으로 연장되므로, 공극의 크기 및 형태를 보다 정밀하게 조정할 수 있다. In applying the monolayer graphene 111, the pore forming processing time is shorter than 10 seconds, but in the case of applying the graphene 111 having a laminated structure of triplayer or more, the pore forming processing time is about 20 seconds, Since it is relatively extended compared to the monolayer graphene 111, it is possible to more precisely adjust the size and shape of the voids.

상기 프레임 결합단계(S3)에서는, 상기 그라핀 식각단계(S2)를 거친 상기 그라핀(111)의 가장자리 둘레에, 상기 그라핀(111)을 일정한 형태로 고정, 유지가능한 강성을 가지는 상기 그라핀 프레임(120)을 연속하여 결합시킨다.In the frame combining step (S3), around the edge of the graphene 111 through the graphene etching step (S2), the graphene having a rigidity capable of fixing and maintaining the graphene 111 in a predetermined form Frame 120 is continuously coupled.

상기 필터채널 조립단계(S4)에서는, 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 내부 유로(210)가 형성된 상기 필터채널(200)의 내벽상에, 상기 내부 유로(210)의 길이방향을 따라 다수의 상기 그라핀 프레임(120)을 결합, 고정시킴으로써, 다수겹의 그라핀(111)으로 이루어진 나노필터를 완성하게 된다.In the filter channel assembly step (S4), a plurality of along the longitudinal direction of the inner flow path 210 on the inner wall of the filter channel 200 in which the inner flow path 210 having a width of 1 μm or more and 10 cm or less is formed. By coupling and fixing the graphene frame 120, a nano filter consisting of a plurality of layers of graphene 111 is completed.

PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머의 표면에 에너지를 가해주면 표면을 활성화시킬 수 있으며, 활성화된 PDMS 표면끼리 서로 접합한 후 경화시키면 그 접합부를 반영구적으로 결합시킬 수 있다.When energy is applied to the surface of a polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS), the surface may be activated. If the activated PDMS surfaces are bonded to each other and then cured, the joints may be semi-permanently bonded.

상기와 같은 방식으로 표면이 활성화된 액자 형태의 상기 그라핀 프레임(120) 사이에 상기 그라핀 나노필터 망(110)을 위치시킴으로써 그라핀(111)이 PDMS 틀에 결합된 구조의 상기 그라핀 나노필터 칩(100)을 제작할 수 있으며, 상기 필터채널(200) 또한 PDMS 재질로 구성함으로써, 상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200) 또한 동일한 방법으로 결합시킬 수 있다.The graphene nano structure of the graphene 111 is bonded to the PDMS frame by placing the graphene nano filter network 110 between the graphene frames 120 having a surface-activated frame in the same manner as described above. The filter chip 100 may be manufactured, and the filter channel 200 may also be made of a PDMS material, so that the graphene frame 120 and the filter channel 200 may also be combined in the same manner.

PDMS는 고분자 물질로써 상온에서 점성을 가지는 액체로 존재하지만 경화제(curing agent)를 섞고 약 80℃에서 45분 내지 1시간 동안 가열하면 불투명한 고체로 변하는 성질을 가지므로, PDMS를 패턴이 형성된 실리콘 기판 위에 흘려 넣고 경화시킴으로써 PDMS채널을 얻을 수 있으며, PDMS속의 기포를 제거해 주기 위하여 진공의 환경에서 성형공정을 진행하는 것이 유리하다.PDMS is a polymer material, which exists as a viscous liquid at room temperature, but has a property of changing PDMS to an opaque solid when mixed with a curing agent and heated at about 80 ° C. for 45 minutes to 1 hour. It is possible to obtain a PDMS channel by pouring it on top of it, and it is advantageous to proceed the molding process in a vacuum environment in order to remove bubbles in the PDMS.

상기 필터채널(200)을 제조함에 있어서는, 일단부가 개방된 육면체 형상으로 고형화시킨 2개의 PDMS 성형체를 실리콘 기판에서 떼어낸 후, 2개 중 일측에 상기 그라핀 나노 필터 망(110)이 결합된 상기 그라핀 프레임(120)을 결합시키고, 다른 PDMS 성형체를 상기 그라핀 프레임(120)이 형성된 PDMS 성형체의 개방단부 및 그라핀 프레임(120)의 돌출단부 둘레에 결합시킴으로써 그라핀 나노필터용 채널 구조를 완성할 수 있다.In manufacturing the filter channel 200, two PDMS molded bodies solidified into an open hexahedron shape at one end thereof are separated from a silicon substrate, and the graphene nano filter network 110 is coupled to one of the two. The graphene frame 120 is bonded, and another PDMS molded body is bonded around the open end of the PDMS molded body in which the graphene frame 120 is formed and the protruding end of the graphene frame 120 to form a channel structure for the graphene nano filter. I can complete it.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 그라핀 나노 필터 망(110), 그라핀 나노 필터 및 그 제조방법에 의하면, 탄소 원자 사이의 거리 및 격자 0.14㎚ 정도의 사이즈를 가지는 그라핀의 탄소 원자간 연결을 부분적으로 끊어 공극을 형성함으로써, 20㎚ 이하 스케일의 높은 여과 성능을 신뢰성있게 구현가능할 뿐만 아니라, 최소 1㎚ 스케일의 정밀도 또한 간단히 구현할 수 있다.According to the graphene nano filter network 110, the graphene nano filter and the manufacturing method according to the present invention having the configuration as described above, the distance between the carbon atoms and the carbon atoms of the graphene having a size of about 0.14 nm lattice By partially breaking the connection to form voids, not only high filtration performance of 20 nm or less scale can be reliably implemented, but also precision of at least 1 nm scale can be simply realized.

또한, 그라핀은 4Å 정도의 얇은 이차원 망 구조를 가지면서도, 종탄성계수가(young’s modulus)가 0.5TPa에 달하고 강철의 200배에 해당되는 강도를 가지므로, 유압에 대한 우수한 내구성을 확보할 수 있다.In addition, graphene has a thin two-dimensional network structure of about 4Å, but has a Young's modulus of 0.5TPa and a strength of 200 times that of steel, thereby ensuring excellent durability against hydraulic pressure. have.

또한, 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 등에 의해 2차원 구조의 그라핀을 제작하고, 플라즈마 식각하는 단순한 공정에 의해 구현가능하여 공정의 간소화 및 원가절감을 구현할 수 있으며, 이에 따라 필터로서의 실용성, 활용성 또한 확보할 수 있다.In addition, it is possible to implement a graphene having a two-dimensional structure by a chemical vapor deposition technique (CVD, etc.), and to be implemented by a simple process of plasma etching, thereby simplifying the process and reducing the cost, thereby making it practical as a filter. In addition, it can also be used.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합 적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
The present invention has been described above with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and the claims and detailed description of the present invention together with the embodiments in which the above embodiments are simply combined with existing known technologies. In the present invention, it can be seen that the technology that can be modified and used by those skilled in the art are naturally included in the technical scope of the present invention.

10 : 실리콘 기판 20 : 마스크
100 : 그라핀 나노 필터 칩 110 : 그라핀 나노 필터 망
111 : 그라핀 112 : 공극
120 : 그라핀 프레임 200 : 필터채널
210 : 내부 유로 221 : 조립홈
230 : 인렛포트 결합홀 240 : 아웃렛포트 결합홀
S1-A : 그라핀 생성단계 S1-B : 마스크 제작단계
S2 : 그라핀 식각단계 S2-1 : 그라핀 준비단계
S2-2 : 마스크 준비단계 S2-3 : 플라즈마 식각단계
S3 : 프레임 결합단계 S4 : 필터채널 조립단계10 silicon substrate 20 mask
100: graphene nano filter chip 110: graphene nano filter net
111: graphene 112: void
120: graphene frame 200: filter channel
210: internal flow path 221: assembly groove
230: inlet port coupling hole 240: outlet port coupling hole
S1-A: graphene generation step S1-B: mask production step
S2: graphene etching step S2-1: graphene preparation step
S2-2: mask preparation step S2-3: plasma etching step
S3: Frame combining step S4: Filter channel assembly step

Claims (13)

0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111); 및
상기 그라핀(111)이 결합된 그라핀(111) 평면을 관통하며 직경 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 생성되는 공극(112);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 망(110).
Graphene 111 having a hexagonal lattice structure of 0.1 nm or more and 0.2 nm or less; And
The pores 112 penetrating through the graphene 111 plane to which the graphene 111 is coupled, and having a size of 1 nm or more and 100 nm or less in diameter;
Graphene nano filter net 110, characterized in that comprising a.
제1항에 의한 그라핀 나노 필터 망(110);
상기 그라핀 나노 필터 망(110)의 가장자리 둘레에 연속하여 결합되어 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 일정한 형태로 고정, 유지시키는 그라핀 프레임(120); 및
1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 내부 유로(210)가 형성되며, 상기 내부 유로(210)를 통과하는 유체가 상기 그라핀 나노 필터 망(110)을 통과하도록 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레가 내벽상에 결합, 고정되는 필터채널(200);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터.
Graphene nano filter network 110 according to claim 1;
A graphene frame 120 that is continuously coupled around an edge of the graphene nano filter net 110 to fix and maintain the graphene nano filter net 110 in a predetermined form; And
An inner flow path 210 having a width of 1 μm or more and 10 cm or less is formed, and an outer surface of the graphene frame 120 so that fluid passing through the inner flow path 210 passes through the graphene nano filter network 110. A filter channel 200 whose periphery is coupled and fixed on the inner wall;
Graphene nano filter, characterized in that comprises a.
제2항에 있어서, 상기 그라핀 프레임(120)과 필터채널(200)은,
PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터.
According to claim 2, The graphene frame 120 and the filter channel 200,
Graphene nano filter, characterized in that consisting of a polymer material such as PDMS (polydimethylsiloxane).
제2항에 있어서, 상기 필터채널(200)은,
상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레를 끼워 고정가능하도록 내벽상에 함몰형성된 조립홈(221);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터.
The method of claim 2, wherein the filter channel 200,
An assembly groove 221 recessed and formed on an inner wall of the graphene frame 120 so as to be fixed by inserting a circumference of an outer surface of the graphene frame 120;
Graphene nano filter, characterized in that comprises a.
제2항에 있어서,
외부의 유체가 인렛포트(inlet port)를 통해 상기 필터채널의 내부 유로(210)로 인입가능한 통로를 제공하는 인렛포트 결합홀(230); 및
상기 필터채널의 내부 유로(210)를 통과하며 필터링(filtering)된 유체가 아웃렛포트(outlet port)를 통해 상기 필터채널(200) 외부로 배출가능한 통로를 제공하는 아웃렛포트 결합홀(240);
을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터.
The method of claim 2,
An inlet port coupling hole 230 which provides a passage through which an external fluid can enter the internal flow path 210 of the filter channel through an inlet port; And
An outlet port coupling hole 240 that provides a passage through which the filtered fluid passing through the internal flow path 210 of the filter channel and is discharged to the outside of the filter channel 200 through an outlet port;
Graphene nano filter, characterized in that further comprises.
탄소 원자가 0.1㎚ 이상 내지 0.2㎚ 이하 사이즈의 6방정계 격자를 이루며 2차원으로 연속된 구조를 가지는 그라핀(Graphene)(111)을 생성하는 그라핀 생성단계(S1-A); 및
실리콘 옥사이드(Silicon oxide) 소재의 마스크(mask)(20)를 이용하여 상기 그라핀(111)이 이루는 평면을 관통하도록 식각하여 직경 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 공극(112)을 형성하는 그라핀 식각단계(S2);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
A graphene generation step (S1-A) in which carbon atoms form graphene (111) having a two-dimensional continuous structure in a hexagonal lattice having a size of 0.1 nm or more and 0.2 nm or less; And
Graphene is formed by etching through the plane of the graphene 111 using a mask 20 made of silicon oxide to form pores 112 having a diameter of 1 nm or more and 100 nm or less. Pin etching step (S2);
Graphene nano filter manufacturing method characterized in that it comprises a.
제6항에 있어서, 상기 그라핀 생성단계(S1-A)는,
화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition technique) 또는 기계적 박리법에 의해 1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 모노레이어(mono-layer), 바이레이어(bi-layer), 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)을 생성하는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
The method of claim 6, wherein the graphene generating step (S1-A),
More than mono-layer, bi-layer, or tri-layer of 1 μm to 10 cm in width by chemical vapor deposition (CVD) or mechanical exfoliation Graphene nano filter manufacturing method characterized in that to produce a graphene (111) having a laminated structure.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 그라핀 식각단계(S2)는,
바이레이어(bi-layer) 또는 트리플레이어(triple-layer) 이상의 적층구조를 가지는 그라핀(111)의 양측에 각각 독립적인 패턴의 공극(112)을 형성하여, 양측에 형성된 패턴의 위치, 형태의 일치정도에 따라 공극(112)의 형태와 크기를 조정, 제어하는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
The method of claim 6 or 7, wherein the graphene etching step (S2),
By forming the pores 112 of the independent pattern on each side of the graphene 111 having a bi-layer or tri-layer (triple-layer) or more laminated structure, the position and shape of the pattern formed on both sides Graphene nano-filter manufacturing method, characterized in that for adjusting the shape and size of the pores 112 according to the degree of matching.
제6항에 있어서, 상기 그라핀 식각단계(S2)는,
상기 그라핀(111)을 실리콘 기판(10)상에 이송, 안착시키는 그라핀 준비단계(S2-1);
상기 그라핀(111)에 직경 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 홀이 패터닝된 상기 마스크(20)를 씌우는 마스크 준비단계(S2-2); 및
플라즈마(plasma)를 상기 마스크(20)측으로 분사하여, 상기 마스크(20)에 형성된 홀을 통과한 플라즈마에 의해 그라핀(111)을 구성하는 탄소원자간의 공유 결합을 끊으면서 직경 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈의 미세 공극(112)을 형성하는 플라즈마 식각단계(S2-3);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
The method of claim 6, wherein the graphene etching step (S2),
A graphene preparation step of transferring and seating the graphene 111 on the silicon substrate 10 (S2-1);
A mask preparation step of covering the mask 20 in which holes having a diameter of 1 nm or more and 100 nm or less are patterned on the graphene 111 (S2-2); And
Plasma is sprayed to the mask 20 side, the covalent bond between the carbon atoms constituting the graphene 111 by the plasma passing through the hole formed in the mask 20 to break the covalent bond 1 nm or more to 100 Plasma etching step (S2-3) to form a fine pores 112 of the nm or less size;
Graphene nano filter manufacturing method characterized in that it comprises a.
제6항 또는 제9항에 있어서,
상기 그라핀 식각단계(S2) 이전에, 실리콘(Silicon) 기판에 직경 2㎚ 이상 내지 200㎚ 이하 사이즈의 홀을 가공하고, 실리콘 옥사이드(Silicon oxide)로 산화시키는 것에 의해, 부피를 1.5배로 확장시키며 직경 1㎚ 이상 내지 100㎚ 이하 사이즈로 홀을 축소시켜 상기 마스크(20)를 제작하는 마스크 제작단계(S1-B);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
10. The method according to claim 6 or 9,
Before the graphene etching step (S2), by processing a hole having a diameter of 2nm or more and 200nm or less in a silicon substrate, and oxidized with silicon oxide, the volume is expanded to 1.5 times A mask fabrication step (S1-B) of fabricating the mask 20 by reducing the hole to a size of 1 nm or more and 100 nm or less in diameter;
Graphene nano filter manufacturing method characterized in that the configuration further comprises.
제6항에 있어서, 상기 그라핀 식각단계(S2)는,
식각 시간에 따라 상기 공극(112) 사이즈를 확대 또는 축소 조정하는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제작방법.
The method of claim 6, wherein the graphene etching step (S2),
Graphene nano-filter manufacturing method, characterized in that for increasing or reducing the size of the pore (112) according to the etching time.
제6항에 있어서,
상기 그라핀 식각단계(S2)를 거친 상기 그라핀(111)의 가장자리 둘레에, 상기 그라핀(111)을 일정한 형태로 고정, 유지가능한 강성을 가지는 그라핀 프레임(120)을 연속하여 결합시키는 프레임 결합단계(S3); 및
1㎛ 이상 내지 10㎝ 이하 너비의 내부 유로(210)가 형성된 필터채널(200)의 내벽상에 상기 그라핀 프레임(120)의 외면 둘레를 결합, 고정시키는 필터채널 조립단계(S4);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제조방법.
The method according to claim 6,
Frame that continuously couples the graphene frame 120 having rigidity to fix and maintain the graphene 111 in a constant shape around the edge of the graphene 111 through the graphene etching step S2. Combining step (S3); And
A filter channel assembly step (S4) of coupling and fixing an outer circumference of the graphene frame 120 on an inner wall of the filter channel 200 having an inner flow passage 210 having a width of 1 μm to 10 cm or less;
Graphene nano filter manufacturing method characterized in that it further comprises a.
제12항에 있어서, 상기 필터채널 조립단계(S4)는,
상기 필터채널의 내부 유로(210)의 길이방향을 따라 다수의 상기 그라핀(111) 및 그라핀 프레임(120)을 배치시키는 것을 특징으로 하는 그라핀 나노 필터 제조방법.
The method of claim 12, wherein the filter channel assembly step (S4),
Graphene nano-filter manufacturing method, characterized in that a plurality of the graphene 111 and the graphene frame 120 is disposed along the longitudinal direction of the inner channel (210) of the filter channel.
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