KR101254173B1 - Fabrication method for graphene sheet or graphene particle using supercritical fluid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법은 (a) 그래핀 산화물을 알코올 용매에 분산시켜 그래핀 산화물 분산용액을 형성하는 단계, (b) 상기 그래핀 산화물 분산 용액을 초임계 조건에서 환원시켜 그래핀 시트 또는 상기 그래핀 시트가 뭉쳐서 이루어진 그래핀 입자를 형성하는 단계 및 (c) 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 분리하여 세정 및 건조하는 단계를 포함하는 것이고, 본 발명의 그래핀 필름의 제조방법은 상기의 방법에 따라 제조한 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 이용하여 박막 형태의 그래핀 필름을 제조하는 것이다.The present invention relates to a method for producing a graphene sheet or graphene particles, the method for producing a graphene sheet or graphene particles of the present invention (a) graphene oxide dispersed in an alcohol solvent to form a graphene oxide dispersion solution (B) reducing the graphene oxide dispersion solution under supercritical conditions to form graphene sheets or graphene particles formed by agglomeration of graphene sheets; and (c) the graphene sheets or graphene particles. It comprises the steps of separating and washing and drying, the method for producing a graphene film of the present invention is to prepare a graphene film in the form of a thin film using a graphene sheet or graphene particles prepared according to the above method.

Description

초임계유체를 이용한 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법 {Fabrication method for graphene sheet or graphene particle using supercritical fluid}Fabrication method for graphene sheet or graphene particles using supercritical fluids {Fabrication method for graphene sheet or graphene particle using supercritical fluid}

본 발명은 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 초임계 조건을 이용하는 그래핀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a graphene sheet or graphene particles, and more particularly to a method for producing graphene using supercritical conditions.

그래핀은 2차원의 평면에 탄소 원자들이 육방격자로 이루어진 단일 원자 두께를 가진 물질로 매우 우수한 전기 이동도, 열전도도, 기계적 강도, 두께에 따른 양자화된 투명도, 높은 비표면적 등 놀라운 특성으로 인해 다양한 분야로부터 큰 관심을 받고 있는 물질이다 (Park et al., Nature Nanotechnology, 2010, 4, 217-224; Geim, Science, 2009, 324, 1530-1534; Allen et al., Chemical Reviews, 2010, 110, 132-145). 그래핀은 현재 차세대 에너지 저장재료, 실리콘 대체 재료, 수퍼커패시터, 경량 구조부품, 전자기 차폐재료, 센서, 디스플레이 등 자동차, 에너지, 해양, 항공우주, 건축, 전자제품, 의학, 군사 및 통신 분야에 다양하게 적용될 수 있다 (Stankovich et al., Nature, 2006, 442, 282-286; Stoller et al., Nano Letters, 2008, 8, 3498-3502; Dikin et al., Nature, 2006, 448, 457-460; Ramanathan et al., Nature Nanotechnology, 2008, 3, 327-331; Blake et al., Nano Letters, 2008, 8, 1704-1708; Bunch et al., Science, 2007, 315, 490-493).Graphene is a material with a single atomic thickness consisting of hexagonal lattice of carbon atoms in a two-dimensional plane. It has various characteristics due to its amazing properties such as excellent electrical mobility, thermal conductivity, mechanical strength, quantized transparency according to thickness, and high specific surface area. Materials of great interest from the field (Park et al., Nature Nanotechnology, 2010, 4, 217-224; Geim, Science, 2009, 324, 1530-1534; Allen et al., Chemical Reviews, 2010, 110, 132-145). Graphene is now widely used in automotive, energy, marine, aerospace, architecture, electronics, medicine, military, and telecommunications, including next-generation energy storage materials, silicon alternatives, supercapacitors, lightweight structural components, electromagnetic shielding materials, sensors, and displays. (Stankovich et al., Nature, 2006, 442, 282-286; Stoller et al., Nano Letters, 2008, 8, 3498-3502; Dikin et al., Nature, 2006, 448, 457-460 Ramanathan et al., Nature Nanotechnology, 2008, 3, 327-331; Blake et al., Nano Letters, 2008, 8, 1704-1708; Bunch et al., Science, 2007, 315, 490-493).

그래핀이 향후 다양한 분야에 적용되기 위해서는 대량 생산이 가능하며 경제적이고 빠른 속도 및 용이한 방법으로 그래핀을 제조하는 방법을 개발하는 것이 필수적이다. 현재 그래핀을 제조하는 방법으로는 화학기상증착법 (chemical vapor deposition), 접착테이프를 이용하여 흑연 다중층 시트로부터 그래핀 단층을 벗겨내는 방법 ("Scotch-tape" or "Peel off" method), 탄화실리콘 (SiC)기판 위에 그래핀 결정을 적층 성장시키는 방법 (epitaxial growth), 카본 나노튜브를 자르는 방법, 열을 이용하여 그라파이트를 박편화 하는 방법 (thermal exfoliation), 화학적 환원법 (chemical reduction) 등이 제시되어 있다. 이 중 화학적 환원법은 다른 그래핀 생산방법과 비교하였을 때 대량 생산이 가능하고, 비교적 경제적이며 여러 화학적인 관능기를 도입할 수 있는 장점이 있다 (Kaner et al., Science, 2008, 320, 1170-1171). 또한 적절한 매질에 분산이 잘 되는 그래핀 시트를 생산하여 종이 구조, 여러 기판 위에 박막 코팅, 고분자 나노복합체 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 많은 각광을 받고 있다. In order for graphene to be applied to various fields in the future, it is essential to develop a method for manufacturing graphene in a mass-produced, economical, fast and easy manner. Current methods for preparing graphene include chemical vapor deposition, stripping of graphene monolayers from graphite multilayer sheets using adhesive tape ("Scotch-tape" or "Peel off" method), and carbonization. The method of stacking graphene crystals on silicon (SiC) substrates (epitaxial growth), cutting carbon nanotubes, thermal exfoliation of graphite (thermal exfoliation), chemical reduction (chemical reduction), etc. It is. Among these, the chemical reduction method is capable of mass production compared to other graphene production methods, and is relatively economical and has advantages of introducing various chemical functional groups (Kaner et al., Science, 2008, 320, 1170-1171). ). In addition, the production of graphene sheets that are well dispersed in a suitable medium has attracted a lot of attention because it can be applied to various fields such as paper structure, thin film coating on various substrates, polymer nanocomposites.

그래핀을 화학적 환원법으로 제조하는 방법에 의하면, 먼저 흑연 (graphite)을 강한 산화제로 산화시켜 그래핀 산화물 박편을 제조한다. 그래핀 산화물 박편은 단일 원자 층 구조이며 산화 시 생성되는 에폭시기 (epoxide, -O-), 카르복실기 (carboxyl, -COOH), 카르보닐 (-C=O), 하이드록실기 (hydroxyl, -OH) 등의 관능기로 인해 친수성을 갖기 때문에 물에 분산성이 뛰어나다. 하지만 그래핀 산화물은 상기 관능기 때문에 그래핀 고유의 육방구조를 지니고 있지 않아 전기전도도가 거의 없다. 따라서 그래핀 산화물에서 적절한 탈산소화 반응 (deoxygenation) 또는 환원 반응 (reduction)으로 전기 전도성이 뛰어난 그래핀으로 전환하는 것이 필수적이다. According to the method for preparing graphene by chemical reduction, graphene oxide flakes are prepared by first oxidizing graphite with a strong oxidizing agent. Graphene oxide flakes have a single atomic layer structure and are produced by oxidation such as epoxy groups (epoxide, -O-), carboxyl groups (carboxyl, -COOH), carbonyl (-C = O), hydroxyl groups (hydroxyl, -OH), etc. Because of its hydrophilicity, it has excellent dispersibility in water. However, graphene oxide does not have a hexagonal structure inherent to graphene because of the functional group, and thus has little electrical conductivity. Therefore, it is essential to convert from graphene oxide to graphene with excellent electrical conductivity by proper deoxygenation or reduction.

그래핀 산화물의 탈산소화 반응 또는 환원 반응으로 그래핀을 제조하기 위해 여러 화학적인 방법들이 시도되었다. 이 중 가장 널리 알려져 있는 방법은 하이드라진 (hydrazine, NH2NH2), 디메틸히드라진 (dimethylhydrazine, CH3NHNHCH3), 하이드로퀴논 (hydroquinone, HOC6H4OH), 수소화붕소나트륨 (sodium borohydride, NaBH4), 황화 수소 (hydrogen sulfide, H2S)등 강력한 환원제를 이용하는 방법이 제시되어 있다 (Tung et al., Nature Nanotechnology, 2008, 4, 25-29; Lomeda et al., Journal of American Chemical Society, 2008, 130, 16201-16206; Stankovich et al., Nature, 2006, 442, 282-286; Wang et al., Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 8192-8195; Si et al., Nano Letters, 2008, 8, 1679-1682; Hofman et al., Kolloid-Zeitschrift, 1934, 68, 149-151). Several chemical methods have been tried to produce graphene by deoxygenation or reduction of graphene oxide. The most popular of these are hydrazine (hydrazine, NH 2 NH 2 ), dimethylhydrazine (dimethylhydrazine, CH 3 NHNHCH 3 ), hydroquinone (hydroquinone, HOC 6 H 4 OH), sodium borohydride (NaBH 4 ), And methods of using strong reducing agents such as hydrogen sulfide (H 2 S) have been proposed (Tung et al., Nature Nanotechnology, 2008, 4, 25-29; Lomeda et al., Journal of American Chemical Society, 2008, 130, 16201-16206; Stankovich et al., Nature, 2006, 442, 282-286; Wang et al., Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 8192-8195; Si et al., Nano Letters, 2008, 8, 1679-1682; Hofman et al., Kolloid-Zeitschrift, 1934, 68, 149-151).

상기 환원제를 이용할 경우 비교적 효과적으로 산소를 제거하여 전기전도도가 비교적 높은 그래핀을 제조할 수 있다는 장점이 있는 반면 대부분의 강력한 환원제가 매우 부식성이 높고 폭발성이 있으며 인체에 매우 유독하고 환경을 오염을 초래하는 단점이 있기 때문에 대량으로 그래핀을 제조할 때 공정 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 그래핀 산화물의 탈산소화 반응에 가장 효과적인 환원제라고 알려져 있는 하이드라진을 이용하였을 경우 생성된 그래핀에 질소가 함유되어 있어 전기전도도가 흑연보다 월등히 작은 단점이 있다 (Shin et al., Advanced Functional Materials, 2009, 19, 1987-1992). 상기 문제점으로 비교적 약한 환원제인 설탕 (sugar), 비타민 C (vitamin C) 등을 이용하는 방법이 제시되어 있다 (Zhu et al, ACS Nano, 2010, 4, 2429-2437; Gao et al, Chemistry of Materials, 2010, 22, 2213-2218). 상기 약한 환원제를 이용할 경우 환경친화적이고 인체에 무해하다는 장점이 있는 반면 환원제의 환원력이 약해 산화 그래핀에서 효과적으로 산소를 제거하지 못하다는 단점이 있다. 또한, 상기 약한 환원제를 이용하였을 경우 흑연 고유의 육방격자 형태를 갖추지 못하여 그래핀 내 결점이 생기기 때문에 결과적으로 전기전도도가 낮아 품질이 저하되는 단점이 있다. 또한 환원제를 이용하여 수용액에 분산된 그래핀 산화물로부터 산소를 보다 많이 제거하기 위하여 반응 시간이 6 ~ 24 시간으로 비교적 길고 반응이 배치형식으로 진행되기 때문에 제품의 균일도 및 생산성이 악화되는 단점이 있다. The use of the reducing agent has the advantage of relatively effective removal of oxygen to produce a graphene having a relatively high electrical conductivity, while most of the strong reducing agent is very corrosive and explosive, very toxic to the human body and cause environmental pollution Because of the disadvantages, there is a problem in that the process cost increases when manufacturing a large amount of graphene. In addition, when hydrazine, which is known as the most effective reducing agent for the deoxygenation of graphene oxide, is used, the resulting graphene contains nitrogen, which has a drawback that the electrical conductivity is much lower than that of graphite (Shin et al., Advanced Functional Materials, 2009, 19, 1987-1992). As a problem, a method of using a relatively weak reducing agent such as sugar and vitamin C has been proposed (Zhu et al, ACS Nano, 2010, 4, 2429-2437; Gao et al, Chemistry of Materials, 2010, 22, 2213-2218). When the weak reducing agent is used, there is an advantage that it is environmentally friendly and harmless to the human body, while the reducing power of the reducing agent is weak so that oxygen cannot be effectively removed from graphene oxide. In addition, when the weak reducing agent is used, the graphene does not have a hexagonal lattice shape inherent to form a defect in graphene, resulting in low electrical conductivity, which results in lower quality. In addition, in order to remove more oxygen from the graphene oxide dispersed in the aqueous solution by using a reducing agent, the reaction time is 6 to 24 hours, which is relatively long, and the reaction proceeds in a batch form.

따라서 그래핀이 향후 광범위한 분야에 적용되기 위하여 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 보다 효과적으로 이루어짐으로써 고품질의 그래핀을 제조할 수 있고 또한 탈산소화 반응이 보다 환경친화적이며 인체에 무해하여 반응 부산물의 처리를 위한 추가적인 공정 비용을 저감시킬 수 있는 방법의 개발이 매우 절실하다. 또한 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 매우 빠른 속도로 진행되는 그래핀 제조방법의 개발이 필요하다. Therefore, in order to apply graphene to a wide range of fields in the future, the deoxygenation reaction of graphene oxide is more effective, thereby producing high-quality graphene, and the deoxygenation reaction is more environmentally friendly and harmless to humans. There is an urgent need to develop methods that can reduce additional process costs. In addition, it is necessary to develop a graphene production method in which the deoxygenation of graphene oxide proceeds at a very high speed.

본 발명의 목적은 환원제를 이용하지 않고 그래핀 산화물의 탈산소화 반응으로 전기전도도가 우수한 고품질의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 환경친화적이고 대량 생산이 용이하고 품질이 균일하며 생산성이 뛰어난 방법으로 제조하고 이렇게 형성된 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 포함하는 그래핀 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to produce a high-quality graphene sheet or graphene particles with excellent electrical conductivity by the deoxygenation of graphene oxide without using a reducing agent in an environmentally friendly, easy to mass production, uniform quality and excellent productivity And to provide a method for producing a graphene film comprising a graphene sheet or graphene particles thus formed.

본 발명의 다른 목적은 상기 초임계유체를 이용하여 그래핀 산화물로부터 그래핀의 제조방법으로 제조된 그래핀 시트 또는 그래핀 입자 및 그래핀 필름을 제공하는 것이다.Another object of the present invention to provide a graphene sheet or graphene particles and graphene film prepared by the method for producing graphene from graphene oxide using the supercritical fluid.

본 발명의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법은 (a) 그래핀 산화물을 알코올 용매에 분산시켜 그래핀 산화물 분산용액을 형성하는 단계, (b) 상기 그래핀 산화물 분산 용액을 초임계 조건에서 환원시켜 그래핀 시트 또는 상기 그래핀 시트가 뭉쳐서 이루어진 그래핀 입자를 형성하는 단계 및 (c) 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 분리하여 세정 및 건조하는 단계를 포함하는 것이고, 본 발명의 그래핀 필름의 제조방법은 상기의 방법에 따라 제조한 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 이용하여 박막 형태의 그래핀 필름을 제조하는 것이다.Graphene sheet or method for producing a graphene particle of the present invention comprises the steps of (a) dispersing the graphene oxide in an alcohol solvent to form a graphene oxide dispersion solution, (b) the graphene oxide dispersion solution in supercritical conditions Reducing the graphene sheet or the graphene sheet by the graphene sheet is formed by agglomeration and (c) separating and cleaning and drying the graphene sheet or graphene particles, the graphene of the present invention The manufacturing method of the film is to prepare a graphene film in the form of a thin film using a graphene sheet or graphene particles prepared according to the above method.

본 발명에 따르면, 초임계유체 조건 하에서의 그래핀 산화물의 탈산소화 반응을 통하여 전기전도도가 매우 우수한 고품질의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자와 이를 포함하는 그래핀 필름을 제조할 수 있다. 본 발명의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자 제조방법은 환경친화적이기 때문에 기존 그래핀 산화물로부터 그래핀을 제조하는 방법 중 강한 환원제를 이용할 경우 수반되는 높은 부식성, 폭발성, 인체 유독성, 환경 오염 초래 등으로 인한 공정 비용이 증가하는 것을 해결할 수 있어 장치비 및 운전비가 저렴하다. 또한 초임계유체 조건에서 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 매우 효과적으로 진행되기 때문에 기존 약한 환원제를 사용함으로써 수반되는 전기전도도가 낮은 저품질의 그래핀이 생성되는 문제점을 해결할 수 있다.According to the present invention, a high-quality graphene sheet or graphene particles having excellent electrical conductivity through a deoxygenation reaction of graphene oxide under supercritical fluid conditions and a graphene film including the same may be prepared. Since the graphene sheet or graphene particle manufacturing method of the present invention is environmentally friendly due to the high corrosiveness, explosiveness, human toxicity, environmental pollution, etc. when using a strong reducing agent in the method for producing graphene from the existing graphene oxide The increase in process costs can be solved, resulting in lower equipment and operating costs. In addition, since the deoxygenation of graphene oxide proceeds very effectively under supercritical fluid conditions, it is possible to solve the problem of low quality graphene, which is accompanied by low electrical conductivity, by using a conventional weak reducing agent.

또한 초임계유체 내 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 매우 빠른 속도로 진행되기 때문에 그래핀 생산 시간을 단축할 수 있고, 생산이 용이하고 품질이 균일하며 대량 생산이 가능하며 경제적이다.In addition, since the deoxygenation of graphene oxide in the supercritical fluid proceeds at a very high speed, graphene production time can be shortened, production is easy, quality is uniform, mass production is possible and economical.

종래의 환원제를 이용하여 탈산소화 반응으로 그래핀을 제조하는 단점을 극복하기 위하여 초임계유체 조건에서 환원제를 이용하지 않은 탈산소화 반응으로 그래핀을 제조할 경우 2 시간 이내의 매우 짧은 시간 내에 효과적으로 산소를 제거할 수 있기 때문에 결과적으로 전기전도도가 높은 고품질의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 제조할 수 있고 또한 환원제를 이용하지 않기 때문에 환경친화적인 방법으로 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 제조할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. 또한 본 발명은 환원제를 이용하지 않더라도 초임계유체 조건에서 산화 그래핀의 탈산소화 반응이 매우 빠른 속도로 이루어지기 때문에 연속 공정으로 고품질의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 제조할 수 있다.In order to overcome the disadvantage of preparing graphene by deoxygenation using a conventional reducing agent, when oxygen is produced in a deoxygenation reaction without using a reducing agent under supercritical fluid conditions, oxygen is effectively reduced within a very short time of 2 hours or less. As a result, it is possible to produce high quality graphene sheets or graphene particles with high electrical conductivity, and also to produce graphene sheets or graphene particles in an environmentally friendly manner since no reducing agent is used. It was confirmed that the present invention was completed. In addition, the present invention can produce a high-quality graphene sheet or graphene particles in a continuous process because the deoxygenation reaction of graphene oxide in a supercritical fluid condition is made at a very fast rate even without using a reducing agent.

도 1은 실시예 1의 배치형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 FT-IR 측정 결과 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 배치형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 XPS 측정 결과 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 배치형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 TGA 측정 결과 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 배치형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 TEM 사진이다.
도 5은 실시예 10의 연속형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 XPS 측정 결과 그래프이다.
도 6은 실시예 10의 연속형 초임계유체 공정을 이용하여 초임계 메탄올 내에서 제조된 그래핀의 TEM 사진이다.
1 is a graph of FT-IR measurement results of graphene prepared in supercritical methanol using the batch supercritical fluid process of Example 1. FIG.
Figure 2 is a graph of XPS measurement results of graphene prepared in supercritical methanol using the batch type supercritical fluid process of Example 1.
3 is a graph of TGA measurement results of graphene prepared in supercritical methanol using the batch type supercritical fluid process of Example 1. FIG.
4 is a TEM photograph of graphene prepared in supercritical methanol using the batch supercritical fluid process of Example 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing XPS measurement results of graphene prepared in supercritical methanol using the continuous supercritical fluid process of Example 10.
6 is a TEM image of graphene prepared in supercritical methanol using the continuous supercritical fluid process of Example 10.

본 발명의 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법은 (a) 그래핀 산화물을 알코올 용매에 분산시켜 그래핀 산화물 분산용액을 형성하는 단계, (b) 상기 그래핀 산화물 분산 용액을 초임계 조건에서 환원시켜 그래핀 시트 또는 상기 그래핀 시트가 뭉쳐서 이루어진 그래핀 입자를 형성하는 단계 및 (c) 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 분리하여 세정 및 건조하는 단계를 포함한다. 상기 그래핀 시트는 흑연으로부터 분리된 단일의 층의 흑연 구조물을 가리키고, 상기 그래핀 시트가 겹쳐서 뭉쳐진 경우에 상기 그래핀 입자를 구성하는 것이다.Graphene sheet or method for producing a graphene particle of the present invention comprises the steps of (a) dispersing the graphene oxide in an alcohol solvent to form a graphene oxide dispersion solution, (b) the graphene oxide dispersion solution in supercritical conditions Reducing the graphene sheet or the graphene sheet to form graphene particles formed by agglomeration; and (c) separating and cleaning and drying the graphene sheet or graphene particles. The graphene sheet refers to a single layer of graphite structure separated from graphite, and constitutes the graphene particles when the graphene sheets are piled up together.

먼저, 단계 (a)는 그래핀 산화물을 알코올에 분산시키는 단계이다. 그래핀 산화물은 흑연 입자를 진한 황산 또는 질산 등의 강산과 과망간산칼륨 (potassium permanganate, KMnO4) 등의 산화제로 처리하여 그래핀 산화물을 제조할 수 있다. 그래핀 산화물은 박편 형태로 단일 원자 층 구조이며 산화 시 생성되는 에폭시기 (epoxide, -O-), 카르복실기 (carboxyl, -COOH), 카르보닐 (-C=O), 하이드록실기 (hydroxyl, -OH) 등의 관능기로 인해 친수성을 갖기 때문에 물 또는 알코올에 분산성이 뛰어나다. 한편, 제조된 그래핀 산화물을 알코올에 분산시키기 위해 초음파 등 일반적인 분산 방법을 이용할 수 있다.First, step (a) is to disperse the graphene oxide in alcohol. Graphene oxide may be prepared by treating graphite particles with an oxidizing agent such as potassium permanganate (KMnO 4 ) and a strong acid such as concentrated sulfuric acid or nitric acid. Graphene oxide has a single atomic layer structure in the form of flakes, and epoxy groups (epoxide, -O-), carboxyl groups (carboxyl, -COOH), carbonyl (-C = O), and hydroxyl groups (hydroxyl, -OH) formed during oxidation Because of its hydrophilicity due to functional groups such as), it is excellent in dispersibility in water or alcohol. Meanwhile, in order to disperse the prepared graphene oxide in alcohol, a general dispersion method such as ultrasonic wave may be used.

단계 (a) 이전에, (a') 흑연을 강산 및 산화제 처리하여 그래핀 산화물을 형성하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.Prior to step (a), (a ') may further comprise the step of treating the graphite with a strong acid and an oxidizing agent to form graphene oxide.

상기 그래핀 산화물은 단일 원자 층 구조의 박편 형태인 것일 수 있고, 상기 그래핀 산화물은 에폭시기, 카르복실기, 카르보닐기 및 하이드록실기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 관능기를 포함하여 물 또는 알코올 용매에 분산성이 뛰어난 것일 수 있다.The graphene oxide may be in the form of flakes having a single atomic layer structure, and the graphene oxide may include at least one functional group selected from the group consisting of an epoxy group, a carboxyl group, a carbonyl group, and a hydroxyl group in water or an alcohol solvent. Dispersibility may be excellent.

상기 알코올 용매는 탄소수가 1 내지 10인 주쇄에 1개 이상의 하이드록실기를 포함하는 알코올 용매일 수 있다. 좀 더 바람직하게는 탄소수가 1 내지 7개의 주쇄에 1 개 이상의 하이드록실기가 결합되어 있는 알코올을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The alcohol solvent may be an alcohol solvent including one or more hydroxyl groups in the main chain having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, alcohol having one or more hydroxyl groups bonded to the main chain having 1 to 7 carbon atoms may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 그래핀 산화물 분산 용액 중 그래핀 산화물의 농도는 0.1 g/ℓ 내지 1000 g/ℓ인 것일 수 있다. 더욱 바람직하기로는 1 g/ℓ 내지 500 g/ℓ일 수 있다. 그래핀 산화물 분산 용액 중 그래핀 산화물의 농도가 0.1 g/ℓ 미만이면 농도가 너무 희박하여 단위 시간에 제조되는 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 양이 적어 경제성이 떨어지고, 그래핀 산화물의 양이 1,000 g/ℓ를 초과하면 농도가 너무 진하여 산화 그래핀으로부터 효과적인 탈산소화 반응이 이루어질 수 없으며 균일도가 악화되어 품질이 저하될 수 있다.The concentration of graphene oxide in the graphene oxide dispersion solution may be 0.1 g / L to 1000 g / L. More preferably, it may be 1 g / L to 500 g / L. When the concentration of graphene oxide in the graphene oxide dispersion solution is less than 0.1 g / L, the concentration is too thin, so that the amount of graphene sheets or graphene particles produced in unit time is low and economic efficiency is low, and the amount of graphene oxide is 1,000 If g / l is exceeded, the concentration is too high to effectively deoxygenate the reaction from graphene oxide, and the uniformity may deteriorate and the quality may be degraded.

단계 (b)는 배치형 반응기 또는 연속 공정 반응기에서 이루어지는 것일 수 있다. 연속 공정 반응기를 이용하는 경우 대량 생산 시 품질의 안정성이 유지된다는 장점이 있다.Step (b) may be in a batch reactor or continuous process reactor. The use of a continuous process reactor has the advantage of maintaining quality stability during mass production.

단계 (b)는 100-600 ℃ 및 20-600 bar에서 이루어지는 것일 수 있다. 반응 온도는 300 ~ 500 ℃, 반응 압력은 100 ~ 500 bar인 것이 더욱 바람직하다. 반응 온도가 100 ℃ 미만인 경우와 반응 압력이 20 bar 미만인 경우 초임계 알코올의 환원력이 저하되어 그래핀 산화물의 탈산소 반응이 효과적으로 진행되지 않을 수 있어 전기전도도가 낮은 그래핀이 생성될 수 있으며, 반응온도가 600 ℃를 초과하는 경우 및 반응압력이 600 bar를 초과하는 경우에는 고온 및 고압을 유지하기 위한 비용 문제로 경제성이 저하된다.Step (b) may be at 100-600 ° C. and 20-600 bar. It is more preferable that reaction temperature is 300-500 degreeC, and reaction pressure is 100-500 bar. When the reaction temperature is less than 100 ℃ and the reaction pressure is less than 20 bar may reduce the reducing power of the supercritical alcohol may not effectively proceed with the deoxygenation reaction of the graphene oxide may produce a low electrical conductivity graphene, reaction If the temperature exceeds 600 ° C and the reaction pressure exceeds 600 bar, the economical efficiency is lowered due to the cost of maintaining a high temperature and high pressure.

상기 단계 (b)에서 반응기 내 체류 시간은 특별히 제한되지는 않지만, 10 초 ~ 6 시간인 것이 바람직하고, 1분 ~ 4 시간인 것이 더욱 바람직하다. 반응기에서의 체류 시간이 10초 미만인 경우 체류 시간이 짧아 초임계알코올 내 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 효과적으로 진행되지 않아 전기전도도가 낮은 저품질의 그래핀이 생성될 수 있다는 문제점이 있고, 6시간을 초과하는 경우에는 고온 및 고압의 조건 내 체류 시간의 증가로 인하여 생산성 저하 및 경제성의 악화를 초래할 수 있다.The residence time in the reactor in step (b) is not particularly limited, but is preferably from 10 seconds to 6 hours, more preferably from 1 minute to 4 hours. If the residence time in the reactor is less than 10 seconds, because the residence time is short, the deoxygenation of graphene oxide in supercritical alcohol does not proceed effectively, there is a problem that low-quality graphene with low electrical conductivity can be produced, 6 hours If exceeded, the increase in the residence time in the conditions of high temperature and high pressure may lead to a decrease in productivity and deterioration of economic efficiency.

상기 알코올 용매는, 메탄올 (임계 온도 = 239 ℃; 임계 압력 = 81 bar), 에탄올 (임계 온도 = 241 ℃; 임계 압력 = 63 bar), 프로판올 (임계 온도 = 264 ℃; 임계 압력 = 52 bar), 이소프로필알코올(임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 41 bar), 부탄올 (임계 온도 = 289 ℃; 임계 압력 = 45 bar), 이소부탄올 (임계 온도 = 275 ℃; 임계 압력 = 45 bar), 2-부탄올 (임계 온도 = 263 ℃; 임계 압력 = 42 bar), tert-부탄올 (임계 온도 = 233 ℃; 임계 압력 = 40 bar), n-펜탄올 (임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 이소펜틸 알코올 (임계 온도 = 306 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 2-메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 302 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 네오펜틸 알코올 (임계 온도 = 276 ℃; 임계 압력 = 40 bar), 디에틸 케비놀 (임계 온도 = 286 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 메틸 프로필 케비놀 (임계 온도 = 287 ℃; 임계 압력 = 37 bar), 메틸 이소프로필 케비놀 (임계 온도 = 283 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 디메틸 에틸 케비놀 (임계 온도 = 271 ℃; 임계 압력 = 37 bar), 1-헥산올 (임계 온도 = 337 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 2-헥산올 (임계 온도 = 310 ℃; 임계 압력 = 33 bar), 3-헥산올 (임계 온도 = 309 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 2-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 387 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 4-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 330 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 2-메틸-2-펜탄올(임계 온도 = 286 ℃; 임계 압력 = 36 bar), 3-메틸-2-펜탄올 (임계 온도 = 333 ℃; 임계 압력 = 36 bar), 4-메틸-2-펜탄올(임계 온도 = 301 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2-메틸-3-펜탄올 (임계 온도 = 303 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3-메틸-3-펜탄올 (임계 온도 = 302 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,2-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 301 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,3-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,3-디메틸-2-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3,3-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2-에틸-1-부탄올 (임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 1-헵탄올 (임계 온도 = 360 ℃; 임계 압력 = 31 bar), 2-헵탄올 (임계 온도 = 335 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 3-헵탄올 (임계 온도 = 332 ℃; 임계 압력 = 30 bar) 및 4-헵탄올 (임계 온도 = 329 ℃; 임계 압력 = 30 bar)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 초임계 조건은 상기 알코올의 임계 온도 및 임계 압력이다.The alcohol solvent is methanol (critical temperature = 239 ° C; critical pressure = 81 bar), ethanol (critical temperature = 241 ° C; critical pressure = 63 bar), propanol (critical temperature = 264 ° C; critical pressure = 52 bar), Isopropyl alcohol (critical temperature = 307 ° C; critical pressure = 41 bar), butanol (critical temperature = 289 ° C; critical pressure = 45 bar), isobutanol (critical temperature = 275 ° C; critical pressure = 45 bar), 2- Butanol (critical temperature = 263 ° C; critical pressure = 42 bar), tert-butanol (critical temperature = 233 ° C; critical pressure = 40 bar), n-pentanol (critical temperature = 307 ° C; critical pressure = 39 bar), Isopentyl alcohol (critical temperature = 306 ° C; critical pressure = 39 bar), 2-methyl-1-butanol (critical temperature = 302 ° C; critical pressure = 39 bar), neopentyl alcohol (critical temperature = 276 ° C; critical pressure = 40 bar), diethyl kebinol (critical temperature = 286 ° C; critical pressure = 39 bar), methyl propyl kebinol (critical temperature = 287 ° C; critical pressure = 37 bar), methyl isopropyl Kebinol (critical temperature = 283 ° C; critical pressure = 39 bar), dimethyl ethyl kebinol (critical temperature = 271 ° C; critical pressure = 37 bar), 1-hexanol (critical temperature = 337 ° C; critical pressure = 34 bar ), 2-hexanol (critical temperature = 310 ° C; critical pressure = 33 bar), 3-hexanol (critical temperature = 309 ° C; critical pressure = 34 bar), 2-methyl-1-pentanol (critical temperature = 331 ° C; critical pressure = 35 bar), 3-methyl-1-pentanol (critical temperature = 387 ° C; critical pressure = 30 bar), 4-methyl-1-pentanol (critical temperature = 330 ° C; critical pressure = 30 bar), 2-methyl-2-pentanol (critical temperature = 286 ° C; critical pressure = 36 bar), 3-methyl-2-pentanol (critical temperature = 333 ° C; critical pressure = 36 bar), 4- Methyl-2-pentanol (critical temperature = 301 ° C .; Critical pressure = 35 bar), 2-methyl-3-pentanol (critical temperature = 303 ° C; critical pressure = 35 bar), 3-methyl-3-pentanol (critical temperature = 302 ° C; critical pressure = 35 bar) , 2,2-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 301 ° C .; critical pressure = 35 bar), 2,3-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 331 ° C .; critical pressure = 35 bar), 2,3 -Dimethyl-2-butanol (critical temperature = 331 ° C; critical pressure = 35 bar), 3,3-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 331 ° C; critical pressure = 35 bar), 2-ethyl-1-butanol (Critical temperature = 307 ° C; critical pressure = 34 bar), 1-heptanol (critical temperature = 360 ° C; critical pressure = 31 bar), 2-heptanol (critical temperature = 335 ° C; critical pressure = 30 bar), At least one selected from the group consisting of 3-heptanol (critical temperature = 332 ° C; critical pressure = 30 bar) and 4-heptanol (critical temperature = 329 ° C; critical pressure = 30 bar), the second Critical conditions are the critical temperature and the critical pressure of the alcohol.

단계 (c)는 제조된 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 알코올로부터 분리해 내는 단계이다. 상기 단계 (b)에서 환원 과정을 거쳐 형성된 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 알코올로부터 분리하여 건조한다. 분리는 원심분리 또는 필터링을 사용할 수 있으며, 상기 나노입자와 미반응 전구체 용액을 분리할 수 있으면 이에 한정되지 않는다. Step (c) is a step of separating the prepared graphene sheet or graphene particles from the alcohol. The graphene sheet or graphene particles formed through the reduction process in step (b) are separated from alcohol and dried. Separation may use centrifugation or filtering, and the nanoparticle and the unreacted precursor solution may be separated.

단계 (c) 이후에, (c')의 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 용매에 분산시킨 후 원심분리하여 정제하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 이때 용매는 알코올, 아세톤, 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있으나, 형성된 그래핀 시트 또는 그래핀 입자가 분산될 수 있으면 이에 한정하지 않는다.After step (c), the graphene sheet or graphene particles of (c ') may be further comprising the step of purifying by centrifugation after dispersing in a solvent. At this time, the solvent may be alcohol, acetone, tetrahydrofuran and the like, but is not limited to the graphene sheet or graphene particles formed can be dispersed.

본 발명의 그래핀 필름의 제조방법은 상기의 방법에 따라 제조한 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 이용하여 박막 형태의 그래핀 필름을 제조하는 것이고, 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 용매에 분산시켜 그래핀 입자 분산 용액을 형성하고, 상기 그래핀 입자 분산 용액을 필터를 사용하여 막분리하여, 상기 필터 상에 형성된 그래핀 필름을 상기 필터로부터 분리하여 그래핀 필름을 얻는 것일 수 있다.The graphene film manufacturing method of the present invention is to prepare a graphene film in the form of a thin film using the graphene sheet or graphene particles prepared according to the above method, the graphene sheet or graphene particles are dispersed in a solvent By forming a graphene particle dispersion solution, and separating the graphene particle dispersion solution using a filter to separate the graphene film formed on the filter from the filter to obtain a graphene film.

실시예 및 비교예 Examples and Comparative Examples

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 이는 몇 개의 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 그래핀 용어는 그래핀 시트 또는 그래핀 입자와 혼용하여 사용한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, this is only a few embodiments, the present invention is not limited thereto. Hereinafter, the graphene term is used interchangeably with graphene sheets or graphene particles.

그래핀의 특성 분석Graphene Characterization

본 발명의 제조 방법에 의하여 제조한 그래핀의 몰폴로지를 분석하기 위하여 이에프아이 (EFI)사의 투과 전자 현미경 (Transmission electron microscopy, 이하 'TEM'이라 함)을 사용하고, 그래핀 산화물의 탈산소화 반응 정도를 분석하기 위하여 써모 일렉트론 (Thermo Electron)사의 퓨리에 변환 적외선 분광기 (Fourier transform infrared spectroscopy, 이하 'FT-IR'이라 함), 피지컬 일렉트로닉 (Physical Electronic)사의 광전자분광기 (X-ray Photoelectron Spectroscopy, 이하 'XPS라 함) 및 써모 사이언티픽 (Thermo Scientific) 사의 원소분석기 (elemntal analysis, 이하, 'EA'라 함)를 사용하였다. 또한 그래핀의 열적 성질은 듀폰사의 열중량분석기 (Thermogravimetric Analysis, 이하, 'TGA'라 함)를 이용하여 측정하였다. 그래핀의 전기전도도는 먼저 free-standing 그래핀 필름을 제조한 후 이를 잔델 (Jandel)사의 four-point probe를 사용하여 측정하였다. Free-standing 그래핀 필름은 초임계 알코올로 환원된 그래핀을 염화메틸렌 (methylene chloride, CH2Cl2)에 분산시킨 후 밀리포아 (Millipore)사의 다공성 알루미나 필터를 이용하여 진공 여과 방법으로 필터 위에 필름을 형성시키고 공기 중에 건조한 후 이를 필터로부터 분리하여 제조하였다.Deoxygenation of graphene oxide using a transmission electron microscopy (hereinafter referred to as 'TEM') of EFI Co., Ltd. to analyze the morphology of the graphene prepared by the production method of the present invention. Fourier transform infrared spectroscopy from Thermo Electron (FT-IR) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (Physical Electronic) XPS) and Thermo Scientific's elemental analyzer (hereinafter referred to as 'EA') were used. In addition, the thermal properties of the graphene was measured using a thermogravimetric analysis (Thermogravimetric Analysis, hereinafter 'TGA') of DuPont. The electrical conductivity of graphene was first measured using a four-point probe made by Jandel, after making a free-standing graphene film. Free-standing graphene film is dispersed on a supercritical alcohol graphene on methylene chloride (methylene chloride, CH 2 Cl 2 ) and then the film on the filter by a vacuum filtration method using a porous alumina filter of Millipore (Millipore) Was formed and dried in air and then separated from the filter.

실시예Example 1 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  1: Batch Supercritical Fluid Process 그래핀의Graphene 제조 (1) Manufacturing (1)

그래핀 산화물은 흑연 파우더를 진한 황산, K2S2O8, P2O5로 처리하고, KMnO4, H2O2로 처리하는 수정된 Hummers 방법을 이용하여 제조하였다. 그래핀 산화물 1 g을 50 ㎖의 메탄올에 분산시켜 그래핀 산화물 농도를 20 g/ℓ로 조절한 후 그래핀 산화물이 분산된 메탄올 용액) 3.5 ㎖를 10 ㎖의 합금 (Hastelloy C276)의 재질로 만들어진 고온 고압 반응기에 도입하였다. 상기 반응기를 400 ℃로 유지되는 염욕로 (salt bath)에 도입하여 압력이 300 bar가 되도록 한 다음 이 조건을 유지하면서 2 시간 동안 탈산소화 반응을 진행하였다. 그 결과 생성된 그래핀 용액을 10 ℃의 물로 냉각시키고, 필터로 여과하여 상기 그래핀을 분리 및 회수하였다. 회수한 그래핀을 60 ℃의 진공 오븐에서 하루 동안 건조시켜 메탄올을 제거하였다. 도 1은 이렇게 형성된 그래핀의 FT-IR 결과 그래프이다. 도 2는 실시예 1에서 제조된 그래핀의 XPS 결과이고, 도 3은 실시예 1에서 제조된 그래핀의 TGA 결과이고, 도 4는 실시예 1에서 제조된 그래핀의 TEM 이미지이다. Graphene oxide was prepared using a modified Hummers method in which graphite powder was treated with concentrated sulfuric acid, K 2 S 2 O 8 , P 2 O 5, and treated with KMnO 4 , H 2 O 2 . 1 g of graphene oxide was dispersed in 50 ml of methanol to adjust the graphene oxide concentration to 20 g / l, and 3.5 ml of graphene oxide dispersed methanol solution was made of a 10 ml alloy (Hastelloy C276). It was introduced into a high temperature high pressure reactor. The reactor was introduced into a salt bath maintained at 400 ° C. to a pressure of 300 bar and then deoxygenated for 2 hours while maintaining this condition. The resulting graphene solution was cooled with 10 ° C. water and filtered through a filter to separate and recover the graphene. The recovered graphene was dried in a vacuum oven at 60 ° C. for one day to remove methanol. 1 is a graph of the FT-IR results of the graphene thus formed. 2 is XPS results of the graphene prepared in Example 1, Figure 3 is the TGA results of the graphene prepared in Example 1, Figure 4 is a TEM image of the graphene prepared in Example 1.

도 1에 나타낸 바와 같이, 그래핀 산화물의 FT-IR 스펙트럼에 하이드록실 그룹 (O-H, 3446 cm-1), 카르보닐 그룹 (C=O, 1731 cm-1), C=C 구룹 (1621 cm-1), 알코올 그룹 (C-OH, 1386 cm-1), 에폭시 그룹 (C-O-C, 1220 cm-1), 에테르 그룹 (C-O, 1060 cm-1)이 존재하는 것으로부터 산화가 되었다는 것을 확인할 수 있다. 초임계 메탄올을 이용하여 그래핀 산화물에서 탈산소화 반응을 진행하여 환원하였을 경우 하이드록실 그룹, 카르보닐 그룹, 알코올 그룹, 에폭시 그룹 및 에테르 그룹 등 탄소에 산소가 결합되어 있는 작용기들에 의한 투과율이 대폭 감소하였음을 알 수 있다. 반면 초임계 메탄올 내에서 환원된 그래핀에는 흑연 고유의 skeletal vibration에 해당하는 투과율 (1569 cm-1)이 증가하였음을 알 수 있다. 이로써 초임계 메탄올이 그래핀 산화물의 탈산소화 반응에 매우 효과적임을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, the FT-IR spectrum of graphene oxide shows hydroxyl groups (OH, 3446 cm −1 ), carbonyl groups (C═O, 1731 cm −1 ), and C═C groups (1621 cm − 1 ), alcohol group (C-OH, 1386 cm -1 ), epoxy group (COC, 1220 cm -1 ), ether group (CO, 1060 cm -1 ) can be confirmed that the oxidation was present. When deoxygenation of graphene oxide was carried out using supercritical methanol to reduce the permeability by oxygen-bonded functional groups such as hydroxyl group, carbonyl group, alcohol group, epoxy group and ether group It can be seen that the decrease. On the other hand, the graphene reduced in supercritical methanol increased the transmittance (1569 cm -1 ) corresponding to the intrinsic skeletal vibration. This suggests that supercritical methanol is very effective for the deoxygenation of graphene oxide.

도 2에 나타낸 바와 같이, 흑연 파우더의 XPS 스펙트럼에는 산소가 거의 존재하지 않지만 그래핀 산화물에는 산소 피크가 크게 증가하는 것으로부터 산소가 많이 존재하는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1에서 초임계 메탄올을 이용하여 그래핀 산화물을 탈산소화 반응을 진행하여 환원시킨 경우에는 산소 피크가 대폭 감소하는 것을 알 수 있다. XPS 산소 및 탄소 피크를 정량화 하여 C/O 비율을 계산한 결과를 표 1에 나타내었다. 흑연 파우더의 경우 C/O 비율이 97.47로 매우 큰 것으로 산소가 거의 존재하지 않음을 확인하였고, 그래핀 산화물의 경우 C/O 비율이 1.95인 것으로 산소가 많이 존재하는 것을 알 수 있었다. 초임계 메탄올을 이용하여 그래핀 산화물을 탈산소화 반응으로 환원한 그래핀의 경우 XPS로 측정한 C/O 비율이 11.89로 산소가 많이 제거되었음을 확인하였다. EA로 탄소, 산소, 수소양을 측정한 후 C/O 비율을 계산하여 그  결과를 표 1에 나타내었다. EA로 측정한 C/O 비율도 XPS로 측정한 C/O 비율과 매우 유사한 경향을 나타내었다.As shown in FIG. 2, oxygen is almost absent in the XPS spectrum of the graphite powder, but it can be seen that oxygen is present in graphene oxide due to a large increase in the oxygen peak. On the other hand, when the graphene oxide is deoxidized by using a supercritical methanol in Example 1, it can be seen that the oxygen peak is greatly reduced. Table 1 shows the results of calculating the C / O ratio by quantifying the XPS oxygen and carbon peaks. In the case of the graphite powder, the C / O ratio was very large as 97.47, and it was confirmed that there was almost no oxygen. In the case of graphene oxide, the C / O ratio was 1.95. In the case of graphene reduced graphene oxide by deoxygenation using supercritical methanol, it was confirmed that much oxygen was removed as the C / O ratio measured by XPS was 11.89. After measuring the amount of carbon, oxygen, and hydrogen by EA, the C / O ratio was calculated and the results are shown in Table 1. The C / O ratio measured by EA also tended to be very similar to the C / O ratio measured by XPS.

도 3은 실시예 1에서 제조한 그래핀의 TGA 그래프이다. 흑연 파우더의 경우 산소가 거의 존재하기 않기 때문에 800 ℃로 가열하더라고 거의 무게가 감소하지 않는 반면, 그래핀 산화물의 경우  800 ℃로 승온할 경우 원래 무게의 66%가 감소하는 것을 확인하였다. 인느 그래핀 산화물에 존재하는 산소가 CO 또는 CO2 형태로 가스화가 되기 때문이다. 실시예 1에서 제조한 그래핀의 경우 800 ℃로 승온할 때 무게가 13% 감소하는 것으로 탈산소화가 효과적으로 진행되었음을 확인하였다. 3 is a TGA graph of the graphene prepared in Example 1. In the case of graphite powder, since the oxygen is almost absent, the weight is hardly reduced even when heated to 800 ° C., but the graphene oxide is reduced by 66% of the original weight when heated to 800 ° C. This is because oxygen present in the graphene oxide is gasified in the form of CO or CO 2 . In the case of the graphene prepared in Example 1 it was confirmed that the deoxygenation proceeded effectively by reducing the weight by 13% when heated to 800 ℃.

도 4은 실시예 1에서 제조한 그래핀의 HR-TEM 이미지이다.이미지 및 제한시야 회절법 (selective area diffraction pattern)으로 측정한 전자 산란 결과를 나타낸다. 그래핀은 단층 또는 2~3개의 그래핀 시트가 겹쳐진 다층의 나노 시트 형태의 구조를 지니고 있으며 매우 투명하다는 것을 알 수 있다. 따라서 초임계 메탄올로 환원된 그래핀이 박편화 구조를 지닌다는 것을 알 수 있다. 전자산란 결과 그래핀의 (1100) 면에서 산란된 전자가 첫 번째 링에 표시되었으며 그래핀의 (1120)면에서 산란된 전자가 두 번째 링에 표시되었다. 또한 그래핀의 (0001)면에서 산란된 패턴이 첫 번째 및 두 번째 링에서 정육각형의 구조로 매우 밝은 점들로 표시된 것으로 초임계 메탄올 내 배치 공정으로 제조된 그래핀의 결정성이 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다. Figure 4 is an HR-TEM image of the graphene prepared in Example 1. The image and electron scattering results measured by the selective area diffraction pattern. Graphene has a structure in the form of a single layer or a multi-layered nano-sheet structure in which two or three graphene sheets overlap and can be seen that it is very transparent. Therefore, it can be seen that graphene reduced with supercritical methanol has a flaky structure. Electron scattering showed electrons scattered on the (1100) plane of graphene to the first ring and electrons scattered on the (1120) plane of graphene to the second ring. It is also shown that the scattered pattern on the (0001) side of graphene is marked by bright spots with a regular hexagonal structure in the first and second rings, indicating that the crystallinity of graphene prepared by the batch process in supercritical methanol is very good. Can be.

실시예 1에서 초임계 메탄올을 이용하여 그래핀 산화물에서 탈산소화 반응을 진행하여 환원된 그래핀 나노 시트로부터 필름을 제조하여 전기전도도를 four-point probe 방법으로 측정하였다. 그래핀 필름의 전기전도도가 3,247 S/m로 매우 높음을 알 수 있었다. 따라서 초임계 메탄올로 그래핀 산화물을 환원하였을 경우 효과적으로 탈산소화 반응이 진행되었고 그래핀 나노 시트가 제조되었기 때문에 이를 free standing 필름으로 제조하였을 경우 제조된 그래핀 나노 시트가 van der Waals 인력으로 서로 밀착하게 붙어있어 전기전도도가 높은 것으로 판단된다.In Example 1, a film was prepared from the reduced graphene nanosheets by deoxygenation of graphene oxide using supercritical methanol, and electrical conductivity was measured by a four-point probe method. It was found that the electrical conductivity of the graphene film was very high at 3,247 S / m. Therefore, when the graphene oxide was reduced with supercritical methanol, the deoxygenation reaction proceeded effectively, and since the graphene nanosheets were prepared, when the graphene nanosheets were prepared as a free standing film, the graphene nanosheets prepared by the van der Waals attraction were closely attached to each other. It is believed that the conductivity is high.

실시예Example 2 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  2: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (2) Manufacturing (2)

실시예 1의 반응 시간을 2 시간 대신 1 시간으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction time of Example 1 was changed to 1 hour instead of 2 hours. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 3 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  3: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (3) Manufacture (3)

실시예 1의 반응시간을 2 시간 대신 30분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction time of Example 1 was 30 minutes instead of 2 hours. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 4 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  4: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (4) Manufacture (4)

실시예 1의 반응 시간을 2 시간 대신 15 분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction time of Example 1 was 15 minutes instead of 2 hours. The prepared graphene was analyzed by XPS in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 5 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  5: Batch Supercritical Fluid Process 그래핀Grapina 제조 (5) Manufacture (5)

실시예 1의 분산반응 시간을 2 시간 대신 5 분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the dispersion reaction time of Example 1 was 5 minutes instead of 2 hours. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 6 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  6: using batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (6) Manufacture (6)

실시예 1의 그래핀 산화물 농도를 20 g/ℓ 대신 40 g/ℓ으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. Graphene was prepared in the same manner as in Example 1 except that the graphene oxide concentration of Example 1 was 40 g / L instead of 20 g / L. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 7 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  7: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (7) Manufacture (7)

실시예 1의 그래핀 산화물 농도를 20 g/ℓ 대신 286 g/ℓ으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.Graphene was prepared in the same manner as in Example 1 except that the graphene oxide concentration of Example 1 was changed to 286 g / L instead of 20 g / L. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 8 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  8: using batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (8) Manufacture (8)

실시예 1의 반응 용매로 메탄올 대신에 에탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. Graphene was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used instead of methanol as the reaction solvent of Example 1. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 9 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  9: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (9) Manufacture (9)

실시예 1의 반응 용매로 메탄올 대신에 프로판올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that propanol was used instead of methanol as the reaction solvent of Example 1. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

실시예Example 10 : 배치형 초임계유체 공정을 이용한  10: using a batch supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 (10) Manufacture (10)

실시예 1의 반응 용매로 메탄올 대신에 부탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 제조된 그래핀을 실시예 1과 동일한 방법으로 XPS 및 EA로 분석하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. Graphene was prepared in the same manner as in Example 1, except that butanol was used instead of methanol as the reaction solvent of Example 1. The prepared graphene was analyzed by XPS and EA in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

구분division 용매menstruum 그래핀 산화물 농도(g/ℓ)Graphene Oxide Concentration (g / ℓ) 반응시간Reaction time C/O 비율
by EA
C / O ratio
by EA
C/O 비율
by XPS
C / O ratio
by XPS
실시예 1Example 1 초임계 메탄올Supercritical methanol 2020 2 시간2 hours 11.1011.10 11.8911.89 실시예 2Example 2 초임계 메탄올Supercritical methanol 2020 1 시간1 hours 10.1810.18 10.0310.03 실시예 3Example 3 초임계 메탄올Supercritical methanol 2020 30 분30 minutes 9.259.25 9.179.17 실시예 4Example 4 초임계 메탄올Supercritical methanol 2020 15 분15 mins 8.188.18 8.788.78 실시예 5Example 5 초임계 메탄올Supercritical methanol 2020 5 분5 minutes 6.016.01 6.256.25 실시예 6Example 6 초임계 메탄올Supercritical methanol 4040 2 시간2 hours 13.5213.52 13.7913.79 실시예 7Example 7 초임계 메탄올Supercritical methanol 286286 2 시간2 hours 12.5812.58 13.0813.08 실시예 8Example 8 초임계 에탄올Supercritical ethanol 2020 2 시간2 hours 12.0412.04 11.5611.56 실시예 9Example 9 초임계 프로판올Supercritical propanol 2020 2 시간2 hours 10.2110.21 10.1510.15 실시예 10Example 10 초임계 부탄올Supercritical butanol 2020 2 시간2 hours 9.569.56 9.099.09 그래핀 산화물Graphene oxide -- -- -- 2.312.31 1.951.95 흑연black smoke -- -- -- > 98> 98 97.4797.47

표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 4에서 반응시간을 2시간에서 5분으로 감소함에 따라 XPS로 측정한 C/O 비율이 11.89에서 6.25로 감소하는 것으로 반응시간이 감소함에 따라 탈산소화 정도가 감소하는 것을 알 수 있었다. 하지만 실시예 5에서 반응 시간이 5분으로 매우 짧을 경우에도 C/O 비율이 6.25인 것으로 초임계 메탄올 내 그래핀 산화물의 탈산소화 반응이 효과적을 진행되는 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 1 및 실시예 5에서 초임계 메탄올에 분산되는 그래핀 산화물의 농도를 20 g/ℓ에서 40 g/ℓ로 증가시켰을 경우에는 C/O 비율이 11.89에서 13.79로 증가하는 것으로 보아, 더욱 효과적인 탈산소화 반응이 진행되었다는 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 5 및 실시예 6에서 초임계 메탄올에 분산되는 그래핀 산화물의 농도를 40 g/ℓ에서 286 g/ℓ로 증가시켰음에도 C/O 비율이 거의 변화하지 않는 것으로, 매우 고농도의 그래핀 산화물을 사용하였음에도 탈산소화 반응이 효과적으로 진행되었다는 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 1 및 실시예 7 내지 실시예 9에서 초임계 알코올로 초임계 메탄올 대신 초임계 에탄올, 초임계 프로판올 및 초임계 부탄올을 이용하였을 경우에도 제조된 그래핀의 C/O 비율이 11.89 ~ 9.09로 환원 전 그래핀 산화물의 C/O 비율인 1.95보다 월등이 높은 것으로 보아, 각 용매에 있어서, 충분한 탈산소화 반응이 진행되었다는 것을 알 수 있다. 따라서 초임계 상태의 알코올이 환원력이 있기 때문에 그래핀 산화물에서 탈산소화 반응에 매우 효과적이라는 것을 알 수 있었다. As shown in Table 1, as the reaction time was decreased from 2 hours to 5 minutes in Examples 1 to 4, the C / O ratio measured by XPS decreased from 11.89 to 6.25, and the deoxygenation was decreased as the reaction time decreased. The degree was reduced. However, in Example 5, even when the reaction time was very short as 5 minutes, the C / O ratio was 6.25, indicating that the deoxygenation of graphene oxide in supercritical methanol proceeds effectively. In addition, when the concentration of graphene oxide dispersed in supercritical methanol in Examples 1 and 5 was increased from 20 g / L to 40 g / L, the C / O ratio increased from 11.89 to 13.79. It was found that an effective deoxygenation reaction proceeded. In addition, although the concentration of graphene oxide dispersed in supercritical methanol in Examples 5 and 6 was increased from 40 g / L to 286 g / L, the C / O ratio was hardly changed. Although the oxide was used, it was found that the deoxygenation reaction proceeded effectively. In addition, in the case of using supercritical ethanol, supercritical propanol and supercritical butanol instead of supercritical methanol as the supercritical alcohol in Examples 1 and 7 to 9, the C / O ratio of the prepared graphene was 11.89 to 9.09 It can be seen that a sufficient deoxygenation reaction proceeded in each solvent because the C / O ratio of graphene oxide before the reduction was higher than 1.95. Therefore, it was found that the alcohol in the supercritical state is very effective for the deoxygenation reaction in the graphene oxide because of the reducing power.

실시예Example 11 :  11: 연속형Continuous 초임계유체 공정을 이용한  Using a supercritical fluid process 그래핀Grapina 제조 Produce

1000 ㎖의 유리 용기에 메탄올을 도입하고, 여기에 그래핀 산화물 10 g을 도입하여 분산된 그래핀 농도를 20 g/ℓ로 조절하였다. 그래핀 산화물이 분산된 메탄올 용액을 고압 펌프를 사용하여 상온에서 3 g/min의 속도로 펌핑하여 250 bar로 가압하였다. 다른 20 l의 플라스틱 용기에 메탄올을 도입하고 고압 펌프를 사용하여 9 g/min의 속도로 펌핑하여 250 bar로 가압하고, 이를 예열기에 이송하였다. 가압된 전구체 혼합 용액과 메탄올을 온도가 400 ℃로 유지되는 고온 고압 반응기에 이송하여 15 분 동안 반응시켰다. 그 결과 생성된 그래핀 입자의 용액을 냉각기를 이용하여 냉각한 다음, 필터를 이용하여 상기 그래핀 입자를 분리 및 회수하였다. 분리된 그래핀을 60 ℃의 진공 오븐 중에서 하루 동안 건조하여 메탄올을 제거한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하였다. 도 5는 실시예 10의 초임계 메탄올을 이용한 연속 공정으로 제조된 그래핀의 XPS 결과이다. 도 5에서 보이듯이, 산소 피크가 그래핀 산화물과 비교하였을 때 대폭 감소하였음을 알 수 있다. 또한 XPS로 측정한 C/O 비율이 8.43인 것으로 연속형 공정을 사용하였을 경우에도 배치형 공정을 사용하였을 경우와 유사하게 그래핀 산화물에서 효과적인 탈산소화 반응이 진행되었다는 것을 알 수 있었다. Methanol was introduced into a 1000 ml glass vessel, and 10 g of graphene oxide was introduced thereto to adjust the dispersed graphene concentration to 20 g / l. The methanol solution in which the graphene oxide was dispersed was pressurized to 250 bar by pumping at a rate of 3 g / min at room temperature using a high pressure pump. Methanol was introduced into another 20 l plastic vessel, pumped at a rate of 9 g / min using a high pressure pump, pressurized to 250 bar and transferred to the preheater. The pressurized precursor mixed solution and methanol were transferred to a high temperature high pressure reactor where the temperature was maintained at 400 ° C. for 15 minutes. The resulting solution of graphene particles was cooled using a cooler, and then the graphene particles were separated and recovered using a filter. The separated graphene was dried in a vacuum oven at 60 ° C. for one day to remove methanol and analyzed in the same manner as in Example 1. 5 is XPS results of graphene prepared in a continuous process using the supercritical methanol of Example 10. As shown in Figure 5, it can be seen that the oxygen peak is significantly reduced compared to the graphene oxide. In addition, the C / O ratio measured by XPS was 8.43, and even in the case of using the continuous process, it was found that the effective deoxygenation reaction was performed in the graphene oxide similarly to the case of using the batch process.

도 6는 초임계 메탄올을 이용한 연속 공정으로 그래핀 산화물로부터 탈산소화 반응으로 제조된 그래핀의 HR-TEM 결과 및 제한시야 회절법 (selective area diffraction pattern)으로 측정한 전자 산란 결과를 나타낸다. 배치형 공정을 사용하였을 경우와 유사하게 단층의 그래핀 시트가 제조되었음을 알 수 있었다. 전자산란 결과 그래핀의 (1100) 면에서 산란된 전자가 첫 번째 링에 표시되었으며 그래핀의 (1120)면에서 산란된 전자가 두 번째 링에 표시되었다. 또한 그래핀의 (0001)면에서 산란된 패턴이 첫 번째 및 두 번째 링에서 정육각형의 구조로 매우 밝은 점들로 표시된 것으로 초임계 메탄올 내 연속공정으로 제조된 그래핀의 결정성이 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 또한 초임계 메탄올을 이용한 연속 공정으로 그래핀 산화물로부터 탈산소화 반응으로 제조된 그래핀의 전기전도도가 1,523 S/m로 매우 높은 것으로 고품질의 그래핀이 제조되었다는 것을 알 수 있다. 이로써 연속형 공정을 사용하였을 경우에도 배치형 공정을 사용하였을 경우와 유사하게 전기전도도가 우수한 그래핀 나노 시트를 제조할 수 있음을 확인하였다. 6 shows HR-TEM results of graphene prepared by deoxygenation from graphene oxide in a continuous process using supercritical methanol and electron scattering results measured by selective area diffraction pattern. Similar to the case of using the batch process, it was found that a single layer of graphene sheet was prepared. Electron scattering showed electrons scattered on the (1100) plane of graphene to the first ring and electrons scattered on the (1120) plane of graphene to the second ring. In addition, the scattered pattern on the (0001) side of the graphene is marked by bright dots with a regular hexagonal structure in the first and second rings, indicating that the crystallinity of graphene produced by a continuous process in supercritical methanol is very good. Can be. In addition, it can be seen that the graphene prepared by the deoxygenation reaction from the graphene oxide in a continuous process using supercritical methanol has high electrical conductivity of 1,523 S / m, thereby producing high quality graphene. As a result, it was confirmed that even when the continuous process was used, graphene nanosheets having excellent electrical conductivity could be manufactured similarly to the case where the batch process was used.

Claims (12)

(a) 그래핀 산화물을 알코올 용매에 분산시켜 그래핀 산화물 분산용액을 형성하는 단계;
(b) 상기 그래핀 산화물 분산 용액을 초임계 조건에서 환원시켜 그래핀 시트 또는 상기 그래핀 시트가 뭉쳐서 이루어진 그래핀 입자를 형성하는 단계; 및
(c) 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 분리하여 세정 및 건조하는 단계
를 포함하는 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.
(a) dispersing graphene oxide in an alcohol solvent to form a graphene oxide dispersion solution;
(b) reducing the graphene oxide dispersion solution under supercritical conditions to form graphene sheets or graphene particles formed by agglomeration of the graphene sheets; And
(c) separating and cleaning and drying the graphene sheet or graphene particles
Graphene sheet or a graphene particle manufacturing method comprising a.
제1항에 있어서, 단계 (a) 이전에,
(a') 흑연을 강산 및 산화제 처리하여 그래핀 산화물을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.
The method of claim 1, wherein before step (a),
(a ') A method for producing a graphene sheet or graphene particles further comprising the step of forming a graphene oxide by treating a strong acid and an oxidizing graphite.
제1항에 있어서, 상기 그래핀 산화물은 단일 원자 층 구조의 박편 형태인 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the graphene oxide is in the form of flakes having a single atomic layer structure. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 산화물은 에폭시기, 카르복실기, 카르보닐기 및 하이드록실기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 관능기를 포함하여 알코올 용매에 분산성이 뛰어난 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The graphene sheet or graphene particles of claim 1, wherein the graphene oxide has at least one functional group selected from the group consisting of an epoxy group, a carboxyl group, a carbonyl group, and a hydroxyl group, and is excellent in dispersibility in an alcohol solvent. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 알코올 용매는 탄소수가 1 내지 10인 주쇄에 1개 이상의 하이드록실기를 포함하는 알코올 용매인 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the alcohol solvent is an alcohol solvent including at least one hydroxyl group in a main chain having 1 to 10 carbon atoms. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 산화물 분산 용액 중 그래핀 산화물의 농도는 0.1 g/ℓ 내지 1000 g/ℓ 인 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the concentration of graphene oxide in the graphene oxide dispersion solution is 0.1 g / L to 1000 g / L. 제1항에 있어서, 단계 (b)는 배치형 반응기 또는 연속 공정 반응기에서 이루어지는 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (b) is performed in a batch reactor or a continuous process reactor. 제1항에 있어서, 단계 (b)는 100 ~ 600 ℃ 및 20 ~ 600 bar에서 이루어지는 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (b) is made of graphene sheet or graphene particles is made at 100 ~ 600 ℃ and 20 ~ 600 bar. 제1항에 있어서, 상기 알코올 용매는, 메탄올 (임계 온도 = 239 ℃; 임계 압력 = 81 bar), 에탄올 (임계 온도 = 241 ℃; 임계 압력 = 63 bar), 프로판올 (임계 온도 = 264 ℃; 임계 압력 = 52 bar), 이소프로필알코올(임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 41 bar), 부탄올 (임계 온도 = 289 ℃; 임계 압력 = 45 bar), 이소부탄올 (임계 온도 = 275 ℃; 임계 압력 = 45 bar), 2-부탄올 (임계 온도 = 263 ℃; 임계 압력 = 42 bar), tert-부탄올 (임계 온도 = 233 ℃; 임계 압력 = 40 bar), n-펜탄올 (임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 이소펜틸 알코올 (임계 온도 = 306 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 2-메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 302 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 네오펜틸 알코올 (임계 온도 = 276 ℃; 임계 압력 = 40 bar), 디에틸 케비놀 (임계 온도 = 286 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 메틸 프로필 케비놀 (임계 온도 = 287 ℃; 임계 압력 = 37 bar), 메틸 이소프로필 케비놀 (임계 온도 = 283 ℃; 임계 압력 = 39 bar), 디메틸 에틸 케비놀 (임계 온도 = 271 ℃; 임계 압력 = 37 bar), 1-헥산올 (임계 온도 = 337 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 2-헥산올 (임계 온도 = 310 ℃; 임계 압력 = 33 bar), 3-헥산올 (임계 온도 = 309 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 2-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 387 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 4-메틸-1-펜탄올 (임계 온도 = 330 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 2-메틸-2-펜탄올(임계 온도 = 286 ℃; 임계 압력 = 36 bar), 3-메틸-2-펜탄올 (임계 온도 = 333 ℃; 임계 압력 = 36 bar), 4-메틸-2-펜탄올(임계 온도 = 301 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2-메틸-3-펜탄올 (임계 온도 = 303 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3-메틸-3-펜탄올 (임계 온도 = 302 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,2-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 301 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,3-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2,3-디메틸-2-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 3,3-디메틸-1-부탄올 (임계 온도 = 331 ℃; 임계 압력 = 35 bar), 2-에틸-1-부탄올 (임계 온도 = 307 ℃; 임계 압력 = 34 bar), 1-헵탄올 (임계 온도 = 360 ℃; 임계 압력 = 31 bar), 2-헵탄올 (임계 온도 = 335 ℃; 임계 압력 = 30 bar), 3-헵탄올 (임계 온도 = 332 ℃; 임계 압력 = 30 bar) 및 4-헵탄올 (임계 온도 = 329 ℃; 임계 압력 = 30 bar)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
상기 초임계 조건은 상기 알코올의 임계 온도 및 임계 압력 이상인 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the alcohol solvent is methanol (critical temperature = 239 ℃; critical pressure = 81 bar), ethanol (critical temperature = 241 ℃; critical pressure = 63 bar), propanol (critical temperature = 264 ℃; critical Pressure = 52 bar), isopropyl alcohol (critical temperature = 307 ° C; critical pressure = 41 bar), butanol (critical temperature = 289 ° C; critical pressure = 45 bar), isobutanol (critical temperature = 275 ° C; critical pressure = 45 bar), 2-butanol (critical temperature = 263 ° C; critical pressure = 42 bar), tert-butanol (critical temperature = 233 ° C; critical pressure = 40 bar), n-pentanol (critical temperature = 307 ° C; critical Pressure = 39 bar), isopentyl alcohol (critical temperature = 306 ° C; critical pressure = 39 bar), 2-methyl-1-butanol (critical temperature = 302 ° C; critical pressure = 39 bar), neopentyl alcohol (critical temperature = 276 ° C; critical pressure = 40 bar), diethyl kebinol (critical temperature = 286 ° C; critical pressure = 39 bar), methyl propyl kebinol (critical temperature = 287 ° C; critical pressure = 37 bar), Methyl isopropyl kebinol (critical temperature = 283 ° C; critical pressure = 39 bar), dimethyl ethyl kebinol (critical temperature = 271 ° C; critical pressure = 37 bar), 1-hexanol (critical temperature = 337 ° C; critical pressure = 34 bar), 2-hexanol (critical temperature = 310 ° C; critical pressure = 33 bar), 3-hexanol (critical temperature = 309 ° C; critical pressure = 34 bar), 2-methyl-1-pentanol ( Critical temperature = 331 ° C., critical pressure = 35 bar), 3-methyl-1-pentanol (critical temperature = 387 ° C .; critical pressure = 30 bar), 4-methyl-1-pentanol (critical temperature = 330 ° C.); Critical pressure = 30 bar), 2-methyl-2-pentanol (critical temperature = 286 ° C; critical pressure = 36 bar), 3-methyl-2-pentanol (critical temperature = 333 ° C; critical pressure = 36 bar) , 4-methyl-2-pentanol (critical temperature = 301 ° C .; Critical pressure = 35 bar), 2-methyl-3-pentanol (critical temperature = 303 ° C; critical pressure = 35 bar), 3-methyl-3-pentanol (critical temperature = 302 ° C; critical pressure = 35 bar) , 2,2-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 301 ° C .; critical pressure = 35 bar), 2,3-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 331 ° C .; critical pressure = 35 bar), 2,3 -Dimethyl-2-butanol (critical temperature = 331 ° C; critical pressure = 35 bar), 3,3-dimethyl-1-butanol (critical temperature = 331 ° C; critical pressure = 35 bar), 2-ethyl-1-butanol (Critical temperature = 307 ° C; critical pressure = 34 bar), 1-heptanol (critical temperature = 360 ° C; critical pressure = 31 bar), 2-heptanol (critical temperature = 335 ° C; critical pressure = 30 bar), At least one selected from the group consisting of 3-heptanol (critical temperature = 332 ° C; critical pressure = 30 bar) and 4-heptanol (critical temperature = 329 ° C; critical pressure = 30 bar),
The supercritical condition is a graphene sheet or a method for producing graphene particles that are above the critical temperature and critical pressure of the alcohol.
제1항에 있어서, 단계 (c) 이후에,
(c')의 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 용매에 분산시킨 후 원심분리하여 정제하는 단계를 더 포함하는 것인 그래핀 시트 또는 그래핀 입자의 제조방법.
The method of claim 1, wherein after step (c),
Dispersing the graphene sheet or graphene particles of (c ') in a solvent and then centrifuging to purify the graphene sheet or a method for producing the graphene particles.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 방법에 따라 제조한 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 이용하여 박막 형태의 그래핀 필름을 제조하는 그래핀 필름의 제조방법.A graphene film manufacturing method for preparing a graphene film in the form of a thin film using a graphene sheet or graphene particles prepared according to any one of claims 1 to 10. 제11항에 있어서, 상기 그래핀 시트 또는 그래핀 입자를 용매에 분산시켜 그래핀 입자 분산 용액을 형성하고, 상기 그래핀 입자 분산 용액을 필터를 사용하여 막분리하여, 상기 필터 상에 형성된 그래핀 필름을 상기 필터로부터 분리하여 그래핀 필름을 얻는 것인 그래핀 필름의 제조방법.The graphene formed on the filter of claim 11, wherein the graphene sheet or the graphene particles are dispersed in a solvent to form a graphene particle dispersion solution, and the graphene particle dispersion solution is separated using a filter to form graphene. Method for producing a graphene film is to separate the film from the filter to obtain a graphene film.
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