KR101280119B1

KR101280119B1 - 잉크젯 프린팅을 이용한 그래핀 시트의 패턴과 광대역 다이폴 안테나로의 응용

Info

Publication number: KR101280119B1
Application number: KR1020110097157A
Authority: KR
Inventors: 장정식; 신근영; 홍진용
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-06-28
Also published as: KR20130033211A

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅을 이용한 그래핀 시트 패턴의 제조와 광대역 다이폴 안테나로의 응용에 관한 것으로, 흑연 결정으로부터 화학적 박리 방법을 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 잉크젯 프린터용 잉크로 사용하고, 컴퓨터 프로그램으로 잉크젯 프린터를 제어하여 상기 산화된 그래핀 필름을 원하는 형태로 출력한 뒤, 산화 그래핀 필름을 환원제가 포함되어 있는 기상증착 반응기 내부에 위치하여 진공 상태의 적정 온도 하에서 환원반응을 통해 그래핀 시트의 패턴을 제조하였을 뿐만 아니라, 다이폴 형태의 그래핀 시트를 안테나 분석기에 연결하여 광대역 다이폴 안테나의 성능을 제시한다.
본 발명에 따르면, 추가적인 첨가제 없이 산화 그래핀을 잉크젯 프린터의 전도성 잉크로 사용하고 진공 상태에서의 열처리에 의한 환원 과정을 통해 그래핀 시트의 패턴을 손쉽게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명에서 제조될 수 있는 그래핀 시트는 크기와 형태에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 최소 선폭 60 um 의 길이와 높은 해상도를 가진다는 장점을 갖는다. 전기적 응용 측면에서 본다면, 상기 제조된 그래핀 시트는 낮은 표면 저항 값을 갖으며, 표면 저항이 손쉽게 조절 가능함에 따라 광대역 다이폴 안테나 전극으로의 응용이 가능하다는 장점을 갖는다.

Description

잉크젯 프린팅을 이용한 그래핀 시트의 패턴과 광대역 다이폴 안테나로의 응용 {Micropatterning of graphene sheets by inkjet printing and its wideband dipole-antenna application}

본 발명은 잉크젯 프린터의 잉크로서 수분산 산화 그래핀 (graphene oxide) 을 이용하여 다양한 지지체 위에 원하는 모양, 크기 및 두께로 간단하게 균일한 산화 그래핀 필름을 프린팅하고, 환원제가 포함된 기상증착 (vapor depostion) 반응기 내부에 위치하여 그래핀 시트 (graphene sheets) 의 패턴을 제조하며, 다이폴 형태의 그래핀 시트 전극을 안테나 분석기 (network analyzer) 에 연결하여 광대역 다이폴 안테나 (wideband dipole-antenna)로서의 가능성을 제시한다.

기존의 전자/전기 산업 분야에 있어서 전도성 나노구조체에 의한 전극 패턴을 형성하는 제작 공정에는 노광과 식각공정을 기반으로 하는 광학적 패터닝 (photolithograpy) 방법이 주로 이용되고 있다. 하지만, 광학적 패터닝 방법은 여러 단계의 복잡한 공정을 거치는 에너지 집약적, 고비용의 생산 기술일 뿐만 아니라 각 공저에서 발생되는 가스, 폐수 및 페화학물 등의 배출로 인해 환경 오염의 문제점이 있으며, 형성하고자 하는 나노 구조체 (nono structure) 의 사이즈 및 형태에 따라 각각의 광마스크 (photomask) 를 제조하는데 시간과 비용이 따르는 한계가 지적되어 왔다. 따라서 노광/식각에 의한 광학적 패터닝 공정을 대체하기 위한 간단하고 저비용이며 친환경적인 공정 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.

잉크젯 프린팅은 상기 광학적 패터닝 공정 방법을 대체할 수 있는 기술로서 나노 구조체를 패터닝하는 공정에 있어서 폐기물이 발생하지 않고, 적은 양의 잉크를 사용하여 나노 구조체를 대량으로 패터닝할 뿐만 아니라, 나노구조체의 크기 및 모양을 추가적인 공정 없이 컴퓨터로 제어하여 단시간에 변형하여 패터닝할 수 있는 점에 있어서 광학적 패터닝과 차별되는 친환경적, 경제적인 공정기술이며 현재 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 또한 국내외 기업체 및 학교, 연구소에서 연구/개발 중에 있다.

현재까지 개발되어 있는 잉크젯 프린터로 전기/전자 소자의 나노 구조체를 패터닝하는데 적용하기 위해서는 잉크의 분사 위치 및 속도, 이미지 구현 방법을 제어하는 잉크젯 프린팅 시스템기술, 잉크가 분사되는 노즐과 단일 또는 다수의 노즐을 제어하는 프린터 헤드 제조 기술, 분사되어 이미지를 구현하고 다양한 기능의 패턴을 형성하는 잉크 제조 기술이 있다. 그 중에서도 형성된 나노 구조체에 전기적인 특성을 부여하기 위해서는 프린터 헤드 노즐로부터 분사되어 나노 구조체를 형성할 수 있는 전기 전도성을 띄는 잉크 제조 기술이 중요한 요소 기술로 인식되어 있다. 잉크젯 프린터의 노즐로부터 잉크가 분사되기 위하여 만족되어야 하는 유체의 물성은 적절한 점도 (viscosity), 적절한 표면장력 (surface tension)이다. 이러한 유체의 물성은 액적 형성 기구 및 액적의 크기, 일정 압력 펄스에서의 속도에 영향을 미쳐 디자인된 이미지를 정확하게 구현한 크기 및 모양으로 구현하는데 있어서 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 잉크젯 프린터용 잉크는 압전 방식의 잉크젯 프린터의 경우에 약 1 ~ 20 mPa·s 의 점도를 유지해야 하며 표면장력은 약 20 ~ 80 mN/m 의 범위 이내이어야 한다. 이러한 유체의 물성을 만족시키지 못할 경우 잉크의 분사 상태가 불안정하거나 분사가 되지 않을 수 있다. 그 외에도 산업적으로 적용이 가능하기 위해서는 잉크의 안정성과 관계되는 화학적 안정성, 분산성, 시간에 따라 물성의 변화가 없는 장기 안정성 등을 고려하여 잉크를 제조하게 된다.

이러한 잉크젯 프린팅 공정으로 전기/전자 소자 내에 전도성 나노 구조체를 형성하기 위하여 일반적으로 금 (Au). 은 (Ag), 구리 (Cu) 등의 금속 나노입자를 알코올계 유기 용매에 고분자 분산제를 이용하여 잉크젯 프린터로 프린팅 하였을 때, 비저항이 낮은 금속 나노 구조체를 패터닝하여 전기적으로는 우수한 성질을 보이지만, 금속 나노입자의 높은 가격과 나노 구조체를 형성하기 위하여 약 200 ℃ 이상에서 금속 나노입자의 소결을 위한 열처리 공정이 추가적으로 필요하다는 단점이 있다. 또한 형성된 전도성 나노 구조체는 금속 고유의 단단한 (rigid) 특성으로 인해 유연성 (flexibility) 을 유지하기 어려운 한계점으로 인해 미래형 전기/전자 소자인 유연성 있는 전기/전자 소자에 적용하기 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위한 방법으로써, 전도성 고분자를 이용한 나노구조체의 패터닝 방법들이 최근에 연구되어지고 있다.

전도성 고분자 패터닝 방법으로 수용액 상에 분산되어 있는 전도성 고분자인 PEDOT/PSS 를 잉크젯 프린터를 이용하여 유연성 있는 지지체 위에 단시간에 프린팅 하는 용액 공정이 개발되었다. 이러한 용액공정의 경우, 높은 유연성의 전도성 고분자 나노 구조체를 가진다는 장점을 가지고 있지만, 금속 나노 구조체에 비해 전기 전도성이 상대적으로 낮다. 또한, 잉크젯 프린터에 적용하기 위해서는 잉크젯 프린팅이 가능한 물리적 성질을 충족시키는 분산성이 우수한 전도성 고분자 용액을 제조해야 하는 단점이 있다.

따라서, 추가 첨가제 및 열처리 공정이 필요 없고, 형성된 전극 물질의 유연성이 유지되며, 전기전도도 역시 우수하여 전력 효율을 높일 수 있는 그래핀을 잉크젯 프린터에 이용하여 그래핀 패턴을 빠르게, 원하는 모양과 크기로 자유로이 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 그래핀 나노구조체를 기반으로 하는 전기/전자 소자에의 적용이 강력히 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 문제점들을 일거에 해결하고자 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 잉크젯 프린터에 적용 가능한 전도성 잉크로 사용하고, 잉크젯 프린터를 제어하여 지지체 위에 원하는 형태로 상기 산화 그래핀 필름을 출력한 뒤, 산화 그래핀이 패터닝된 지지체를 환원제가 포함되어 있는 기상증착 반응기 내부에 위치하여 진공 상태의 적정 온도 하에서 환원반응을 진행하여 그래핀 시트의 패턴을 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 잉크젯 프린팅에 의해 제조된 그래핀 시트 패턴을 이용하여 광대역 다이폴 안테나 전극에의 가능성을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이제껏 알려진 방법과는 전혀 다른 방법, 즉 화학증착법이나 용액 주조법 (solution casting) 을 이용한 그래핀 시트 형성 등을 사용하지 않았으며, 또한 추가 첨가제 없이 잉크젯 프린터에 이용가능한 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 이용하여 잉크를 제조, 적용함으로써 원하는 모양, 크기 및 두께를 지니는 그래핀 시트 패턴을 수십 마이크로미터 크기에서 자유로이 형성할 수 있음을 확인하였다. 또한 프린팅 된 그래핀 시트는 우수한 해상도 및 낮은 표면저항 값을 가짐에 따라 우수한 성능을 가지는 광대역 다이폴 안테나에 적용 가능함을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 유연한 지지체 위에 잉크젯 프린터로 수분산 산화 그래핀 용액을 원하는 모양과 크기로 프린팅하고, 이를 기상증착 반응기 내에서 온도를 조절하여 환원제를 기화시키고 기화된 환원제가 프린팅된 산화 그래핀 표면에서 반응하여 수십 마이크로미터 크기로 제어된 그래핀 시트 패턴을 형성하고, 광대역 다이폴 안테나 전극으로의 응용을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린팅과 기상증착법에 따른 그래핀 시트 패턴 형성및 광대역 다이폴 안테나 전극으로의 응용 방법은,

(A) 산화흑연을 초음파 발생기를 이용하여 물에 분산시킨 후, 잉크젯 프린팅의 전도성 잉크로 사용될 수 있는 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하는 단계;

(B) 상기 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액이 지지체 위에서 정밀한 패턴을 형성할 수 있도록 지지체 표면의 화학적 특성을 개질하는 단계;

(C) 상기 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 프린터 헤드에 주입하고 상기 표면에 화학적으로 개질화된 지지체 위에 잉크젯 프린터로 잉크를 토출하여 산화 그래핀 박막을 형성하는 단계;

(D) 상기 산화 그래핀 박막이 형성된 지지체를 환원제가 포함되어 있는 기상증착 반응기 내에 위치시키고 진공 상태의 적정 온도 하에서 환원제를 기화시켜 지지체 표면에서 환원반응을 진행하여 그래핀 시트 패턴을 형성하고, 광대역 다이폴 안테나용 전극을 제조하는 단계; 및,

(E) 상기 그래핀 시트 기반 광대역 다이폴 안테나 전극을 안테나 분석기에 연결하여 안테나의 성능을 측정하는 단계를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

본 명세서에서 특별히 명시되지 않는 한, 온도, 함량, 크기 등의 수치 범위는 본 발명의 제조 방법을 최적화할 수 있는 범위를 의미한다.

본 발명에 따른 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액과 잉크젯 프린터 및 기상증착중합법을 이용하여 그래핀 시트 패턴의 제조방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 종래의 광학적 패터닝 공정 방법에서 발생했던 시간과 원료 물질의 손실을 최소화하였을 뿐만 아니라, 원하는 모양, 크기와 두께 등을 컴퓨터 프로그램을 이용하여 다양한 기판 위에서 손쉽게 형성하는 기술을 제공하였고, 전극 물질로서 금속보다 상대적으로 가격 경쟁력이 우수한 그래핀을 활용함으로써, 저가로 대량 생산하는데 유리함을 제공하였다. 또한, 상기 기술에 의해, 수십 마이크로 크기 선폭을 가지는 그래핀 시트 패턴을 형성할 수 있었을 뿐만 아니라, 산화 그래핀의 농도, 프린팅 출력 횟수 및 그래디언트 패턴을 이용하여 그래핀 시트의 표면 저항 값을 자유로이 조절할 수 있었으며, 제조된 상기 그래핀 시트를 다이폴 안테나용 전극으로 사용했을 때, 광대역 특성을 갖고 높은 전송 전력의 효율을 갖는 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다. 상기 제조된 그래핀 기반 광대역 다이폴 안테나는 RFID 테그, 사물을 인식하는 공항 금속 탐지기 및 인간 신체 센서 네트워크 등의 신호 수신장치에의 응용 및 구현이 가능할 것으로 여겨진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자의 원자탐침현미경 사진이며;
도 2는 본 발명의 실시예 12에서 제조된 다양한 형태의 그래핀 시트 패턴의 광학현미경 사진이며;
도 3은 본 발명의 실시예 13에서 제조된 대면적의 산화 그래핀 및 그래핀 시트 패턴의 사진이며;
도 4는 본 발명의 실시예 14에서 제조된 다양한 폭을 가지는 선의 형태를 나타내는 그래핀 시트 패턴의 광학현미경 사진이며;
도 5는 본 발명의 실시예 15에서 제조된 70 um 의 갭을 가지는 선 형태 그래핀 시트 패턴의 광학현미경 사진이며;
도 6은 본 발명의 실시예 16에서 프린팅 출력횟수에 따라 제조된 그래핀 시트 패턴의 두께를 나타내는 주사전자현미경 사진 및 그래프이며;
도 7은 본 발명의 실시예 17, 실시예 18, 실시예 19 및 실시예 20에서 제조된 수분산 산화 그래핀의 함량 및 프린팅 출력횟수에 따른 그래핀 시트 패턴의 표면저항 값을 나타내는 그래프이며;
도 8은 본 발명의 실시예 21에서 제조된 그래디언트 형태를 나타내는 그래핀 시트 패턴의 표면저항 값을 나타내는 그래프이며;
도 9는 본 발명의 실시예 31에서 제조된 그래핀 시트 기반 광대역 다이폴 안테나 성능을 나타내는 그래프이다.

단계 (A)에서 사용되는 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액의 경우, 개선된 Hummer방법 (참고문헌 : Hummers W, Offeman R., "Preparation of graphite oxide", Jounal of the American Chemical Society, 80, 1958, 1339)을 이용하여 제조하였다. 흑연의 산처리를 위해서 황산과 질산의 혼합물을 이용하여 산화흑연을 제조하였으며, 산처리 시 수반되는 유해한 물질 및 효율적인 산처리를 위해서 질산나트륨 (sodium nitrate)과 염소산칼륨 (potassium chlorate) 을 섞은 혼합물을 함께 이용하였다.

상기 제조된 산화 흑연을 극성 용매인 물에 넣어준 후, 간단한 초음파발생기를 이용하여 수용액 상에 산화 흑연을 분산시킴으로 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액이 제조되었으며, 분산 시간은 0.5 ~ 3 시간이 바람직하다.

전도성 잉크로 사용되는 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액은 수용액 상에서 전체 잉크 조성물을 100 중량부를 기준으로 하여, 0.05 ~ 1 중량부인 것이 바람직하다. 상기 산화 그래핀 나노 입자 용액의 양이 0.05 중량부 미만인 경우에는 프린팅 후 건조시간이 길어지게 되어 용매의 퍼짐 현상으로 인해 원하는 산화 그래핀의 패턴 형성이 어려우며, 1 중량부를 초과화면 잉크의 건조 속도가 너무 빨라져서 노즐 부분에서 막힘 현상이 일어나는 어려움이 있다.

단계 (B)에서 사용되는 지지체로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 프린팅 장비에 적용가능한 것이면 사용될 수 있다. 그 중에서도 유연성이 좋고 프린팅 해상도가 좋은 사진 출력용 포토 용지 (photo paper) 나 휨성이 좋고 투명도 (transparent) 가 뛰어난 PET (polyethyleneteleptalate), PI (polyimide) 필름 등의 고분자 필름이 바람직하다. 특히, 프린팅 될 지지체가 고분자 필름일 경우에는 지지체의 표면의 소수성 (hydrophobicity) 과 산화 그래핀 나노 입자 용액의 친수성 (hydrophilicity) 의 차이로 생기는 표면에너지가 형성되는 패턴의 선형정밀도를 결정하는 주요한 요인이 된다. 이를 제어할 목적으로 지지체 표면을 개질 (surface modification) 하게 되는데, 이 때 사용되는 방법으로는 산소 및 질소 플라즈마 표면처리법이 바람직하다. 일반적으로 플라즈마 처리 이외의 다른 표면 개질화 방법으로는, 아미노 실란과 같은 실란 커플링제를 이용한 화학적 처리 및 고분자나 유기 화합물을 이용한 표면 코팅 등의 방법이 있다. 하지만, 상기 화학적 처리 및 표면 코팅 방법들은 공정 처리 과정이 복잡하고 비싸며, 시간이 오래 걸리고, 고분자 필름 위에 균일한 코팅이 어렵기 때문에 효과적인 표면처리가 어렵다는 단점을 지니고 있다. 또한, 플라즈마 처리의 경우, 헬륨이나 네온과 같은 불활성 가스를 사용하게 되면, 표면의 소수성이 더욱 개질화되기 때문에 이와 같은 가스를 사용할 수 없다.

수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액의 물성과 지지체의 물성에 따라 산소 플라즈마 처리 시간은 5 ~ 50 초 정도가 바람직하고, 가스 유속량은 10 ~ 30 sccm 정도가 바람직하다.

단계 (C)에서 사용되는 잉크젯 프린터로는 휴렛-패커드 (Hewlett-Packard; HP), 캐논 (Cannon) 등에서 사용되는 드랍-온-디멘드 (drop-on-demand; DOD) 방식의 헤드를 가지는 일반 사무용 프린터가 바람직하나, 컴퓨터 프로그램으로 제어되어 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 정확히 프린팅 할 수 있는 프린터는 모두 사용할 수 있으므로, 그 범위가 한정되는 것은 아니다.

사용되는 컴퓨터 프로그램은 그래픽 작업으로 원하는 모양을 그릴 수 있고 그것을 잉크젯 프린터로 출력이 가능한 것이면 대부분 응용 가능하며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 원하는 모양은 그래픽 작업을 통해 길이, 넓이, 굴곡 등의 구성을 자유로이 얻을 수 있다.

상기 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 잉크젯 프린팅의 잉크로 사용하여 상기 플라즈마 처리된 지지체 위에 원하는 모양 및 크기대로 출력하며, 출력 횟수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 1 ~ 30 회가 바람직하다.

단계 (D) 에서는 상기 제조된 산화 그래핀 박막이 프린팅 된 지지체를 환원제가 포함된 기상증착 반응기 내에 위치시키고 환원제를 기상으로 증착시켜 그래핀 시트 패턴을 형성한다. 사용되는 기상증착 반응기는 150℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있고 외부에서 환원 반응을 관찰할 수 있는 투명한 유리로 된 것이 바람직하다. 기상증착 반응기의 구성은 산화 그래핀이 프린팅 된 지지체를 위치할 수 있는 하부체와 환원제와 반응에 함께 참가하는 화학물질을 투입하고 이들이 기화되기까지 머무를 수 있는 투입부 및 최종 반응 후 이들을 제거할 수 있는 제거부가 있는 상부체 및 하부체와 상부체를 밀착시켜 기상증착 반응을 유지할 수 있는 밀착부로 될 수 있으나, 그 모양과 크기가 한정된 것이 아니라, 용도에 맞게 구성을 새로이 할 수 있다.

프린팅 된 산화 그래핀 박막을 기상증착 반응기 내에 위치하여 투입부를 이용해 환원제를 기화시켜 환원 반응을 일으키기 위해 10^-3 torr 압력의 진공상태 및 80 ~ 150℃ 온도에서 진행하며, 반응시간은 특별히 제한적이지 않으나 최소 1시간 이상인 것이 바람직하다. 반응 시간이 1시간 이하일 경우, 부가된 환원제의 기화반응이 제대로 이루어지지 않고, 반응하지 못하고 남는 환원제가 발생하게 됨을 확인할 수 있었다.

환원 반응에 필요한 환원제의 종류는 특정 환원제에 한정된 것이 아니며, 하이드라진 (hydrazine), 아스코르브산 (ascorbic acid), 하이드로퀴논 (hydroquinone), 수소화붕소나트륨 (sodium borohydride) 가 환원제로 사용될 수 있다.

환원 반응에 필요한 환원제의 부가량은 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액 대비 20 분의 1 에서 4분의 1 배의 무게비인 것이 바람직하지만, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.

프린팅 된 산화 그래핀 박막의 환원 반응에 의해 제조된 그래핀 시트 패턴은 대면적으로 원하는 형태와 크기를 컴퓨터 프로그램에 의해 자유롭게 조절 가능하고, 선폭 (linewidth) 의 길이 역시 조절될 수 있다.

동일한 출력 횟수에 의해 제조된 그래핀 시트의 표면 저항 값은 컴퓨터 프로그램의 그래디언트 패턴 (gradient pattern) 을 이용하여 조절할 수 있다.

광대역 다이폴 안테나용 그래핀 시트 전극은 컴퓨터 프로그램에 의해 수십에서 수백 mm 의 사각형 형태가 바람직하지만, 그 모양이나 길이 및 형태가 한정된 것은 아니다. 상기 그래핀 시트 기반의 광대역 다이폴 안테나 전극의 두께는 최소 300 nm 이상인 것이 바람직하다. 전극의 두께가 300 nm 이하인 경우, 즉, 표면 저항 값이 100 Ω 보다 커지게 됨으로 인해 다이폴 안테나의 기능이 제대로 작동하지 않음을 확인할 수 있었다.

단계 (E) 에서 상기 제조된 그래핀 시트 기반의 광대역 다이폴 안테나 전극의 안테나 성능을 측정하기 위해 그래핀 시트 전극의 양 말단부에 전도체 금속을 이용하여 그래핀 시트 전극과 연결하고 전류가 흐를 수 있는 다이폴 안테나 전극을 구성한다. 금속케이블과 그래핀 시트 전극의 연결을 위해 사용되는 것으로는 구리테이프 (copper tape)와 실버 페이스트 (silver paste)가 바람직하다.

상기 그래핀 시트 기반 광대역 다이폴 안테나 전극의 안테나 성능을 측정하기 위해 안테나 분석기 (E5071B ENA RF network analyzer, Agilent technologies)포트의 케이블을 연결하여 회로를 구성하고, 안테나 분석기를 통해 임피던스 값을 측정하여 다이폴 안테나의 동작 주파수 (bandwidth), 정재파비 (voltage stading wave ratio) (VSWR), 반사계수 (return loss) 및 전력 전송효율 (transmitted power efficiency) 을 계산한다.

상기 그래핀 시트 기반 광대역 다이폴 안테나 전극과 안테나 분석기 포트 사이에 출력단과 입력단을 연결할때, 서로 다른 두 연결단의 임피던스 차에 의한 반사를 줄여 전력 전송을 최대화하기 위한 임피던스 매칭은 50Ω으로 맞추는 것이 바람직하다. 이는 발진 가능성이 훨씬 줄고 또한 고주파까지 임피던스를 유지하기가 상대적으로 유리할 수 있다.

[실시예]

이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

천연흑연 1g 과 질산나트륨 0.5g을 20mL 황산 용액에 넣고 냉각시키면서 과망간산칼륨(또는 염소산칼륨) 3g을 45분에 걸쳐 천천히 넣어준 후, 50ml 의 증류수를 천천히 넣어주고, 온도를 98℃ 까지 높이게 되면, 갈색의 색깔을 띄는 것을 확인할 수 있으며, 과산화수소를 넣어줌에 따라, 용액의 색깔이 황갈색으로 바뀌게 됨을 확인할 수 있었다. 그 후 반복적으로 원심 분리하여 상층액을 버리고 증류수로 씻어주고 최후로 물로 씻어주면 적갈색의 걸쭉한 산화 흑연 용액(약간 젤 상태)이 얻어지며, 진공 오븐 상에서 건조하게 되면 필름 형태의 산화 흑연을 얻을 수 있었다. 제조된 산화 흑연 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하였으며, 원자탐침현미경 (atomic force microscophy)을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 nm 의 두께와 1~2 um 크기의 너비를 갖는 판상 형태의 그래핀이 형성됨을 확인할 수 있었다. (도 1) 얻어진 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 점도계 (Rheometer)로 측정한 결과 점도 4.2 mPa s, 표면 장력 72.8 mNm^- ¹ 로 측정되었다.

[실시예 2]

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 산화 그래핀 0.02 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90분간 초음파 분쇄를 통해 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하였으며, 원자탐침현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1 nm 의 두께와 1~2 um 크기의 너비를 갖는 판상 형태의 그래핀이 형성됨을 확인할 수 있었다. 얻어진 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 점도계로 측정한 결과 점도 1 mPa s, 표면 장력 30 mNm^- ¹ 로 측정되었다.

[실시예 3]

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 산화 그래핀 0.4 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90분간 초음파 분쇄를 통해 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하였으며, 원자탐침현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 3 nm 의 두께와 1~2 um 크기의 너비를 갖는 판상 형태의 그래핀이 형성됨을 확인할 수 있었다. 얻어진 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 점도계로 측정한 결과 점도 7 mPa s, 표면 장력 113 mNm^- ¹ 로 측정되었다.

[실시예 4]

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 산화 그래핀 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 0.5 시간 초음파 분쇄를 통해 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하였으며, 원자탐침현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.2 nm 의 두께와 3~4 um 크기의 너비를 갖는 판상 형태의 그래핀이 형성됨을 확인할 수 있었다. 얻어진 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 점도계로 측정한 결과 점도 4 mPa s, 표면 장력 71.3 mNm^- ¹ 로 측정되었다. 초음파 분쇄시간이 0.5 시간 이하일 경우, 산화 그래핀의 분산이 제대로 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 5]

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 산화 그래핀 0.2g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 3 시간 초음파 분쇄를 통해 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하였으며, 원자탐침현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.8 nm 의 두께와 500 nm 크기의 너비를 갖는 판상 형태의 그래핀이 형성됨을 확인할 수 있었다. 얻어진 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 점도계로 측정한 결과 점도 5.6 mPa s, 표면 장력 81 mNm^- ¹ 로 측정되었다. 초음파 분쇄 시간이 3 시간 이상일 경우, 산화 그래핀의 분산 정도가 오히려 떨어지게 됨을 확인할 수 있었다.

[실시예 6]

프린팅 될 지지체인 PET 필름 표면의 표면에너지와 산화 그래핀 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면 에너지 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 산소 플라즈마 처리를 실시하였으며, PET 필름의 구김을 막기 위해 5 ℃ 의 물을 흘려주는 가운데 진행하였다. 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 후, 상기 산소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려, 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^-1에서 72.8 mNm^- ¹ 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 7]

실시예 6과 마찬가지의 방법을 이용하여 지지체로 PET 필름을 이용하고, 산화 그래핀 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면장력 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 질소 플라즈마 처리를 실시하였으며, PET 필름의 구김을 막기 위해 5 ℃ 의 물을 흘려주는 가운데 진행하였다. 질소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 질소 플라즈마 처리한 후, 상기 질소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^- ¹에서 60.1 mNm^- ¹ 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 8]

실시예 6과 마찬가지의 방법을 이용하여 지지체로 PET 필름과 상기 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면장력 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 산소 가스의 유속량 10 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리하였으며, 상기 산소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^- ¹에서 57.6 mNm^-1 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 상기 산소 가스의 유속량이 10 sccm 이하일 경우, 오랜 시간 플라즈마 처리를 진행하여도 PVDF 필름 표면 에너지가 50 mNm^-1이상 상승하지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 9]

실시예 6과 마찬가지의 방법을 이용하여 지지체로 PET 필름과 상기 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면장력 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 산소 가스의 유속량 30 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리하였으며, 상기 산소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^- ¹에서 92.5 mNm^-1 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 상기 산소 가스의 유속량이 30 sccm 이상일 경우, PET 필름의 구겨짐 등의 변형이 발생함을 확인할 수 있었다.

[실시예 10]

실시예 6과 마찬가지의 방법을 이용하여 지지체로 PET 필름과 상기 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면장력 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 5 초 동안 산소 플라즈마 처리하였으며, 상기 산소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^- ¹에서 49.7 mNm^-1 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 상기 플라즈마 처리 지속 시간이 5 초 이하일 경우, 50 mNm^-1이하의 낮은 표면 에너지 값을 갖게 되어 상기 제조된 수분산 산화 그래핀이 지지체 위로의 균일한 박막 형성이 어려움을 확인할 수 있었다.

[실시예 11]

실시예 6과 마찬가지의 방법을 이용하여 지지체로 PET 필름과 상기 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액간의 표면장력 차이를 줄이기 위해, PET 필름을 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 50 초 동안 산소 플라즈마 처리하였으며, 상기 산소 플라즈마 처리된 PET 필름 위에 물을 떨어트려 접촉각을 측정한 후 Owens-Wandt 식에 의해, PET 필름의 표면 에너지가 41 mNm^- ¹에서 105 mNm^-1 로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 상기 플라즈마 처리 지속 시간이 50 초 이상일 경우, PVDF 필름의 구겨짐 등의 변형이 발생함을 확인할 수 있었다.

[실시예 12]

상기 산화 그래핀 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 잉크가 들어있지 않은 상용 잉크젯 프린터 (canon pixima ip1300) 카트리지 내에 10 mL 넣고 완전히 밀봉한 후 잉크젯 프린터 내에 설치하여 작동 가능하게 하였다. 이 후 마이크로 소프트사의 파워포인트 프로그램을 이용하여 원하고자 하는 형태의 패턴을 디자인하여 상기 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 PET 지지체 위에 30회 프린팅하여 산화 그래핀이 패터닝 된 지지체를 제조하였다.

상기 산화 그래핀이 패터닝 된 PET 지지체를 환원제인 하이드라진 20 ul 가 포함된 기상증착 반응기 내에 위치시키고 완전히 밀폐한 후, 10^-3 토르 압력의 진공 상태에서, 95 ℃ 오븐에 넣어 하이드라진의 기화를 촉진하여 3시간 동안 산화 그래핀의 패터닝 된 지지체가 표면에서 환원반응을 일으키고, 광학현미경 (optical microscope) 를 통해 원하고자 하는 형태의 그래핀 시트 패턴으로 변화되었음을 확인할 수 있었다. (도2)

[실시예 13]

실시예 12와 동일한 방법으로 실험하되, 원하고자 하는 패턴을 대면적으로 디자인하여, 대면적의 패터닝 특성을 살펴보았다. 그 결과, 광학현미경을 통해 대면적 형태의 그래핀 시트 패턴을 손쉽게 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. (도3)

[실시예 14]

실시예 12와 동일한 방법으로 실험하되, 다양한 폭을 가지는 선의 형태를 디자인하여, 최소 선폭의 길이를 측정해 보았다. 그 결과, 광학현미경을 통해 다양한 선폭을 가지는 그래핀 시트 패턴을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 최소 선폭은 약 70 um 로 측정되었다. (도4)

[실시예 15]

실시예 12와 동일한 방법으로 실험하되, 선폭인 70 um 의 갭을 가지는 선의 형태를 디자인하여 해상도 정도를 알아보았다. 그 결과, 광학현미경을 통해 70 um 의 갭을 가지는 선의 형태의 그래핀 시트 패턴이 서로 겹침없이 뚜렷하게 제조되어 좋은 해상도를 나타냄을 확인할 수 있었다. (도5)

[실시예 16]

실시예 12와 동일한 방법으로 실험하되, 제조된 그래핀 시트의 두께를 측정해 보았다. 상기 제조된 그래핀 시트의 두께를 주사전자현미경 (scanning electron microscope) 으로 분석한 결과, 450 ~ 500 nm 의 값을 나타내었다. (도6) 또한, 프린팅 출력 횟수에 따라 비례적으로 그래핀 시트의 두께가 증가됨을 확인할 수 있었고, 1회 프린팅 시 제조된 그래핀 시트의 두께가 약 15 nm 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 17]

상기 방법으로 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 먼저, 산화 그래핀 0.28 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 이용하고 마이크로 소프트사의 파워포인트 프로그램을 사용하여 가로, 세로 5 cm 정사각형 형태의 패턴을 디자인하여 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 PET 지지체 위에 30회 프린팅하여 산화 그래핀이 패터닝 된 지지체를 제조한 후, 하이드라진 20 ul 가 포함된 95 ℃ 기상증착 반응기 내에 3시간 동안 위치하여 환원반응을 일으키도록 하여 가로, 세로 5 cm 정사각형 형태의 그래핀 시트 패턴을 제조하였고, 전기적 탐지기로서 Keithley 2400 sourcemter four-probe 를 사용해서 표면 저항값을 측정한 결과, 65 Ω/□ 의 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. (도7) 프린팅 출력횟수가 30회 이상일 경우, 표면 저항값이 크게 달라지지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 18]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 산화 그래핀 0.12 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 이용하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 11.6 kΩ/□ 의 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. (도7) 프린팅 출력횟수가 30회 이상일 경우, 표면 저항값이 마찬가지로 크게 달라지지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 19]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 산화 그래핀 0.2 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 이용하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 3.87 kΩ/□ 의 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. (도7) 프린팅 출력횟수가 30회 이상일 경우, 표면 저항값이 역시 크게 달라지지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 20]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 1회 프린팅 한 후, 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 7 MΩ/□ 임을 확인할 수 있었으며, 출력된 프린팅 횟수가 증가할수록 표면 저항값은 감소됨을 확인할 수 있었다. (도7)

[실시예 21]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 그래디언트 패턴 (gradient pattern) 을 디자인하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 100 Ω/□ ~ 1 MΩ/□ 까지 조절될 수 있음을 확인할 수 있었다. (도8)

[실시예 22]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 PI 지지체 위에 30회 프린팅하여 산화 그래핀이 패터닝 된 지지체를 제조한 후, 하이드라진 20 ul 가 포함된 95 ℃ 기상증착 반응기 내에 3시간 동안 위치하여 환원반응을 일으키도록 하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 56 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 23]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 photo paper 지지체 위에 30회 프린팅하여 산화 그래핀이 패터닝 된 지지체를 제조한 후, 하이드라진 20 ul 가 포함된 95 ℃ 기상증착 반응기 내에 3시간 동안 위치하여 환원반응을 일으키도록 하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 47 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 24]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 아스코르브산 20 ul 을 환원제로 사용하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 380 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 25]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 하이드로퀴논 20 ul 을 환원제로 사용하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 205 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 26]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 수소화붕소나트륨 20 ul 을 환원제로 사용하여 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 178 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다.

[실시예 27]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 하이드라진 14 ul 가 포함된 기상증착 반응기 내에서 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 100 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다. 환원제의 양이 14 ul 이하일 경우, 산화 그래핀 필름 표면에서의 환원 반응이 제대로 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 28]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 하이드라진 70 ul 가 포함된 기상증착 반응기 내에서 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 60 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다. 환원제의 양이 70 ul 이상일 경우, 환원 반응 후에 환원제의 극소량이 반응하지 않고 남아있음을 확인할 수 있었다.

[실시예 29]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 80 ℃ 기상증착 반응기 내에서 환원반응을 통해 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 720 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다. 환원 반응온도가 80 ℃ 이하일 경우에는, 환원제의 기화속도가 원활히 이루어지지 않아 산화 그래핀 박막 표면에서의 환원과정이 제대로 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.

[실시예 30]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 150 ℃ 기상증착 반응기 내에서 환원반응을 통해 제조된 그래핀 시트의 표면 저항값을 측정해 보았다. 그 결과, 표면 저항값이 63 Ω/□ 임을 확인할 수 있었다. 환원 반응온도가 150 ℃ 이상일 경우에는, 지지체인 PET 필름의 구김 등의 변형이 생기게 됨을 확인할 수 있었다.

[실시예 31]

상기 제조된 그래핀 시트 기반의 다이폴 안테나 성능 특성을 살펴보았다. 먼저, 산화 그래핀 0.28 g 을 극성 용매인 물 40 ml에 넣은 후, 90 분간 초음파 분쇄를 통해 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 이용하고 마이크로 소프트사의 파워포인트 프로그램을 사용하여 가로 30 cm, 세로 3 cm 직사각형 형태의 패턴을 디자인하여 산소 가스의 유속량 20 sccm, 전력량 100 W, 지속 시간 20 초 동안 산소 플라즈마 처리한 photo paper 지지체 위에 30회 프린팅하여 산화 그래핀이 패터닝 된 지지체를 제조한 후, 하이드라진 20 ul 가 포함된 95 ℃ 기상증착 반응기 내에 3시간 동안 위치하여 환원반응을 일으키도록 하여 가로 30 cm, 세로 3 cm 직사각형 형태의 그래핀 시트 패턴을 제조하였고, 제조된 그래핀 시트의 두께를 원자탐침현미경으로 분석한 결과, 약 500 nm 의 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.

상기 제조된 그래핀 시트 기반 다이폴 안테나 전극의 양 말단부에 실버 페이스트를 이용하여 안테나 네트워크 분석기 포트의 0.5 mm 금속케이블과 그래핀 시트 전극간의 연결을 진행한다. 임피던스 매칭을 위한 0.5 mm 금속케이블의 저항은 50 Ω 의 값을 갖는다. 네트워크 분석기를 통해 입·출력단의 임피던스 값을 측정하여 다이폴 안테나의 성능을 측정한다. 그 결과, 중심 주파수 495.1 MHz, 대역폭 64.4 MHz (13 % 사용), 정재파비 1.44, 반사손실 14.9 및 전력전송효율 96.7 % 의 광대역 다이폴 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다. (도9)

[실시예 32]

실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 가로 90 cm, 세로 3 cm 직사각형 형태의 패턴을 이용하여 다이폴 안테나 특성을 살펴보았다. 그 결과, 중심 주파수 157.8 MHz, 대역폭 42.6 MHz (27 % 사용), 정재파비 1.27, 반사손실 18.5 및 전력전송효율 98.6 % 의 다이폴 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다.

없음

Claims

산화흑연을 초음파 발생기를 이용하여 물에 분산시킨 후, 잉크젯 프린팅의 전도성 잉크로 사용될 수 있는 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 제조하는 단계;
상기 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액이 지지체 위에서 정밀한 패턴을 형성할 수 있도록 지지체 표면의 화학적 특성을 개질하는 단계;
상기 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액을 프린터 헤드에 주입하고 상기 표면에 화학적으로 개질화된 지지체 위에 잉크젯 프린터로 잉크를 토출하여 산화 그래핀 박막을 형성하는 단계;
상기 산화 그래핀 박막이 형성된 지지체를 환원제가 포함되어 있는 기상증착 반응기 내에 위치시키고 진공 상태의 적정 온도 하에서 환원제를 기화시켜 지지체 표면에서 환원반응을 진행하여 그래핀 시트 패턴을 형성하고, 광대역 다이폴 안테나용 전극을 제조하는 단계; 및,
상기 그래핀 시트 기반 광대역 다이폴 안테나 전극을 안테나 분석기에 연결하여 안테나의 성능을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법.
제1항에 있어서, 산화 그래핀 나노 입자의 부가량은 수용액 100 중량부에 대하여 0.05 에서 1 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 초음파 발생기를 이용한 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액의 분산 시간은 0.5 에서 3 시간인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 유연성 있는 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리이미드 (PI), 포토용지 (photo paper) 인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 지지체 표면의 개질화는 산소 및 질소 플라즈마 처리를 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 산소 플라즈마 가스 유속량은 분당 10 에서 30 밀리미터인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 산소 플라즈마 처리 시간은 5 에서 50 초인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 기상증착을 이용한 환원반응시 필요한 환원제가 하이드라진, 아스코르브산, 하이드로퀴논, 수소화붕소나트륨인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 기상증착을 이용한 환원반응시 온도는 섭씨 80 에서 150 도인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 기상증착을 이용한 환원반응 시간은 최소 1 시간 이상인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 기상증착을 위한 환원제의 부가량이 제조된 수분산 산화 그래핀 나노 입자 용액 대비 20 분의 1 에서 4 분의 1 배의 무게비인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 동일하게 출력된 그래핀 시트의 표면저항 값이 컴퓨터 프로그램의 그래디언트 패턴을 이용하여 100 옴에서 1 메가옴까지 조절되는 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 광대역 다이폴 안테나 전극용 그래핀 시트의 표면저항 값이 최대 100 옴 이하인 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법
제1항에 있어서, 광대역 다이폴 안테나 전극용 그래핀 시트가 수십에서 수백 밀리미터 크기와 형태에 구애받지 않는 것을 특징으로 하는 그래핀 시트 패턴 형성과 광대역 다이폴 안테나 전극에로의 응용 방법