KR101374839B1 - 다수의 광 소자를 이용한 그래핀 제조 방법 및 장치, 광 기록장치 - Google Patents

다수의 광 소자를 이용한 그래핀 제조 방법 및 장치, 광 기록장치 Download PDF

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Abstract

다수의 광 소자를 이용하여 보다 빠르게 그래핀을 제조할 수 있는 그래핀 제조 방법 및 장치가 개시된다. 일 양상에 따른 그래핀 제조 장치는, 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눈 각 구역에 광을 조사하는 다수의 광 소자 및 상기 광 소자의 움직임 및 광 특성을 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해 고품질의 그래핀을 보다 경제적으로 대량 생산할 수 있다.

Description

다수의 광 소자를 이용한 그래핀 제조 방법 및 장치, 광 기록장치 {Graphene manufacturing method and apparatus, optical recording apparatus using a plurality of optical unit}
그래핀(graphene) 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광 기록장치를 이용한 그래핀 제조 기술과 관련된다.
그래핀(graphene)은 탄소의 동소체 중의 하나로, 탄소 원자 한 층으로 되어 있는 두께 약 0.35nm의 2차원 평면 형태의 얇은 막 구조를 갖고 있다. 탄소가 마치 그물처럼 연결된 벌집 구조를 갖기 때문에, 그래핀은 이때 생긴 공간적 여유로 신축성이 생겨 형태가 변해도 비교적 잘 견딜 수 있다. 또한 육각형의 탄소 구조가 가지는 전자배치의 특성 때문에 전도성을 잃지 않아 화학적으로 안정하다.
그래핀은 상온에서 단위면적당 구리보다 약 100배 많은 전류를 전달할 수 있으며, 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전달할 수 있을 뿐만 아니라 열전도성이 가장 좋은 다이아몬드보다 열전도성이 2배 이상 높고, 기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하다. 따라서 차세대 전자소재로 활용도가 매우 높다. 이러한 특성으로 인해 예를 들어 그래핀으로 전극을 만들 경우 배터리가 가지는 높은 에너지 밀도와 커패시터(capacitor)가 가지는 높은 파워 성능이라는 장점을 모두 가질 수 있다.
그래핀은 일반적으로 박리 또는 합성 방법으로 만들어진다. 박리방법은 일반적으로 쉽게 얻을 수 있는 흑연으로부터 그래핀을 떼어내는 방법이다. 상대적으로 에너지가 적게 들고 대량생산이 가능하나, 넓은 면적으로 만들기 어렵고 수율이 낮다는 단점이 있다. 떼어내는 방법에 따라 물리적, 화학적 박리로 분류할 수 있다. 다른 방법으로 합성방법이 있는데, 이는 탄소원으로부터 그래핀 막을 직접 합성하는 방법이다. 상대적으로 에너지가 많이 필요하나 넓은 면적으로 결함이 거의 없이 생산할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 그래핀을 적은 비용으로 대량 생산하는 방법에 대한 기술은 아직까지 보편화되어 있지 않다.
다수의 광 소자를 이용하여 보다 빠르게 그래핀을 제조할 수 있는 그래핀 제조 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양상에 따른 그래핀 제조 장치는, 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눈 각 구역에 광을 조사하는 다수의 광 소자 및 상기 광 소자의 움직임 및 광 특성을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
다수의 광 소자는, 디스크의 중심에서 외주방향으로 이격된 정도에 따라 일정 범위만큼의 간격으로 구분된 각 구역 각각에 광을 조사할 수 있으며, 광을 조사하는 위치가 상호 인접하도록 구성될 수도 있다.
또한, 제어부는 그라파이트 옥사이드 층의 특성을 고려하여 광의 세기, 조사 시간을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 양상에 따른 그래핀 제조 방법은, 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눈 각 구역에 광을 조사하는 단계 및 상기 광의 조사 위치 및 특성을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다수의 광 소자를 사용함으로써, 고품질의 그래핀을 보다 경제적으로 대량 생산할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 그래핀 생산방법을 통해 만들어진 그래핀은 그성능 특성이 다른 방법을 통해 만들어진 그래핀보다 우수하다.
보다 구체적으로는 이러한 레이저 광의 조사에 의해 생성된 그래핀(LaserScribed Graphene, LSG)은, 전극으로 만들 경우 일반적인 방법으로 만들어진 그래핀보다 커패시턴스 파워 밀도와 수명 안정성이 훨씬 좋다. 일예로 단위그램당 커패시턴스는 276F/g까지도 나올 수 있는데, 이는 그래핀이 가질 수 있는 이론상 단위그램당 최대 커패시턴스인 550F/g에 근접함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 다수의 광 소자 배치의 일예를 도시한 참조도이다.
도 3은 다수의 광 소자 배치의 다른 일예를 도시한 참조도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법의 흐름도이다.
먼저 광의 조사 위치 및 특성을 제어한다(110). 보다 상세하게는 그라파이트 옥사이드 층의 특성을 고려하여 광의 세기, 조사 시간을 제어한다.
다음으로 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눈 각 구역에 광을 조사한다(120). 여기서 각 구역은 디스크의 중심에서 외주방향으로 이격된 정도에 따라 일정 범위만큼의 간격으로 서로 구분된다. 다시 말하면 원형의 디스크를 일정 간격으로 나누어 각 영역을 서로 구분하고, 각 영역에 다수의 광 소자를 사용하여 광을 각각 조사한다. 한편, 광을 조사하는 위치는 상호 인접될 수 있다. 즉, 각각의 광 소자가 디스크에 광을 조사할 때 그 조사 위치가 서로 인접하게 되도록 구성할 수 있다. 또한 하나의 광원으로부터의 광을 다수의 광 소자를 통해 분기하여 조사할 수 있다.
또한 광을 조사하는 단계는, 씨디 기록장치, 디브이디 기록장치 및 블루레이 기록장치 등 다양한 종류의 광 기록장치의 광 소자를 이용하여 이루어질 수 있다. 레이저 광의 조사는 이러한 광 디스크 기록장치의 발광 소자를 이용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어 레이저 광의 세기는 약 5mW가 될 수 있으며, 파장은 디브이디의 경우 788nm가 될 수 있고, 레이저 조사 시간은 일예로 싸이클당 20분 정도가 될 수 있다. 이렇게 디스크의 그라파이트 옥사이드 층에 레이저 광을 조사하여 그라파이트 옥사이드 층을 그래핀으로 만든다.
도 2는 다수의 광 소자 배치의 일예를 도시한 참조도이다.
도 2를 참조하면 전술한 바와 같이 각각의 광 소자(210 내지 213)가 디스크 상의 각 영역(220 내지 223)에 대해 광을 조사하도록 배치할 수 있다. 각 영역(220 내지 223)에 대해 동시에 광을 조사함으로써 그래핀 제조시간을 크게 단축시킬 수 있다. 한편 본 실시예에서는 영역을 4개로 구분하고 광 소자도 4개인 경우를 예를 들어 설명하였으나, 영역의 수나 광 소자의 수가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 광 소자(210 내지 213)의 위치도 해당 영역의 어떤 위치에 있어도 상관없다.
도 3은 다수의 광 소자 배치의 다른 일예를 도시한 참조도이다.
도 3을 참조하면, 광원(310)으로부터 나온 광을 분기부(320)를 사용하여 여러개의 광으로 나누고, 이를 디스크(330)에 조사하도록 배치할 수 있다. 즉, 각각의 광 소자가 디스크에 광을 조사할 때 그 조사 위치가 서로 인접하게 되도록 구성할 수 있다. 이렇게 하면 동시에 넓은 면적에 대해 광을 조사하기 때문에 그래핀 제조시간을 단축시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 장치의 구성도이다.
그래핀 제조 장치는 다수의 광 소자(410) 및 제어부(420)를 포함한다. 광 소자(310)는 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눈 각 구역에 광을 조사한다. 전술한 바와 같이 각각의 광 소자(410)는 디스크의 중심에서 외주방향으로 이격된 정도에 따라 일정 범위만큼의 간격으로 구분된 각 구역 각각에 광을 조사한다. 광 소자(410)의 배치는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 서로 인접하지 않은 위치에서 광을 조사하도록 배치할 수 있으며, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 광을 조사하는 위치가 상호 인접하도록 배치할 수도 있다. 도 3과 같이 배치된 경우 하나의 광원으로부터의 광을 다수의 분기부(320)를 통해 분기하여 디스크에 조사할 수 있다.
한편, 광 소자(410)는 씨디 기록장치, 디브이디 기록장치 및 블루레이 기록장치의 광 소자 등 다양한 종류의 광 기록장치의 광 소자가 될 수 있다. 이렇게 디스크의 그라파이트 옥사이드 층에 레이저 광을 조사하여 그라파이트 옥사이드 층을 그래핀으로 변화시킨다. 광의 조사에 의해 그라파이트 옥사이드 층은 황금색에서 검정색으로 바뀌게 된다.
제어부(420)는 광 소자(410)의 움직임 및 광 특성을 제어한다. 예를 들어, 그라파이트 옥사이드 층의 특성을 고려하여 광의 세기, 조사 시간을 제어한다. 일예로 레이저 광의 세기는 약 5mW가 될 수 있으며, 파장은 디브이디의 경우 788nm가 될 수 있고, 레이저 조사 시간은 일예로 싸이클당 20분 정도가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
나아가 전술한 실시 예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 특정 실시 예에 한정되지 아니할 것이다.
310 : 광 소자
320 : 제어부

Claims (14)

  1. 표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눠 디스크의 중심에서 외주방향으로 이격된 정도에 따라 일정 범위만큼의 간격으로 구분된 각 구역 각각에 광을 조사하도록 광을 조사하는 위치가 상호 인접하도록 구성된 다수의 광 소자; 및
    하나의 광원으로부터의 상기 다수의 광 소자를 통해 분기하여 광을 조사하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 다수의 광 소자는
    씨디 기록장치, 디브이디 기록장치 및 블루레이 기록장치의 광 소자 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다수의 광 소자는
    상기 디스크의 그라파이트 옥사이드 층에 레이저 광을 조사하여 상기 그라파이트 옥사이드 층을 그래핀으로 만드는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 그라파이트 옥사이드 층의 특성을 고려하여 광의 세기, 조사 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  8. 하나의 광원으로부터의 상기 다수의 광 소자를 통해 분기하여 광을 조사하도록 광의 조사 위치 및 특성을 제어하는 단계;및
    표면에 그라파이트 옥사이드 층이 형성된 디스크를 다수의 영역으로 나눠 디스크의 중심에서 외주방향으로 이격된 정도에 따라 일정 범위만큼의 간격으로 구분된 각 구역 각각에 광을 조사하도록 광을 조사하는 위치가 상호 인접하도록 광을 조사하는 단계를 포함하는 그래핀 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 광을 조사하는 단계는
    씨디 기록장치, 디브이디 기록장치 및 블루레이 기록장치의 광 소자 중 어느 하나를 이용하여 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 광을 조사하는 단계는
    상기 디스크의 그라파이트 옥사이드 층에 레이저 광을 조사하여 상기 그라파이트 옥사이드 층을 그래핀으로 만드는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제어하는 단계는
    상기 그라파이트 옥사이드 층의 특성을 고려하여 광의 세기, 조사 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.

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