KR101401492B1 - 그래핀의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

그래핀의 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 롤 형태를 가지어 대면적이면서도 신속하게 대량으로 제조하도록 되어 있어, 그래핀을 경제적으로 생산할 수 있도록 내부에 공간부를 가지며 소재가 투입되는 입구(1)와 배출되는 출구(2)와 기체상태의 탄소 공급원이 투입되는 투입구(3)를 가지는 챔버(4)와, 그라파이트화 촉매(5)가 롤 형태로 감긴 상태에서 풀림과 동시에 소정 거리로 떨어진 위치에서 권취되도록 된 고정수단과, 상기 고정수단을 상기 챔버(4)의 내부로 투입 및 배출하도록 된 이송수단(6)과, 상기 챔버(4)의 공간부에 마련되어 고정수단에 의해 공급된 그라파이트화 촉매(5)가 풀림과 동시에 권취되는 과정에서 그래핀이 생성되는 온도로 가열하도록 된 가열수단(7)을 포함하는 그래핀의 제조장치와 이를 적용한 제조방법에 관한 것이다.

Description

그래핀의 제조장치 및 제조방법{A Manufacturing Equipment of a Graphine and the methode}
본 발명은 6각형 모양으로 탄소가 연결된 그래핀(Graphine)의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 롤 형태를 가지어 대면적이면서도 신속하게 대량으로 제조하도록 되어 있어, 그래핀을 경제적으로 생산할 수 있도록 된 그래핀의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 벌집 모양의 격자구조를 이루면서 만들어진 2차원 구조의 탄소 동소체를 일컫는 말이다. 이러한 그래핀은 구조적/화학적으로 안정돼 있고 매우 뛰어난 전기적 성질을 갖는다.
이와 같은, 그래핀이 튜브형태로 말려 있으면 그래핀과 함께 차세대 전자소자 소재로 주목받는 탄소나노튜브가 된다.
상기와 같은, 그래핀은 현재 반도체에서 사용되는 단결정 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자가 이동할 뿐만 아니라 구리보다 100배 많은 전류가 흐를 수 있어 기존 기술을 대체할 차세대 트랜지스터 및 전극 소재로 주목받아 왔다.
기존에, 그래핀을 얻는 방법에는 미세 기계적(micromechanical) 방법과 SiC 결정 열분해 방법이 있다.
상기에서, 미세 기계적 방법은 그라파이트 시료에 스카치테이프를 붙인 다음 이를 떼어내어, 스카치테이프 표면에 그라파이트에서 떨어져 나온 시트(sheet) 형태의 그래핀을 얻는 방식이다.
이 경우, 그래핀 시트는 그 층의 수가 일정하지 않으며, 모양도 종이가 찢긴 형상으로 일정하지가 않다.
더욱이, 대면적으로 그래핀 시트를 얻는 것은 지극히 곤란하다는 단점이 있다.
그리고, 상기에서 SiC 결정 열분해 방법은 SiC 단결정을 가열하게 되면 표면의 SiC는 분해되어 Si은 제거되고 남아 있는 탄소(C)에 의하여 그래핀이 생성되는 원리를 이용한다.
이 방법의 경우, 출발물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
최근에는, 그라파이트화 촉매를 이용하여 그래핀을 형성하는 방법이 제안되고 있으며, 그라파이트화 촉매를 이용한 그래핀 형성방법은 우선, 기판에 그라파이트화 촉매를 형성한다.
상기에서, 기판은 실리콘 기판 또는 산화 실리콘 기판이 이용되고, 그라파이트화 촉매는 니켈(Ni) 박막이 이용된다.
그 후, 그라파이트화 촉매 상에 기체상태의 탄소 공급원을 공급하고 열처리하면 그라파이트화 촉매 상에 그래핀이 형성된다.
이때, 기체상태의 탄소 공급원은 아세틸렌(C2H2) 또는 메탄(CH4) 등이 이용된다.
그리고, 그래핀이 형성되어 있는 기판을 자연 냉각하여 그래핀을 일정한 배열로 성장시키고, 그래핀이 형성된 기판을 그라파이트화 촉매 식각 용액에 담아 그래핀 시트를 분리한다.
상기에서, 그라파이트화 촉매로 니켈 박막이 사용되는 경우, 식각 용액은 0.1M의 HCl 수용액이 이용된다.
그리고, 상기와 같이 분리된 그래핀 시트를 별도의 소자 제작용 기판에 전사하여, 그래핀이 형성된 기판을 제조하는 등 별도의 사용처에 사용을 하면 된다.
이와 같은, 그래핀의 제조방법들에서 고품질의 그래핀을 얻기 위해서는 고진공 및 섭씨 1000도 내지 1400도의 고온 공정을 진행해야 한다.
즉, 진공상태의 챔버 내에서 고온을 가열하여 제조하는 것이 고품질의 그래핀을 얻을 수 있다.
상기와 같은 그래핀의 제조방법들로는 롤 형대 정도의 대면적의 그래핀을 얻을 수 없으며, 특히 신속하게 제조할 수 없어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 롤 형태를 가지면서 신속하게 제조할 수 있어, 그래핀을 경제적으로 생산할 수 있도록 된 그래핀의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀의 제조장치는 내부에 공간부를 가지며 소재가 투입되는 입구와 배출되는 출구와 기체상태의 탄소 공급원이 투입되는 투입구를 가지는 챔버와, 그라파이트화 촉매가 롤 형태로 감긴 상태에서 풀림과 동시에 소정 거리로 떨어진 위치에서 권취되도록 된 고정수단과, 상기 고정수단을 상기 챔버의 내부로 투입 및 배출하도록 된 이송수단과, 상기 챔버의 공간부에 마련되어 고정수단에 의해 공급된 그라파이트화 촉매가 풀림과 동시에 권취되는 과정에서 그래핀이 생성되는 온도로 가열하도록 된 가열수단을 포함하고, 상기한 챔버는 진공펌프와 연결되어 공간부를 진공분위기로 조성하도록 되어 있고, 상기 입구와 출구에는 진공펌프에 의해 내부가 진공상태를 구현할 수 있으며 상기 고정수단이 출입하도록 된 게이트챔버가 구비되며, 상기한 고정수단은 그라파이트화 촉매가 권취된 권취롤과 상기 권취롤에서 풀린 그라파이트화 촉매가 감겨 회수되는 회수롤과, 상기 권취롤과 회수롤이 회전되게 고정된 고정판을 포함하고, 상기한 가열수단은 전원을 공급받아 발열하는 텅스텐재질의 몸체로 소재를 가열하는 가열부위는 측면이 선단으로 갈수록 그 폭이 점차 작아져 국부(局部) 가열할 수 있도록 된 가열체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 권취롤과 회수롤의 사이에는 그라파이트화 촉매가 정렬되어 이송되도록 된 한 쌍의 이송롤러들이 마련된 것을 특징으로 한다.
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상기한 이송롤러들은 상기 고정판에 축결합되며 축에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기한 고정수단의 고정판에는 상기 권취롤과 회수롤을 고정하는 회전판이 축결합되며, 상기 회전판에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기한 챔버에는 상기 동력전달부재에 동력을 전달하여 권취롤과 회수롤과 이송롤러들을 회전시키도록 된 회전수단이 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기한 회전수단은 모터와 상기 모터에서 발생된 회전력을 변속하도록 된 변속기와 상기 변속기에서 변속된 회전력을 인가받아 회전하며 상기 동력전달부재로 동력을 전달하도록 연결된 구동부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 가열수단은 상기 챔버의 공간부에서 상기 고정판이 정지된 상태에서 상기 이송롤러들의 사이 간격에 위치되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기한 가열수단은 고열의 레이저빔을 방출하도록 된 레이저발생기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 가열수단은 전기를 공급받아 발열하도록 된 탄소섬유발열체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀의 제조방법은 롤 형태로 감겨 있는 그라파이트화 촉매를 기체상태의 탄소 분위기에서 풀면서 풀리는 부위를 국부가열하여 그래핀을 형성하도록 된 것을 특징으로 한다.
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상기에서 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매는 롤 형태로 감아 회수하도록 된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀의 제조방법은 그라파이트화 촉매가 롤 형태로 감긴 권취롤을 회전판에 고정하고 그라파이트화 촉매의 선단을 이송롤러들의 사이에 맞물리도록 한 후 회수롤에 권취하여 고정판에 고정하는 고정단계와, 상기 고정단계를 통해 고정판에 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송수단에 의해 챔버의 입구를 통해 내부로 투입시키도록 된 챔버투입단계와, 상기 챔버투입단계를 통해 챔버의 내부로 고정판이 투입되면 챔버의 내부를 기체상태의 탄소분위기를 형성하고 그라파이트화 촉매를 회수롤로 풀면서 가열수단으로 국부가열하여 그래핀을 형성하는 그래핀형성단계와, 상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매가 모두 회수되면 챔버의 출구를 통해 배출하도록 된 챔버배출단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 챔버투입단계에 있어, 상기 고정단계를 통해 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송시키도록 된 이송수단을 이용하여 챔버의 입구측에 구비된 게이트챔버에 투입시키고 게이트챔버의 입구를 폐쇄한 후 진공상태를 형성하고, 게이트챔버의 출구와 챔버의 입구를 개방하여 서로 연통시키고 고정판을 챔버의 내부로 투입시킨 후 게이트챔버의 출구와 챔버의 입구를 폐쇄하는 챔버투입전단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 챔버배출단계에 있어, 챔버의 출구에 구비된 또 다른 게이트챔버의 내부를 진공상태로 형성하고 챔버의 출구와 게이트챔버의 입구를 개방하여 연통시킨 후 상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송수단을 이용하여 게이트챔버로 투입하며 챔버의 출구와 게이트챔버의 입구를 폐쇄한 후 게이트챔버의 출구를 개방하고 고정판을 외부로 배출하는 챔버배출후단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 그래핀의 제조장치 및 제조방법은 그래핀을 롤 형태로 신속하고 대면적으로 제조할 수 있음에 따라, 생산성을 향상시켜 대면적의 그래핀을 경제적으로 제공할 수 있는 효과를 가진다.
도 1 내지도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀의 제조장치에 적용되는 고정수단을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀의 제조장치에 적용되는 챔버를 보인 개략 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀의 제조장치의 사용상태를 보인 개략 예시도.
도 6 내지도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀의 제조장치의 작용을 보인 예시도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 가열장치의 일 예들을 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 그래핀의 제조장치 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 그래핀의 제조장치를 보인 도면으로, 본 실시예에 의한 그래핀의 제조장치는 내부에 공간부를 가지며 소재가 투입되는 입구(1)와 배출되는 출구(2)와 기체상태의 탄소 공급원이 투입되는 투입구(3)를 가지는 챔버(4)를 가진다.
상기한 챔버(4)는 진공상태를 형성하도록 된 것으로, 진공펌프(P)와 연결되어 공간부가 진공상태를 형성하도록 되어 있다.
상기에서, 기체상태의 탄소공급원으로는 메탄가스(CH4 ) 로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
즉, 상기 챔버(4)에서 상기 투입구(3)를 통해 메탄가스가 공급되어 공간부가 진공상태에서 탄소분위기를 형성하도록 되어 있다.
상기에서 입구(1)와 출구(2)에는 종래 공지된 구성을 가지는 게이트밸브(V)가 구비되어 개폐하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시예에 의한 그래핀의 제조장치에서 그라파이트화 촉매(5)가 롤 형태로 감긴 상태에서 풀림과 동시에 소정 거리로 떨어진 위치에서 권취되도록 된 고정수단과, 상기 고정수단을 상기 챔버(4)의 내부로 투입 및 배출하도록 된 이송수단(6)을 가진다.
상기에서, 이송수단(6)은 종래의 알려진 공지된 기술 및 장치가 적용되는 것이 바람직하며, 상기 고정수단을 챔버(4)의 내부로 입출입할 수 있는 정도면 충분하다.
따라서, 상기 이송수단(6)을 통해 그라파이트화 촉매(5)가 구비된 고정수단이 챔버(4)의 내부로 입출입하고, 챔버(4)의 내부에서 그래핀을 형성하도록 되어 있다.
또한, 본 실시예에 의한 그래핀의 제조장치에서 상기 챔버(4)의 공간부에는 상기 고정수단에 의해 공급된 그라파이트 촉매(5)가 풀림과 동시에 권취되는 과정에서 그래핀이 생성되는 온도(1000~1400℃)로 그라파이트화 촉매(5)를 가열하도록 된 가열수단(7)을 가진다.
즉, 챔버(4)의 내부에서 그라파이트화 촉매(5)의 일면 혹은 양면을 국부가열하여 그라파이트화 촉매(5)의 일면 혹은 양면에 그래핀을 형성하게 된다.
상기에서, 상기 챔버(4)는 진공펌프(P)와 연결되어 공간부를 진공분위기로 조성하도록 됨과 아울러, 상기 입구(1)와 출구(2)에는 진공펌프(P)에 의해 내부가 진공상태를 구현하며 상기 고정수단이 출입하도록 된 게이트챔버(8)들이 더욱 구비된다.
따라서, 그라파이트화 촉매(5)에 그래핀을 형성하는 작업영역이 항상 진공상태을 유지하도록 되어 있어, 작업이 신속하게 이루어져 생산성이 향상된다.
즉, 챔버(4)의 내부를 진공상태로 유지하고, 챔버(4)의 내부로 고정수단을 공급할 때, 먼저 입구(1) 측의 게이트챔버(8)로 고정수단을 공급한 후, 게이트챔버(8)의 내부를 진공펌프(P)를 이용하여 진공상태로 형성한 후, 챔버(4)의 입구(1)와 연결시켜 진공상태에서 고정수단을 투입시킨다.
따라서, 챔버(4)의 진공상태를 해제시키지 않고도 원활하게 고정수단을 투입할 수 있다.
상기에서 게이트챔버(8)의 입구와 출구에는 종래 공지된 구성을 가지는 게이트밸브(V)가 구비되어 개폐하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 챔버(4)의 내부에서 그래핀의 형성작업이 완료된 그라파이트화 촉매(5)가 구비된 고정수단을 배출할 때에는, 배출(2)측에 구비된 게이트챔버(8)를 진공펌프(P)를 이용하여 진공상태로 형성한 후, 챔버(4)의 출구(2)를 개방하여 연결하여 진공상태에서 고정수단을 게이트챔버(8)로 배출함과 아울러, 게이트챔버(8)에서 고정수단을 배출할 때 챔버(4)의 출구(2)와 게이트챔버(8)의 연결을 폐쇄함으로써, 챔버(4)의 진공상태를 손상시키지 않도록 되어 있다.
즉, 챔버(4)의 진공상태를 해제시키지 않고도 원활하게 고정수단을 배출할 수 있다.
따라서, 챔버(4)의 진공상태를 해제시키지 않고도 고정수단의 공급 및 배출이 원활하게 이루어져 작업성이 향상된다.
본 실시예의 그래피의 제조장치에서 상기한 고정수단은 그라파이트화 촉매(5)가 권취된 권취롤(9)과 상기 권취롤(9)에서 풀린 그라파이트화 촉매(5)가 감겨 회수되는 회수롤(10)과, 상기 권취롤(9)과 회수롤(10)이 회전되게 고정된 고정판(11)을 포함하여 이루어진다.
즉, 그라파이트화 촉매(5)가 롤 형태로 형성되어 그래핀의 제조공정을 수행하도록 되어 있어, 최종적으로 대면적인 롤 형태의 그래핀을 얻을 수 있다.
그리고, 상기한 권취롤(9)과 회수롤(10)의 사이에는 그라파이트화 촉매(5)가 정렬되어 이송되도록 된 한 쌍의 이송롤러(12)들이 마련된다.
즉, 상기 권취롤(9)에 감긴 그라파이트화 촉매(5)를 상기 이송롤러(12)를 통해 회수롤(10)로 이송시키도록 되어 있어, 롤 형태로 감긴 그라파이트화 촉매(5)의 펼친상태를 구현함에 따라, 펼쳐진 상태를 가지는 그라파이트화 촉매(5)의 펼쳐진 부위에서 그래핀의 형성작업을 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기한 이송롤러(12)들은 상기 고정판(11)에 축결합되며 축에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재(14)가 구비되고, 상기한 고정수단의 고정판(11)에는 상기 권취롤(9)과 회수롤(10)을 고정하는 회전판(13)이 축결합되며, 상기 회전판(13)에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재(14)가 구비된다.
따라서, 상기 권취롤(9)과 회수롤(10) 및 이송롤러(12)가 그라파이트화 촉매(5)가 권취롤(9)에서 회수롤(10)로 감기는 방향으로 동시에 회전할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기한 챔버(4)에는 상기 동력전달부재(14)에 동력을 전달하여 권취롤(9)과 회수롤(10)과 이송롤러(12)들을 회전시키도록 된 회전수단이 마련된다.
따라서, 상기 챔버(4)의 공간부에서 회전수단에 의해 상기 권취롤(9)과 회수롤(10)과 이송롤러(12)들이 그라파이트화 촉매(5)가 권취롤(9)에서 회수롤(10)로 감기는 방향으로 동시에 회전됨에 따라, 그라파이트화 촉매(5)에서 펼쳐진 상태의 부위를 확보할 수 있어, 그래핀을 형성하는 작업영역을 얻을 수 있다.
또한, 상기한 회전수단은 모터(15)와 상기 모터(15)에서 발생된 회전력을 변속하도록 된 변속기(16)와 상기 변속기(16)에서 변속된 회전력을 인가받아 회전하며 상기 동력전달부재(14)로 동력을 전달하도록 연결된 구동부재(17)로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 종래에 널리 공지된 기술들 중에서 상기 동력전달부재(14)들을 동시에 동일방향으로 회전시킬 수 있도록 된 구성을 가진 것이면 족하다.
그리고, 상기한 가열수단(7)은 상기 챔버(4)의 공간부에서 상기 고정판(11)이 정지된 상태에서 상기 이송롤러(12)들의 사이 간격에 위치되도록 마련된다.
즉, 상기 그라파이트화 촉매(5)가 권취롤(9)에 감긴 상태에서 회수롤(10)로 이동될 때, 직선형태로 이동하는 부위인 이송롤러(12)들의 사이 간격에 가열수단(7)이 구비되어 그라파이트화 촉매(5)를 국부가열함으로써, 그래핀을 형성하게 된다.
상기에서, 가열수단(7)은 고열의 레이저빔을 방출하도록 된 레이저발생기로 이루어질 수 있으며, 도 13에서 도시된 바와 같이 전기를 공급받아 발열하도록 된 탄소섬유발열체로 이루어질 수 있고, 도 12에서 도시된 바와 같이 전원을 공급받아 발열하는 텅스텐재질의 몸체로 소재를 가열하는 가열부위는 측면이 선단으로 갈수록 그 폭이 점차 작아져 국부(局部) 가열하도록 된 가열체로 이루어질 수도 있다.
상기와 같이 이루어진 본 실시예의 그래핀의 제조장치를 사용하여 그래핀을 제조하면, 롤 형태로 감겨 있는 그라파이트화 촉매(5)를 기체상태의 탄소 분위기에서 풀면서 풀리는 부위를 국부가열하여 그래핀을 형성하고, 상기에서 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매(5)는 롤 형태로 회수롤(10)에서 회수된다.
즉, 대면적의 롤 형태로 이루어진 그래핀을 얻을 수 있음은 물론, 작업이 신속하게 이루어지기 때문에 생산성이 향상된다.
따라서, 경제적으로 그래핀을 제공할 수 있다.
이와 같은, 본 실시예의 그래핀의 제조방법을 상세히 설명하면, 그라파이트화 촉매(5)가 롤 형태로 감긴 권취롤(9)을 회전판(13)에 고정하고 그라파이트화 촉매(5)의 선단을 이송롤러(12)들의 사이에 맞물리도록 한 후 회수롤(10)에 권취하여 고정판(11)에 고정하는 고정단계와, 상기 고정단계를 통해 고정판(11)에 그라파이트화 촉매(5)가 고정된 고정판을 이송수단(6)에 의해 챔버(4)의 입구를 통해 내부로 투입시키도록 된 챔버투입단계와, 상기 챔버투입단계를 통해 챔버(4)의 내부로 고정판(11)이 투입되면 도 9에서 도시된 바와 같이 챔버(4)의 내부를 기체상태의 탄소분위기를 형성하고 그라파이트화 촉매(5)를 회수롤(10)로 풀면서 가열수단(7)으로 국부가열하여 그래핀을 형성하는 그래핀형성단계와, 상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매(5)가 모두 회수되면 챔버(4)의 출구(2)를 통해 배출하도록 된 챔버배출단계를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기한 챔버투입단계에 있어, 상기 고정단계를 통해 그라파이트화 촉매(5)가 고정된 고정판(11)을 이송시키도록 된 이송수단(6)을 이용하여, 도 6 내지 도 8에서 도시된 바와 같이 챔버(4)의 입구(1)측에 구비된 게이트챔버(8)에 투입시키고 게이트챔버(8)의 입구를 폐쇄한 후 진공상태를 형성하고, 게이트챔버(8)의 출구와 챔버(4)의 입구(1)를 개방하여 서로 연통시키고 고정판(11)을 챔버(4)의 내부로 투입시킨 후 게이트챔버(8)의 출구와 챔버(4)의 입구를 폐쇄하는 챔버투입전단계가 구비된다.
또한, 상기한 챔버배출단계에 있어, 도 10 및 도 11에서 도시된 바와 같이 챔버(4)의 출구(2)에 구비된 또 다른 게이트챔버(8)의 내부를 진공상태로 형성하고 챔버(4)의 출구(2)와 게이트챔버(8)의 입구를 개방하여 연통시킨 후, 상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매(5)가 고정된 고정판(11)을 이송수단(6)을 이용하여 게이트챔버(8)로 투입하며 챔버(4)의 출구(2)와 게이트챔버(8)의 입구를 폐쇄한 후, 게이트챔버(8)의 출구를 개방하고 고정판(11)을 외부로 배출하는 챔버배출후단계가 구비된다.
이에 따라, 챔버(4)의 진공상태를 해제시키지 않고도 그라파이트화 촉매(5)를 공급 및 배출하는 것을 원활하게 할 수 있어 작업성이 향상된다.
이상에서 설명된 본 발명의 그래핀의 제조장치 및 그 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 입구 2 : 출구
3 : 투입구 4 : 챔버
5 : 그라파이트화 촉매 6 : 이송수단
7 : 가열수단 8 : 게이트챔버
9 : 권취롤 10 : 회수롤
11 : 고정판 12 : 이송롤러
13 : 회전판 14 : 동력전달부재
15 : 모터 16 : 변속기
17 : 구동부재

Claims (18)

  1. 내부에 공간부를 가지며 소재가 투입되는 입구와 배출되는 출구와 기체상태의 탄소 공급원이 투입되는 투입구를 가지는 챔버와,
    그라파이트화 촉매가 롤 형태로 감긴 상태에서 풀림과 동시에 소정 거리로 떨어진 위치에서 권취되도록 된 고정수단과,
    상기 고정수단을 상기 챔버의 내부로 투입 및 배출하도록 된 이송수단과, 상기 챔버의 공간부에 마련되어 고정수단에 의해 공급된 그라파이트화 촉매가 풀림과 동시에 권취되는 과정에서 그래핀이 생성되는 온도로 가열하도록 된 가열수단을 포함하고,
    상기한 챔버는 진공펌프와 연결되어 공간부를 진공분위기로 조성하도록 되어 있고, 상기 입구와 출구에는 진공펌프에 의해 내부가 진공상태를 구현할 수 있으며 상기 고정수단이 출입하도록 된 게이트챔버가 구비되며,
    상기한 고정수단은 그라파이트화 촉매가 권취된 권취롤과 상기 권취롤에서 풀린 그라파이트화 촉매가 감겨 회수되는 회수롤과, 상기 권취롤과 회수롤이 회전되게 고정된 고정판을 포함하고,
    상기한 가열수단은 전원을 공급받아 발열하는 텅스텐재질의 몸체로 소재를 가열하는 가열부위는 측면이 선단으로 갈수록 그 폭이 점차 작아져 국부(局部) 가열할 수 있도록 된 가열체로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 권취롤과 회수롤의 사이에는 그라파이트화 촉매가 정렬되어 이송되도록 된 한 쌍의 이송롤러들이 마련된 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기한 이송롤러들은 상기 고정판에 축결합되며 축에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재가 구비된 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기한 고정수단의 고정판에는 상기 권취롤과 회수롤을 고정하는 회전판이 축결합되며, 상기 회전판에는 회전력을 전달받도록 된 동력전달부재가 구비된 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기한 챔버에는 상기 동력전달부재에 동력을 전달하여 권취롤과 회수롤과 이송롤러들을 회전시키도록 된 회전수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기한 회전수단은 모터와 상기 모터에서 발생된 회전력을 변속하도록 된 변속기와 상기 변속기에서 변속된 회전력을 인가받아 회전하며 상기 동력전달부재로 동력을 전달하도록 연결된 구동부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기한 가열수단은 상기 챔버의 공간부에서 상기 고정판이 정지된 상태에서 그라파이트화 촉매가 풀리는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  10. 제 4항 또는 제 9항에 있어서,
    상기한 가열수단은 상기 챔버의 공간부에서 상기 고정판이 정지된 상태에서 상기 이송롤러들의 사이 간격에 위치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기한 가열수단은 고열의 레이저빔을 방출하도록 된 레이저발생기로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기한 가열수단은 전기를 공급받아 발열하도록 된 탄소섬유발열체로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 그라파이트화 촉매가 롤 형태로 감긴 권취롤을 회전판에 고정하고 그라파이트화 촉매의 선단을 이송롤러들의 사이에 맞물리도록 한 후 회수롤에 권취하여 고정판에 고정하는 고정단계와,
    상기 고정단계를 통해 고정판에 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송수단에 의해 챔버의 입구를 통해 내부로 투입시키도록 된 챔버투입단계와,
    상기 챔버투입단계를 통해 챔버의 내부로 고정판이 투입되면 챔버의 내부를 기체상태의 탄소분위기를 형성하고 그라파이트화 촉매를 회수롤로 풀면서 가열수단으로 국부가열하여 그래핀을 형성하는 그래핀형성단계와,
    상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매가 모두 회수되면 챔버의 출구를 통해 배출하도록 된 챔버배출단계를 포함하고,
    상기한 챔버투입단계에 있어, 상기 고정단계를 통해 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송시키도록 된 이송수단을 이용하여 챔버의 입구측에 구비된 게이트챔버에 투입시키고 게이트챔버의 입구를 폐쇄한 후 진공상태를 형성하고, 게이트챔버의 출구와 챔버의 입구를 개방하여 서로 연통시키고 고정판을 챔버의 내부로 투입시킨 후 게이트챔버의 출구와 챔버의 입구를 폐쇄하는 챔버투입전단계를 더욱 포함하며,
    상기한 챔버배출단계에 있어, 챔버의 출구에 구비된 또 다른 게이트챔버의 내부를 진공상태로 형성하고 챔버의 출구와 게이트챔버의 입구를 개방하여 연통시킨 후 상기 그래핀형성단계를 통해 그래핀이 형성된 그라파이트화 촉매가 고정된 고정판을 이송수단을 이용하여 게이트챔버로 투입하며 챔버의 출구와 게이트챔버의 입구를 폐쇄한 후 게이트챔버의 출구를 개방하고 고정판을 외부로 배출하는 챔버배출후단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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