KR101465656B1 - Method of alignment of graphene oxide, Method of moving of graphene oxide and optical device using the same - Google Patents

Method of alignment of graphene oxide, Method of moving of graphene oxide and optical device using the same Download PDF

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KR101465656B1 KR1020130118698A KR20130118698A KR101465656B1 KR 101465656 B1 KR101465656 B1 KR 101465656B1 KR 1020130118698 A KR1020130118698 A KR 1020130118698A KR 20130118698 A KR20130118698 A KR 20130118698A KR 101465656 B1 KR101465656 B1 KR 101465656B1
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홍승호
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method of aligning graphene oxide, a method of moving the graphene oxide and an optical device using the same. More particularly, the present invention relates to a method of aligning graphene oxide to easily control the concentration of the graphene oxide, a method of moving the graphene oxide and an optical device using the same. a method of aligning graphene oxide according to an embodiment of the present invention includes a step of applying an AC electric field to at least one graphene oxide solution among (1-1) biphase (B), isotropic (I), and nematic (N) phase. According to an embodiment of the present invention, the frequency of the AC electric field is 100Hz to 7MHz.

Description

그래핀 옥사이드 정렬방법, 그래핀 옥사이드 이동방법및 그것을 이용한 광학 디바이스 {Method of alignment of graphene oxide, Method of moving of graphene oxide and optical device using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a graphene oxide alignment method, a graphene oxide migration method, and an optical device using the graphene oxide graphene oxide.

본 발명은 그래핀 옥사이드 정렬방법, 이동방법 및 그것을 이용한 광학 디바이스에 관한 것이다.
The present invention relates to a graphene oxide alignment method, a moving method and an optical device using the same.

최근 그래핀 혹은 그래핀 구조를 바탕으로 하는 탄소계 구조 그래핀 옥사이드(graphene oxide) 및 기능화된(functionalized) 그래핀 옥사이드 등에 대한 관심이 집중되고 있다. 그 이유는 이 물질들이 각각 우수한 역학적, 전기 광학적 특징을 가지고 있기 때문이다. 공통적으로는 1nm 크기 정도의 두께에 비해 수 um 혹은 그 이상의 면적을 갖는 2차원에 가까운 분자 구조를 가지고 있어서 이를 이용한 응용 가능성이 다양하다는 점을 들 수 있다. 반면 그래핀의 경우 잘 알려진 바와 같이 순수한 탄소간 sp2 결합으로 상대적으로 큰 전기 및 열 전도도와 함께 역학적 강성(stiffness) 특성 또한 우수하여 여러 분야의 디바이스에 사용 가능한 차세대 물질로서 주목 받고 있고, 그래핀 옥사이드의 경우에도 바이오센서(biosensor) 나 필터(Filter)로서 응용 가능성이 주목 받고 있다. Recently, graphene oxide and functionalized graphene oxide based on graphene or graphene structures have been attracting attention. This is because these materials have excellent mechanical and electro-optical characteristics, respectively. In general, it has a two-dimensional molecular structure with an area of several um or more in comparison with a thickness of about 1 nm, so that there is a wide variety of applications using the same. On the other hand, as is well known in the case of graphene, pure carbon-to-carbon sp2 bonds have been attracting attention as a next-generation material that can be used in various fields of devices because of its excellent electrical and thermal conductivity as well as mechanical stiffness characteristics. The possibility of application as a biosensor or a filter has been attracting attention.

그래핀 옥사이드의 경우는 이 외에도 그래핀과 달리 일반적인 증류수에 잘 분산되는 특성을 가지고 있으며, 흑연(Graphite)로부터 비교적 쉬운 화학적 방법에 의해 대량으로 생산 가능하다는 장점이 있다. 그래핀 옥사이드는 특히 이런 장점을 바탕으로 적절한 환원과정을 통해 그래핀 생성이 가능하기 때문에 그래핀 제작 선행 물질로서도 주목을 받고 있다. Unlike graphene, graphene oxide is well dispersed in common distilled water, and it can be produced in large quantities from graphite by a relatively easy chemical method. Graphene oxide has attracted attention as a precursor of graphene because graphene can be produced through appropriate reduction process based on these advantages.

상기 물질들은 최근에 각각 적당한 용매(solvent)상에서 액정상을 갖는다는 사실이 알려졌다("Graphene raphene Oxide Liquid crystals" angew. chem. Int. Ed. 2011, 50, 3043 -047). 일반적으로 액정상이 생성될 경우 물질들의 제어라는 측면에서 다양한 응용이 가능하기 때문에 상기 물질들을 이용한 응용(application) 측면에서 새로운 가능성을 제시하고 있다. These materials have recently been found to have liquid crystals on their respective suitable solvents (Graphene raphene Oxide Liquid crystals, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 3043-047). Generally, when a liquid crystal phase is generated, various applications are possible in terms of control of materials, and thus, it presents new possibilities in terms of application using the above materials.

상기 언급한 대로 그래핀 옥사이드의 경우는 그래핀의 전구체(precursor)로서 사용 가능하다. 현재 그래핀 제작은 거대 장비가 필요한 CVD를 이용한 증착이나, 대면적 제조에 한계가 있는 Tape를 이용한 방법들이 고려되고 있다. 그래핀 옥사이드의 경우 제작이 쉽고, 액정상의 특성을 이용할 경우 제어가 쉽기 때문에 그래핀 제작에 한 방향을 제시할 수 있다. As mentioned above, graphene oxide can be used as a precursor of graphene. At present, graphene fabrication is considered to include deposition using CVD, which requires large equipment, and methods using tape, which have limitations in large area manufacturing. Graphene oxide is easy to fabricate, and it is easy to control using the characteristics of the liquid crystal phase, so one direction can be presented for graphene production.

지금까지 그래핀 옥사이드의 액정상을 이용하는 방법으로는 자기장을 이용하거나 일정 압력으로 분사시키는 방법, 물과 공기의 경계면에서 그래핀 옥사이드 플레이크(flake)들이 정렬되는 현상을 이용하는 방법들이 제시되었다. 한편 전기장을 이용한 액정상의 배열을 조절하는 방법은 기존 액정을 이용한 여러 디바이스에서 쉽게 사용되는 방법이지만, 상기 참고 논문에서 언급된 바와 같이 DC 전압을 사용할 경우 특정 전극 방향으로 그래핀 옥사이드 플레이크(flake)들이 이동하거나, AC전압을 인가해도 네마틱(nematic)상에서는 고전압을 사용해야 플레이크(flake)들이 정렬되기 때문에 수용액 상에서는 사용하기 어렵다는 단점이 있었다. Up to now, there have been proposed methods using graphene oxide liquid crystals using a magnetic field or spraying at a constant pressure, or using graphene oxide flakes aligned at the interface between water and air. On the other hand, the method of controlling the alignment of the liquid crystal phase using the electric field is easily used in various devices using conventional liquid crystals. However, as mentioned in the reference document, when DC voltage is used, graphene oxide flakes It has a disadvantage in that it is difficult to use in an aqueous solution because the flakes are aligned using a high voltage in a nematic state even when an AC voltage is applied.

그래핀 옥사이드와 같은 물질들은 일반적으로 이방성(anisotopic) 구조 때문에 농도가 높을수록 네마틱(nematic)한 액정상이 나타나는 유방성 액정((Lyotropic Liquid crytal)으로 분류되는데, 그래핀 옥사이드의 경우 농도가 높으면 플레이크(flake) 상호 작용이 커서 전기장에 쉽게 반응하지 못한다는 단점이 생기는 것으로 알려져 있다.
Materials such as graphene oxide are generally classified as lyotropic liquid crystals because of their anisotopic structure, and nematic liquid crystals appear at higher concentrations. In the case of graphene oxide, (flake) interaction is so large that it does not react easily to the electric field.

Graphene raphene Oxide Liquid crystals" angew. chem. Int. Ed. 2011, 50, 3043 -047Graphene raphene Oxide Liquid crystals ", Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 3043-047

본 발명의 목적은 낮은 크기의 전기장에서 그래핀 옥사이드를 일정 방향으로 정렬할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of aligning graphene oxide in a predetermined direction in a low-magnitude electric field.

본 발명의 또 다른 목적은 그래핀 옥사이드를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. It is a further object of the present invention to provide a method of transferring graphene oxide in a desired direction.

본 발명의 또 다른 목적은 그래핀 옥사이드의 농도를 용이하게 제어하는 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for easily controlling the concentration of graphene oxide.

본 발명의 또 다른 목적은 그래핀 옥사이드의 방향성 또는 농도를 용이하게 제어하여 다양한 구조의 광학 디바이스를 제조하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to prepare an optical device having various structures by easily controlling the directionality or concentration of graphene oxide.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 그래핀 옥사이드 정렬방법은 (1-1) 이상성(B) 상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the graphene oxide aligning method of the present invention comprises the steps of: (1-1) applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) And a step of applying

상기 그래핀 옥사이드 용액 내 상기 그래핀 옥사이드의 농도는 0.007 내지 5wt%일 수 있다. The concentration of the graphene oxide in the graphene oxide solution may be 0.007 to 5 wt%.

상기 교류 전기장의 주파수는 100Hz 내지 7MHz일 수 있다. The frequency of the alternating electric field may be 100 Hz to 7 MHz.

상기 교류 전기장은 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 것일 수 있다. The alternating electric field may have a spatially non-uniform distribution.

상기 (1-1) 단계 이후에, (2-1) 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. After the step (1-1), (2-1) evaporating the solvent in the graphene oxide solution may be further included.

상기 (2-1) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시켜, 굴절률 이방성을 갖는 네마틱상 또는 원하는 방향으로 정렬된 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. In the step (2-1), the solvent may be evaporated in the graphene oxide solution to obtain a nematic phase having refractive index anisotropy or graphene oxide aligned in a desired direction.

상기 (1-1) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액은 감광성(Photo reacitive) 모노머(monomer)를 포함하고, 상기 교류 전기장을 가한 이후에, 상기 그래핀 옥사이드 용액에 광을 가하여 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성할 수 있다. In the step (1-1), the graphene oxide solution includes a photo-reactive monomer, and after applying the alternating electric field, light is applied to the graphene oxide solution to form graphene oxide-polymer Complex can be formed.

상기 (1-1) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액은 PVA(Polyvinylalchol)를 포함하고, 상기 (2-1) 단계에서, 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성일 수 있다. In the step (1-1), the graphene oxide solution may include PVA (polyvinylalcohol), and in the step (2-1), a graphene oxide-polymer complex may be formed.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 그래핀 옥사이드 이동방법은 (1-2) 이상성(B)상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하여 그래핀 옥사이드를 원하는 방향으로 이동시키는 단계;를 포함일 수 있다. In order to achieve the above object, the graphene oxide transfer method of the present invention comprises the steps of: (1-2) applying a graphene oxide solution to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) And moving graphene oxide in a desired direction.

상기 그래핀 옥사이드 용액 내 상기 그래핀 옥사이드의 농도는 0.007 내지 5wt% 일 수 있다. The concentration of the graphene oxide in the graphene oxide solution may be 0.007 to 5 wt%.

상기 교류 전기장의 주파수는 100Hz 내지 7MHz 일 수 있다. The frequency of the alternating electric field may be 100 Hz to 7 MHz.

상기 교류 전기장은 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 것 일 수 있다. The alternating electric field may have a spatially non-uniform distribution.

상기 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 교류 전기장에 의하여 발생된 유전 영동 현상에 의하여, 상기 그래핀 옥사이드의 농도를 조절할 수 있다. The concentration of the graphene oxide can be controlled by the dielectrophoresis effect generated by the alternating electric field having the spatially nonuniform distribution.

상기 (1-2) 단계 이후에, (2-2) 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. After the step (1-2), (2-2) evaporating the solvent in the graphene oxide solution may be further included.

상기 (2-2) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시켜, 굴절률 이방성을 갖는 네마틱상 또는 원하는 방향으로 정렬된 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다.
In step (2-2), the solvent may be evaporated in the graphene oxide solution to obtain a nematic phase having refractive index anisotropy or graphene oxide aligned in a desired direction.

상기 (1-2) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액은, 감광성(Photo reacitive) 모노머(monoer)를 포함하며, 상기 교류 전기장을 가한 이후에, 상기 그래핀 옥사이드 용액에 광을 가하여 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성할 수 있다. In the step (1-2), the graphene oxide solution may include a photo-reactive monomer. After application of the alternating electric field, light is applied to the graphene oxide solution to form graphene oxide- Polymer complex can be formed.

상기 (1-2) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액은 PVA(polyvinylalchol)를 포함하고,상기 (2-2) 단계에서, 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성할 수 있다. In step (1-2), the graphene oxide solution includes polyvinylalcohol (PVA), and in step (2-2), a graphene oxide-polymer complex may be formed.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 디바이스는 그래핀 옥사이드 셀; 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 유도 복굴절 현상이 발생하도록, 그래핀 옥사이드 셀에 불균일한 전기장을 인가하는 전극; 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 발생된 유도 복굴절 현상을 이용하기 위하여, 그래핀 옥사이드 셀의 상하에 배치된 광학 장치;를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided an optical device comprising: a graphene oxide cell; An electrode for applying a non-uniform electric field to the graphene oxide cell so that the induced birefringence phenomenon occurs in the graphene oxide cell; And an optical device disposed above and below the graphene oxide cell to utilize the induced birefringence phenomenon generated in the graphene oxide cell.

상기 광학 디바이스는 디스플레이, Retarder, 및 광학 필름, 편광 조절 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The optical device may include at least one of a display, a retarder, and an optical film or a polarization controller.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 디바이스는 그래핀 옥사이드 농도의 주기적 변화에 따른 광학 격자(grating)를 포함할 수 있다. In order to accomplish the above object, the optical device of the present invention may include an optical grating according to a periodic change in graphene oxide concentration.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기소자는 원하는 방향으로 일정하게 정렬되거나, 원하는 위치로 이동된 그래핀 옥사이드를 그래핀으로 환원시켜서 사용할 수 있다.
In order to accomplish the above object, the electric device of the present invention can be used by reducing graphene oxide, which is uniformly aligned in a desired direction or moved to a desired position, to graphene.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 저농도를 갖는 그래핀 옥사이드 용액을 이용함으로써, 낮은 크기의 전기장에서 그래핀 옥사이드를 정렬할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, graphene oxide can be aligned in a low electric field by using a graphene oxide solution having a low concentration.

또한 본 발명은 그래핀 옥사이드의 농도 또는 방향성의 제어가 용이하여 다양한 구조를 갖는 광학 디바이스를 제조할 수 있는 장점이 있다.
Further, the present invention has an advantage in that an optical device having various structures can be manufactured by easily controlling the concentration or directionality of graphene oxide.

도 1은 네마틱(nematic)과 등방성(isotropic) 상태로 나뉜 그래핀 옥사이드 용액,
도 2는 증류수에 분산된 그래핀 옥사이드 농도의 함수로 네마틱(nematic) 부분의 부피율(Volume fraction)을 계산한 그래프,
도 3은 증류수에 분산된 그래핀 옥사이드 농도와 입자 평균 크기에 따른 그래핀 옥사이드의 액정 상태인, 등방성(I), 이상성(B), 네마틱(N) 상을 계산한 그래프,
도 4는 분산된 그래핀 옥사이드 농도와 pH에 따른 그래핀 옥사이드의 액정 상태인, 등방성(I), 이상성(B),네마틱(N) 상을 계산한 그래프,
도 5는 0.3mm 두께의 그래핀 옥사이드 셀(cell) 상태를 현미경으로 관측한 사진,
도 6은 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가하지 않은 상태의 사진,
도 7은 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가한 상태의 사진,
도 8은 그래핀 옥사이드 농도에 따른 유도 복굴절(Induced Δn)을 측정한 그래프,
도 9는 그래핀 옥사이드의 농도와 Kerr coefficient 값 사이의 관계를 나타낸 그래프,
도 10은 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수 변화에 따른 유도 복굴절(Induced Δn)을 도시한 그래프,
도 11은 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수 변화에 따른 그래핀 옥사이드의 정렬 구조를 나타낸 사진,
도 12는 십자로 배치된 전극의 전압 배치에 따른 그래핀 옥사이드의 배열을 나타낸 사진,
도 13(a)는 그래핀 옥사이드 셀에 전압을 인가하기 전(before Voltage)을 나타낸 사진,
도 13(b)는 도 13(a)의 그래핀 옥사이드 셀에 위치에 따라 불균일한 전기장을 인가한 사진
도 13(c)는 도 13(b) 상태의 그래핀 옥사이드 셀 상하에 서로 수직인 편광축을 갖는 편광판을 배치시켜 관측한 사진,
도 14(a)는 용매를 증발시키기 이전의 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 인가하지 않는 것을 나타낸 사진,
14(b)는 도 14(a)의 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가하지 않은 상태 그대로 용매를 증발시켜 고농도의 그래핀 옥사이드 용액을 나타낸 사진,
도 15(a)는 용매를 증발시키기 이전에 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 인가한 사진,
도 15(b)는 도 15(a) 상태의 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시켜 고농도의 그래핀 옥사이드 용액을 나타낸 사진이다.
1 is a graphite oxide solution divided into nematic and isotropic states,
FIG. 2 is a graph showing the calculation of the volume fraction of a nematic portion as a function of graphene oxide concentration dispersed in distilled water,
FIG. 3 is a graph showing the isotropic (I), ideality (B) and nematic (N) phases of graphene oxide depending on graphene oxide concentration and average grain size dispersed in distilled water,
FIG. 4 is a graph showing the isotropic (I), ideality (B), and nematic (N) phases of the graphene oxide according to the graphene oxide concentration and pH,
FIG. 5 is a photograph of a state of a graphene oxide cell with a thickness of 0.3 mm,
FIG. 6 is a photograph of a state in which no electric field is applied to the graphene oxide solution,
FIG. 7 is a photograph of a state in which an electric field is applied to a graphene oxide solution,
8 is a graph showing induced birefringence (Induced? N) according to graphene oxide concentration,
9 is a graph showing the relationship between the concentration of graphene oxide and the Kerr coefficient value,
10 is a graph showing the induced birefringence (Induced? N) according to the frequency change of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution,
11 is a photograph showing an alignment structure of graphene oxide according to a frequency change of an alternating electric field applied to a graphene oxide solution,
12 is a photograph showing the arrangement of graphene oxide according to the voltage arrangement of the electrodes arranged in a cross,
13 (a) is a photograph showing a before voltage before applying a voltage to the graphene oxide cell,
FIG. 13 (b) is a graph showing a photograph of a graphene oxide cell of FIG. 13 (a)
Fig. 13 (c) is a photograph obtained by disposing a polarizing plate having polarization axes perpendicular to each other above and below the graphene oxide cell in the state of Fig. 13 (b)
14 (a) is a photograph showing that the electric field is not applied to the low-concentration graphene oxide solution before evaporating the solvent,
14 (b) is a photograph showing the graphene oxide solution at a high concentration by evaporating the solvent without applying an electric field to the low-concentration graphene oxide solution of FIG. 14 (a)
15 (a) is a photograph showing an electric field applied to a low-concentration graphene oxide solution before evaporating the solvent,
15 (b) is a photograph showing the graphene oxide solution at a high concentration by evaporating the solvent in the graphene oxide solution in the state of Fig. 15 (a).

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1은 네마틱(nematic)과 등방성(isotropic) 상으로 나뉜 그래핀 옥사이드 용액을 나타낸 것이다. 그래핀 옥사이드 용액을 도 1과 같이 작은 병에 일주일간 방치하면 병 하부의 네마틱(nematic) 부분과 병 상부의 등방성(isotropic) 상태로 나뉘어지게 되는데 이 전체적인 상태를 이상성(Biphase)으로 정의한다. Figure 1 shows a graphene oxide solution divided into nematic and isotropic phases. When the graphene oxide solution is left in a small bottle for one week as shown in FIG. 1, it is divided into a nematic portion at the lower part of the bottle and an isotropic state at the upper part of the bottle. This overall condition is defined as a biphase.

도 2는 증류수에 분산된 그래핀 옥사이드 농도의 함수로 네마틱(nematic)부분의 부피율(Volume fraction)을 계산한 결과이다. 이 결과는 제조된 그래핀 옥사이드의 품질에 따라 농도가 바뀔 수 있지만 본 발명에서 사용된 그래핀 옥사이드의 경우는 농도가 대략 0.007wt% 이하에서는 등방성(isotropic)(I)상이 얻어지며, 2wt% 이상에서는 네마틱(nematic)(N)이 얻어진다. 그리고 이 두 농도사이에서 이상성(Biphase)가 얻어진다.FIG. 2 shows the result of calculating the volume fraction of a nematic portion as a function of graphene oxide concentration dispersed in distilled water. Although the concentration can be changed according to the quality of the prepared graphene oxide, in the case of the graphene oxide used in the present invention, an isotropic (I) phase is obtained at a concentration of about 0.007 wt% or less, and more than 2 wt% A nematic (N) is obtained. Biphase is obtained between these two concentrations.

도 5는, 0.3mm 두께의 그래핀 옥사이드 셀(cell) 상태를 현미경으로 관측한 것이다. 도 5를 참조하면, 그래핀 옥사이드 액정상에 따라 등방성(I), 이상성(B), 네마틱(N) 상을 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 옥사이드 용액은 주로 이상성(B)의 농도를 이용할 수 있고, 경우에 따라 이상성의 농도와 가까운 등방성 및 네마틱상의 농도를 이용할 수 있다. 5 is a microscopic observation of a state of a graphene oxide cell with a thickness of 0.3 mm. Referring to FIG. 5, an isotropic (I), an ideal (B), and a nematic (N) phase can be obtained according to a graphene oxide liquid crystal phase. The graphene oxide solution according to an embodiment of the present invention may mainly use the concentration of the ideality (B), and may use isotropic and nematic phase concentrations close to the concentration of the ideality.

도 3은 증류수에 분산된 그래핀 옥사이드 농도와 입자 평균 크기에 따른 그래핀 옥사이드의 액정 상태인, 등방성(I), 이상성(B), 네마틱(N) 상을 계산한 것이며, 도 4는 분산된 그래핀 옥사이드 농도와 pH에 따른 그래핀 옥사이드의 액정 상태인, 등방성(I), 이상성(B),네마틱(N) 상을 계산한 것이다. FIG. 3 is a graph showing the isotropic (I), ideality (B) and nematic (N) phases of graphene oxide according to graphene oxide concentration and average grain size dispersed in distilled water, (I), the ideality (B) and the nematic (N) phase of graphene oxide in accordance with the concentration of graphene oxide and pH.

본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 옥사이드 정렬방법은 바람직하게는 등방성(isotropic) 상 또는 이상성(B) 상의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 불완전하게나마 이상성에 가까운 네마틱(N) 상의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 그래핀 옥사이드 용액은 뚜렷한 네마틱상이 보이기 전의 농도를 가져, 낮은 크기의 전기장에서도 그래핀 옥사이드의 거시적 굴절률 이방성이 쉽게 유도될 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 옥사이드 용액의 농도는 이상성(B)이 발생되는 농도의 중간 값으로 결정할 수 있다. 바람직하게 그래핀 옥사이드 용액 내 그래핀 옥사이드의 농도는 pH 7인 증류수에 분산된 그래핀 옥사이드의 평균 입자 사이즈가 0.15 내지 0.25㎛ 경우, 0.007 내지 0.5wt%일 수 있다. 여기서, 그래핀 오옥사이드 용액 내 그래핀 옥사이드의 농도가 0.007wt% 미만의 경우에는 그래핀 옥사이드의 농도가 너무 낮아 전기장에 의한 정렬 효과가 미미하고, 0.5wt% 이상에서는 그래핀 옥사이드가 완전히 네마틱 상을 나타내고, 이 때 일반 액정과 달리 그래핀 옥사이드 입자 상호간 Interaction이 너무 커서 전기장에 의한 정렬이 불가능하지는 않지만 쉽지 않게 된다. The graphene oxide alignment method according to an embodiment of the present invention may preferably include applying an alternating electric field to an isotropic phase or an ideal phase (B) phase graphene oxide solution. And applying an alternating electric field to the graphene oxide solution on a nematic (N) phase that is imperfectly close to the ideal. Here, the graphene oxide solution has a concentration before the visible nematic phase is visible, and the macroscopic refractive index anisotropy of the graphene oxide can be easily induced even in a low magnitude electric field. The concentration of the graphene oxide solution according to one embodiment of the present invention can be determined as a median value of the concentration at which the ideality (B) is generated. Preferably, the concentration of graphene oxide in the graphene oxide solution may be 0.007 to 0.5 wt%, when the average particle size of graphene oxide dispersed in distilled water having a pH of 7 is 0.15 to 0.25 m. When the concentration of graphene oxide in the graphene oxide solution is less than 0.007 wt%, the concentration of graphene oxide is too low and the effect of alignment by the electric field is insignificant. When the concentration of graphene oxide is more than 0.5 wt% In this case, unlike ordinary liquid crystals, the interactions between graphene oxide particles are so large that alignment by the electric field is not impossible but not easy.

그래핀 옥사이드의 액정상은 그래핀 구조에 붙여진 Functional group의 밀도나 입자 크기에 따라 상이 바뀌는 농도가 바뀔 수 있으며, 경우에 따라 5%까지도 완전한 네마틱 액정상이 안 나타날 수 있다. The liquid crystalline phase of graphene oxide may vary in phase depending on the density or particle size of the functional group attached to the graphene structure, and in some cases, a complete nematic liquid crystal phase may not appear up to 5%.

그래핀 옥사이드의 거시적 정렬 효과는 외부 자극에 의해 유도 복굴절(induced birefringence)이 발생하는 것으로 확인할 수 있다. 도 6과 도 7은 평균 입자 Size가 0.2um, pH7인 수용액에 포함된 그래핀 옥사이드를 가지고 전기장 인가에 따른 정렬효과를 확인하기 위하여 유도 복굴절(induced birefringence)을 측정한 것으로, 도 6은 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가하지 않은 것을 나타낸 것으로 유도 복굴절 현상이 일어나지 않은 것을 알 수 있다. 도 7은 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가한 것으로, 유도 복굴절 현상이 일어난 것을 알 수 있다. 도 6과 도 7의 결과에 의하면, 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가한 경우에 그래핀 옥사이드의 정렬이 일어나는 것을 알 수 있다. The macroscopic alignment effect of graphene oxide can be confirmed by induced birefringence due to external stimuli. FIGS. 6 and 7 are graphs showing induced birefringence of graphene oxide contained in an aqueous solution having an average particle size of 0.2 .mu.m and pH7 in order to confirm the alignment effect according to application of an electric field. FIG. It is shown that the electric field is not applied to the oxide solution, indicating that the induced birefringence phenomenon does not occur. Fig. 7 shows that induced birefringence phenomenon occurred when an electric field was applied to the graphene oxide solution. 6 and 7, it can be seen that alignment of graphene oxide occurs when an electric field is applied to the graphene oxide solution.

도 8은 상기 도 6 및 도 7의 결과를 바탕으로 농도에 따른 유도 복굴절(Induced Δn)을 측정한 결과이다. 도 8을 참조하면 그래핀 옥사이드 용액 내 그래핀 옥사이드의 농도가 등방성(isotropic) 상에 해당하는 0.025wt%의 비교적 저농도에서부터 이상성의 중간 정도에 해당하는 0.4wt% 까지 전기장 인가에 따라 그래핀 옥사이드가 효과적으로 정렬되는 것을 알 수 있다 (결과에 도시하지는 않았으나, 그래핀 옥사이드 농도가 0.5wt%까지 정렬 가능 확인됨). 그러나, 그래핀 옥사이드의 농도가 1wt% 가 넘으면 네마틱(nematic) 상이 강해지면서 전기장에 의한 정렬 효과가 쉽게 나타나지 않음을 알 수 있다. 이를 바탕으로 전기장의 제곱에 비례하는 유도 복굴절(induced birefringence)의 계수에 해당하는 Kerr coefficient를 계산할 수 있다. 도 9를 참조하면, 그래핀 옥사이드의 농도가 일정 농도 이상에서는 Kerr coefficient 값이 갑자기 줄어드는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a result of measuring the induced birefringence (Induced? N) according to the concentration based on the results of FIG. 6 and FIG. Referring to FIG. 8, it can be seen that graphene oxide is produced by applying an electric field from a relatively low concentration of 0.025 wt%, which corresponds to an isotropic phase, to a 0.4 wt% (It is confirmed that the graphene oxide concentration can be aligned to 0.5 wt%, though it is not shown in the results). However, if the concentration of graphene oxide is more than 1 wt%, the nematic phase becomes stronger, and the alignment effect due to the electric field is not easily seen. Based on this, the Kerr coefficient corresponding to the induced birefringence that is proportional to the square of the electric field can be calculated. Referring to FIG. 9, when the concentration of graphene oxide is higher than a certain concentration, the Kerr coefficient value suddenly decreases.

도 10은 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수 변화에 따른 유도 복굴절(Induced Δn)을 도시한 것으로, 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 전압 크기를 10V로 고정시킨 후 해당하는 전압의 주파수(Frequency)를 조절하여 유도 복굴절(induced birefringence) 값을 측정한 결과이다. 도 10을 참조하면 2kHz에서 1MHz범위에서는 안정적인 복굴절(birefringence)값이 유도되었으며, 7MHz에서는 복굴절(birefringence) 크기가 약 절반으로 떨어지는 것을 알 수 있다. 도 11은 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수 변화에 따른 그래핀 옥사이드의 정렬 구조를 나타낸 것이다. 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수가 500Hz인 경우(a), 그래핀 옥사이드의 정렬이 안정한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수가 100Hz인 경우(b), 그래핀 옥사이드의 정렬이 불안정한 것을 알 수 있다. 또한, 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수가 50Hz 인 경우(c), 그래핀 옥사이드 용액의 전기 분해가 일어나는 것을 확인할 수 있다. 도 10 및 도 11의 결과를 참조하면, 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장의 주파수는 100Hz 내지 7MHz 범위 이내인 것이 바람직하다. FIG. 10 shows the induced birefringence (Induced Δn) according to the frequency change of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution. The voltage magnitude of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution is fixed at 10 V, And the induced birefringence value is measured by adjusting the frequency. Referring to FIG. 10, stable birefringence values are induced in the range of 2 kHz to 1 MHz, and birefringence is reduced to about half at 7 MHz. 11 shows the alignment structure of graphene oxide according to the frequency change of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution. When the frequency of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution is 500 Hz (a), it can be confirmed that the alignment of graphene oxide is stable. However, when the frequency of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution is 100 Hz (b), it can be seen that alignment of graphene oxide is unstable. In addition, when the frequency of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution is 50 Hz (c), it can be confirmed that electrolysis of the graphene oxide solution occurs. Referring to the results of FIGS. 10 and 11, it is preferable that the frequency of the alternating electric field applied to the graphene oxide solution is within a range of 100 Hz to 7 MHz.

도 12는 십자로 배치된 전극의 전압 배치에 따라 그래핀 옥사이드의 배열이 제어될 수 있음을 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, 그래핀 옥사이드 용액에 인가되는 전압 배치에 따라 인가되는 교류 전기장의 방향이 달라지게 되어, 그래핀 옥사이드의 배열이 다양하게 제어되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 방법으로, 전압에 의해 유도 굴절율이 발생되는 현상을 이용하면 디스플레이나 기타 전기 소자의 제작에 응용가능하다. Figure 12 shows that the arrangement of graphene oxide can be controlled according to the voltage arrangement of the electrodes arranged in a cross. Referring to FIG. 12, it can be seen that the direction of the applied alternating electric field varies according to the voltage arrangement applied to the graphene oxide solution, and the arrangement of the graphene oxide is controlled in various ways. By using the phenomenon in which the induced refractive index is generated by the voltage in this way, it can be applied to manufacture of displays and other electric devices.

도 13는 그래핀 옥사이드의 전압인가에 따른 또 다른 응용가능성의 한 예로 농도 변화에 따른 광학 격자(grating)의 예를 도시하고 있다. 이는 그래핀 옥사이드 용액에 가해지는 교류 전기장 분포가 위치에 따라 불균일(ununiform)하여 그래핀 옥사이드가 공간적으로 이동되는 것을 이용한 것이다. 도 13(a), 도 14(b)는 편광판 없이 그래핀 옥사이드 셀만 있는 것을 나타낸 것이다. 여기서 그래핀 옥사이드 셀은 농도가 낮은 등방성(isotropic)상 또는 이상성(Biphase) 상태의 그래핀 옥사이드 용액인 것이 바람직하다. 도 13(a)는 그래핀 옥사이드 셀에 전압을 인가하기 전(before Voltage)을 나타낸 것으로, 투명전극 패턴만 보이는 것을 알 수 있다.13 shows an example of an optical grating according to a concentration change as an example of another application possibility according to the application of voltage of graphene oxide. This is due to the ununiformity of the ac electric field distribution applied to the graphene oxide solution and the spatial shift of graphene oxide. 13 (a) and 14 (b) show only a graphene oxide cell without a polarizer. Here, the graphene oxide cell is preferably a graphene oxide solution in a low isotropic or biphase state. 13 (a) shows a before voltage before applying a voltage to the graphene oxide cell, which shows that only the transparent electrode pattern is seen.

도 13(b)는 도 13(a)의 그래핀 옥사이드 셀에 위치에 따라 불균일한 전기장을 인가한 것을 나타낸 것이다. 불균일한 전기장 인가의 일실시예로, 그래핀 옥사이드 셀에 가해지는 위치에 일정 간격으로 배치된 다수의 스트라이프(Stripe) 형태로 형성된 전극에 그래핀 옥사이드 셀의 위치에 따라 서로 다른 전압을 번갈아 인가한 것일 수 있다. 그래핀 옥사이드 셀에 위치에 따라 불균일한 전기장을 인가한 경우, 위치별 전기장 차이로 인해 유전 영동(Dielectro-phoretic) 현상이 발생되어, 전기장이 강한 전극 쪽으로 그래핀 옥사이드가 이동된다. 그에 따라, 위치별로 그래핀 옥사이드의 농도 차이가 발생되어 도 13(b)와 같은 주기적인 패턴이 형성되어 광학 격자(grating)을 만들 수 있다.Fig. 13 (b) shows application of a non-uniform electric field to the graphene oxide cell of Fig. 13 (a) depending on the position. In one embodiment of applying a non-uniform electric field, different voltages are alternately applied to electrodes formed in a plurality of stripes arranged at regular intervals at a position applied to the graphene oxide cell depending on the position of the graphene oxide cell Lt; / RTI > When a non-uniform electric field is applied to the graphene oxide cell depending on the position, a dielectro-phoretic phenomenon occurs due to the electric field difference depending on the position, and the graphene oxide moves toward the electrode having a strong electric field. Accordingly, a difference in concentration of graphene oxide is generated for each position, so that a periodic pattern as shown in FIG. 13 (b) is formed to form an optical grating.

도 13(c)는 도 13(b) 상태의 그래핀 옥사이드 셀 상하에 서로 수직인 편광축을 갖는 편광판을 배치시켜 관측한 것으로, 서로 다른 유도 복굴절(Induced birefringence)이 나타나는 것을 알 수 있다. 그래핀 옥사이드가 전기장이 강한 곳으로 이동되어 위치별로 농도 차이가 발생된다고 하더라도 정렬되지 않으면 서로 수직인 두 장의 편광판 하에서는 유도 복굴절(Induced birefringence)이 발생되지 않는다. 즉, 도 14(c)와 같이 서로 수직인 두 장의 편광판에 의해 유도 복굴절(Induced birefringence)이 발생되는 것은 전기장이 강한 부분에서 그래핀 옥사이드의 정렬이 일어난 것을 의미한다. Fig. 13 (c) is a graph showing the results of indifferent birefringence obtained by arranging a polarizing plate having polarization axes perpendicular to each other above and below the graphene oxide cell in the state of Fig. 13 (b). Inductive birefringence does not occur under two polarizers perpendicular to each other if alignment is not achieved even though graphene oxide is moved to a strong electric field and there is a difference in concentration by position. That is, induced birefringence is generated by two polarizers perpendicular to each other as shown in FIG. 14 (c), which means alignment of graphene oxide occurs at a strong electric field.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 디바이스는 도 13(c)에 나타난 바와 같이 서로 다른 유도 복굴절(Induced birefringence)이 발생되는 현상을 이용하여 도 13(b)에서 나타난 광학 격자(grating)이외에도 복굴절 현상을 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광학 디바이스는 그래핀 옥사이드 셀, 그래핀 옥사이드 셀에서 유도 복굴절 현상이 발생하도록 상기 그래핀 옥사이드 셀에 불균일한 전기장을 인가하는 전극, 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 발생된 유도 복굴절 현상을 효과적으로 이용하기 위하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 상하에 배치된 광학 장치(예컨대, 편광판 또는 반사판)를 포함할 수 있다. 여기서, 광학 디바이스는 디스플레이, Retarder, 및 광학 필름, 편광 조절 장치 등을 포함할 수 있다. In addition, the optical device according to an embodiment of the present invention may use a phenomenon in which different induced birefringence occurs as shown in FIG. 13 (c), and in addition to the optical grating shown in FIG. 13 (b) The birefringence phenomenon can be used. The optical device according to an embodiment of the present invention includes a graphene oxide cell, an electrode for applying an unequal electric field to the graphene oxide cell to cause induced birefringence in the graphene oxide cell, (E.g., a polarizing plate or a reflector) disposed above and below the graphene oxide cell to effectively utilize the induced birefringence phenomenon. Here, the optical device may include a display, a retarder, and an optical film, a polarization controller, and the like.

도 13(b)에 나타난 바와 같 이, 본 발명의 다른 일실시 예에 따른 광학 디바이스는 임의로 농도차이를 발생시켜서 흡수나 농도차이에 의한 격자구조를 만들 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 굴절율 이방성을 이용하거나, 편광판을 사용하지 않고도, 그래핀 옥사이드 농도의 주기적 변화에 따른 광학 격자(grating)가 형성되는 광학 디바이스를 제조할 수 있다. As shown in FIG. 13 (b), the optical device according to another embodiment of the present invention can generate a lattice structure due to absorption or concentration difference by generating a density difference arbitrarily. That is, according to another embodiment of the present invention, it is possible to manufacture an optical device in which an optical grating is formed according to a periodic change in graphene oxide concentration, without using a refractive index anisotropy or using a polarizing plate.

도 14와 도 15는 저농도의 등방성(isotropic)상 또는 이상성(Biphase) 상의 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시켜가면서 배열(align)이 유지되는 모습을 편광판을 회전시키며 확인한 결과이다. FIGS. 14 and 15 show the result of rotating the polarizing plate in such a manner that alignment is maintained while evaporating a solvent in a low concentration isotropic or biphase graphene oxide solution.

도 14(a)는 용매를 증발시키기 이전의 저농도의 그래핀 옥사이드 용액(예컨대, 등방성(isotropic)상 또는 이상성(B)상의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 인가하지 않는 것을 나타낸 것으로, 그래핀 옥사이드의 유도 복굴절 현상이 Flow에 의해서만 나타난 채, 일정 방향으로 제어되지 않고 있음을 보여주는 상태이다. 도 14(b)는 도 14(a)의 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가하지 않은 상태 그대로 용매(예컨대, 증류수)를 증발시켜 고농도의 그래핀 옥사이드 용액(예컨대, 네마틱 상태)을 나타낸 것이다. 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가하지 않은 도 14(a)와 도 14(b)를 모두 그래핀 옥사이드의 유도 복굴절 발생에 의한 액정상이 방향이 일정방향으로 이루어지지 않는 것을 알 수 있다. Figure 14 (a) shows that an electric field is not applied to a low concentration graphene oxide solution (for example, an isotropic phase or an ideal (B) phase) graphene oxide solution before evaporating the solvent, 14 (b) shows a state in which the low-concentration graphene oxide solution shown in FIG. 14 (a) is applied to a solvent (for example, 14 (a) and 14 (b), in which an electric field is not applied to the graphene oxide solution, are induced in graphene oxide solution It can be seen that the liquid crystal phase due to the occurrence of birefringence is not oriented in a certain direction.

도 15(a)는 용매를 증발시키기 이전에 저농도의 그래핀 옥사이드 용액(예컨대, 등방성(isotropic)상 또는 이상성(B) 상)에 전기장을 인가한 것을 나타낸 것이다. 도 15(a)를 참조하면, 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가한 경우, 그래핀 옥사이드가 전기장 발생 구간에서 전기장 방향에 따라 일정하게 불연속선의 발생없이 효과적으로 이루어지고 있음을 알 수 있다. 도 15(b)는 도 15(a) 상태의 그래핀 옥사이드 용액에서 용매(예컨대, 증류수)를 증발시켜 고농도의 그래핀 옥사이드 용액을 나타낸 것이다. 도 15(b)를 참조하면, 저농도에서 전기장에 의해 일정방향으로 효과적으로 정렬된 그래핀 옥사이드는 용매의 증발에 의해서도 그 배열(align)이 유지되고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상을 이용하여, 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 전기장을 가한 후, 용매를 증발시켜 굴절률 이방성을 갖는 네마틱 상태의 그래핀 옥사이드 또는 일정 방향으로 정렬된 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. 15 (a) shows application of an electric field to a low concentration graphene oxide solution (for example, an isotropic phase or an ideality (B) phase) before evaporating the solvent. Referring to FIG. 15 (a), it can be seen that when an electric field is applied to a low concentration graphene oxide solution, graphene oxide is effectively generated without generating a discontinuity constant in the electric field direction in the electric field generation region. FIG. 15 (b) shows a graphene oxide solution at a high concentration by evaporating a solvent (for example, distilled water) in the graphene oxide solution in the state of FIG. 15 (a). Referring to FIG. 15 (b), graphene oxide effectively aligned in a certain direction by an electric field at a low concentration can be seen to be aligned even by evaporation of the solvent. Using this phenomenon, an electric field is applied to a low-concentration graphene oxide solution, and then the solvent is evaporated to obtain a nematic graphen oxide having a refractive index anisotropy or a graphen oxide arranged in a predetermined direction.

도 15(b)의 경우에, 용매가 증발되는 경우에 그래핀 옥사이드의 배열을 효과적으로 유지시킬 수 있도록 그래핀 옥사이드 용액에 고분자 안정화가 가능한 물질을 첨가한 후 적당한 방법으로 처리하여 고분자를 이루는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예로, 감광성(Photo reacitive) 모노머(monomer)가 첨가된 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하여 일정 방향으로 배열시킨 후, 그래핀 옥사이드 용액에 광을 가하여 일정 방향으로 배열된 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성할 수 있다. 다른 실시예로, PVA(Polyvinylalchol)가 첨가된 저농도의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하여 일정 방향으로 배열시킨 후, 용매를 증발시켜 일정 방향으로 배열된 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성할 수 있다. 이와 같은 고분자 안정화 방법에 의해 형성된 그래핀 옥사이드는 용매가 증발되는 경우에도, 전기장에 의한 배열이 효과적으로 유지되는 장점이 있다. In the case of FIG. 15 (b), a polymer-stabilizable substance is added to the graphene oxide solution so as to effectively maintain the arrangement of graphene oxide when the solvent is evaporated, followed by a suitable treatment to form a polymer . In one embodiment, an alternating electric field is applied to a low-concentration graphene oxide solution to which a photo-reactive monomer is added, and then the graphene oxide solution is aligned in a predetermined direction. Then, light is applied to the graphene oxide solution, Oxide-polymer complexes. In another embodiment, an alternating electric field is applied to a low-concentration graphene oxide solution to which PVA (polyvinylalcohol) is added, and the solvent is evaporated to form a graphene oxide-polymer complex aligned in a predetermined direction . The graphene oxide formed by the polymer stabilization method has an advantage that the arrangement by the electric field is effectively maintained even when the solvent is evaporated.

본 발명의 일 실시예에 따라, 원하는 방향으로 정렬되거나, 원하는 위치로 이동된 그래핀 옥사이드를 환원시켜 전기 소자를 제작할 수 있다. 여기서, 전기 소자의 예로는 발광소자, 전도성 박막, 기판, 트랜지스터, 메모리 소자, 태양 전지, 전극 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an electric device can be manufactured by reducing graphene oxide aligned in a desired direction or moved to a desired position. Here, examples of the electric device may include at least one of a light emitting device, a conductive thin film, a substrate, a transistor, a memory device, a solar cell, and an electrode.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions as defined by the following claims It will be understood that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (21)

삭제delete 삭제delete 이상성(B) 상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계;를 포함하는 그래핀 옥사이드 정렬방법에 있어서,
상기 교류 전기장의 주파수는 100Hz 내지 7MHz인 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 정렬방법.
Applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) phase and a nematic (N) phase,
Wherein the frequency of the alternating electric field is 100 Hz to 7 MHz.
이상성(B) 상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계;를 포함하는 그래핀 옥사이드 정렬방법에 있어서,
상기 교류 전기장은 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 정렬방법.
Applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) phase and a nematic (N) phase,
Wherein the alternating electric field has a spatially non-uniform distribution.
삭제delete 삭제delete (1-1) 이상성(B) 상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하는 단계; 및
상기 (1-1) 단계 이후에,
(2-1) 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시키는 단계;를 포함하되,
상기 (1-1) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액은 감광성(Photo reacitive) 모노머(monomer)를 포함하고, 상기 교류 전기장을 가한 이후에, 상기 그래핀 옥사이드 용액에 광을 가하여 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성하며,
상기 (2-1) 단계에서, 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시켜, 굴절률 이방성을 갖는 네마틱상 또는 원하는 방향으로 정렬된 그래핀 옥사이드를 얻는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 정렬방법.
(1-1) applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) phase and a nematic (N) phase; And
After the step (1-1)
(2-1) evaporating the solvent in the graphene oxide solution,
In the step (1-1), the graphene oxide solution includes a photo-reactive monomer, and after applying the alternating electric field, light is applied to the graphene oxide solution to form graphene oxide-polymer ≪ / RTI >
In the step (2-1), the solvent is evaporated in the graphene oxide solution to obtain a nematic phase having refractive index anisotropy or graphene oxide aligned in a desired direction.
삭제delete 삭제delete 삭제delete (1-2) 이상성(B)상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하여 그래핀 옥사이드를 원하는 방향으로 이동시키는 단계;를 포함하는 그래핀 옥사이드 이동방법에 있어서,
상기 교류 전기장의 주파수는 100Hz 내지 7MHz인 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 이동방법
(1-2) a step of applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) phase and a nematic (N) phase to move graphene oxide in a desired direction In the pin oxide transfer method,
Wherein the frequency of the alternating electric field is 100 Hz to 7 MHz.
(1-2) 이상성(B)상, 등방성(I) 및 네마틱(N)상 중 적어도 하나의 그래핀 옥사이드 용액에 교류 전기장을 가하여 그래핀 옥사이드를 원하는 방향으로 이동시키는 단계;를 포함하는 그래핀 옥사이드 이동방법에 있어서,
상기 교류 전기장은 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 이동방법.
(1-2) a step of applying an alternating electric field to at least one graphene oxide solution of an ideal (B) phase, an isotropic (I) phase and a nematic (N) phase to move graphene oxide in a desired direction In the pin oxide transfer method,
Wherein the alternating electric field has a spatially non-uniform distribution.
제12항에 있어서,
상기 그래핀 옥사이드 이동방법은,
상기 공간적으로 불균일한 분포를 갖는 교류 전기장에 의하여 발생된 유전 영동 현상에 의하여, 상기 그래핀 옥사이드의 농도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 이동방법.
13. The method of claim 12,
The graphene oxide transfer method includes:
Wherein the graphene oxide concentration can be controlled by a dielectrophoresis phenomenon generated by an alternating electric field having a spatially nonuniform distribution.
삭제delete 삭제delete 제12항에 있어서,
상기 (1-2) 단계 이후에, (2-2) 상기 그래핀 옥사이드 용액에서 용매를 증발시키는 단계;를 더 포함하되,
상기 (1-2) 단계에서,
상기 그래핀 옥사이드 용액은, 감광성(Photo reacitive) 모노머(monoer)를 포함하며, 상기 교류 전기장을 가한 이후에, 상기 그래핀 옥사이드 용액에 광을 가하여 그래핀 옥사이드- 고분자 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 이동방법.
13. The method of claim 12,
After (1-2), (2-2) evaporating the solvent in the graphene oxide solution,
In the step (1-2)
Wherein the graphene oxide solution comprises a photo-reactive monomer, and after application of the alternating electric field, light is applied to the graphene oxide solution to form a graphene oxide-polymer complex Graphene oxide.
삭제delete 그래핀 옥사이드 셀;
상기 그래핀 옥사이드 셀에서 유도 복굴절 현상이 발생하도록, 그래핀 옥사이드 셀에 불균일한 전기장을 인가하는 전극;
상기 그래핀 옥사이드 셀에서 발생된 유도 복굴절 현상을 이용하기 위하여, 그래핀 옥사이드 셀의 상하에 배치된 광학 장치;를 포함하는 광학 디바이스.
Graphene oxide cell;
An electrode for applying a non-uniform electric field to the graphene oxide cell so that the induced birefringence phenomenon occurs in the graphene oxide cell;
And an optical device disposed above and below the graphene oxide cell to utilize the induced birefringence phenomenon generated in the graphene oxide cell.
제18항에 있어서, 상기 광학 디바이스는
디스플레이, Retarder, 및 광학 필름, 편광 조절 장치 중 적어도 하나를 포함하는 광학 디바이스.
19. The apparatus of claim 18, wherein the optical device
A display, a retarder, and an optical film, and a polarization controller.
삭제delete 삭제delete
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