KR101529012B1 - 저렴한 비용으로 손상없이 그래핀을 전사하는 방법 - Google Patents

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Abstract

저비용으로 손상없이 그래핀을 전사하기 위한 방법에 관한 발명. 이 방법에서, 표면에 전사 매개체가 코팅된 그래핀이 사용되며 그 원래의 기재는 전극으로 사용된다. 전극을 전해액 속에 넣으면 전기분해에 의해 그래핀 전극 표면에서 생성되는 기포의 힘과 기체의 인터컬레이션에 의해서 그래핀이 원래 기재로부터 분리된다. 이에, 전사 매개체가 코팅된 그래핀이 손상없이 목표대상 기재에 결합된다. 목표대상 기재에 그래핀을 전사하기 위해 전사 매개체를 제거한다. 본 전사 방법은 그래핀의 측면 및 원래 기재의 측면에서 손상 또는 손실이 없으며, 원래 기재를 재사용할 수 있다. 또한, 본 방법은 시행이 용이하며, 신속 동작하고 제어가 쉽고 무공해적이다.

Description

저렴한 비용으로 손상없이 그래핀을 전사하는 방법 {Method for Transferring Graphene Nondestructively with Low Cost}
본 발명은 저가로 그래핀을 무손상 전사하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기분해 공정시에 생성되는 기포의 이동 작용 및 인터컬레이션 효과를 활용하여, 그래핀을 최초 기재로부터 모든 종류의 목표대상 기재로 저렴하게 손상없이 전사하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 도체 또는 반도체 기재의 표면에 있는 단층 또는 복층의 그래핀을 전사하는 데 적합하다.
본 출원은 중국에 2011년 9월 6일에 출원된 외국출원 제201110154465.9의 우선권을 주장한 2012년 8월 6일 출원된 국제 출원 PCT/CN2012/076622의 국내 단계 진입을 위한 출원이다. 이들 출원의 명세서에 기재된 내용(및 계속 중 이루어지는 보정 내용)을 본원의 참고자료로서 인용한다.
그래핀(graphene)은 일차원의 밀하게 결집된 카본 원자로 구성된 2차원 벌집구조 결정 구조를 가지며, 다른 디지털 탄소 재료(0차원의 풀러린(fullerenes), 1차원의 카본 나노튜브, 3차원의 그래파이트)를 구성하는 기본 구조체이다. 그래핀의 독특한 결정 구조는 우수한 전기적, 열적, 기계적 특성(예를 들어 전자 이동도는 최대 200,000cm2/Vㆍs, 열전도율은 최대 5300W/mㆍk)을 제공한다. 그래핀은 다기능 나노 전자 소자, 투명 도전 막, 복합 재료, 촉매 재료, 에너지 저장 물질, 전계 발광 재료, 기체 센서, 기체 저장 재료, 및 그 밖의 분야에서 광범위하게 사용하는 것이 가능하다. 그래핀의 많은 우수한 특성을 활용하기 위해서는 고품질의 그래핀의 제작 및 소정 기재(substrate)로의 그래핀 전사(transfer)가 중요한 요소가 된다. 2004년 맨체스터 대학의 연구진에 의해, 안정된 그래핀이 테이프 박리법(또는 마이크로기계 박리법)에 의해 최초로 분리된 이후, 많은 그래핀 제조 방법이 개발되었는데, 여기에는, 화학적 박리법, 에피택시 성장법, 화학적 기상 증착법(CVD) 등이 포함된다. 비교적 간단한 제조 공정 및 비교적 큰 생산 규모의 측면에서, 화학적 박리에 의해 제조된 그래핀은 복합 재료, 가요성 투명 도전막, 및 에너지 저장용 전극 재료에 이미 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 화학적 박리에 의해 얻어지는 그래핀의 품질은 비교적 좋지 않으며 많은 구조적 결함이 존재하기 때문에, 그래핀의 크기와 그래핀 층의 개수와 같은 구조적 특성을 제어하기가 어렵다. CVD 및 에피택시 성장 방법은 고품질의 그래핀 제조를 위한 주요 방법이다. 온도, 탄소원, 및 공정 압력을 포함한 제조 파라미터의 제어를 통해서, 높은 결정성의 그래핀을 다양한 기재 표면(금속 및 비금속) 상에 성장시킬 수 있고, 그래핀의 크기 및 층수를 특정 범위 내에서 제어할 수 있다. 그래핀의 특성, 물리적 척도, 및 응용 연구 등에 관련된 그래핀 연구를 위해서, 그래핀은 일반적으로, 그래핀을 성장시키는 기재와 상이와 소정의 기재 위에 놓아야 한다. 따라서, 고품질 그래핀을 위한 그래핀 전사 기술의 개발은 그래핀 재료의 연구 촉진에 매우 중요한 역할과 중요성을 갖는다.
현재, 그래핀 전사 기술의 두 가지 주요 유형으로서, 기재를 화학적으로 에칭하는 방식과, 직접 전사하는 방식이 있다. 원자적 수준의, 즉, 수 나노미터 두께의 그래핀의 측면에서 볼 때, 그래핀의 거시적 강도는 매우 낮으며 손상에 매우 취약하다. 따라서 최초 기재으로부터 그래핀을 손상없이 분리하는 것은 그래핀 전사에 있어서의 주요 과제이다. CVD 또는 에피택시 성장법에 의해 전이 금속의 표면에서 성장시킨 그래핀의 경우에는, 기재를 에칭하여 이 문제를 해결할 수 있다. 그러나 에칭법은 금속 기재를 희생시키기 때문에, 기재를 이루는 금속 물질이 전사 공정 중에 소모되며, 따라서 그래핀 제조 비용이 (특히 고가의 기재에 대해서는) 크게 증가된다. 또, 단계가 복잡하며, 공정 사이클이 길고, 환경 오염이 심하게 발생된다. 또한 이 방법은 화학적으로 매우 안정된 루비듐(Ru) 및 백금(Pt) 등의 귀금속 기재 위에 그래핀을 전사하는 데는 적합하지 않다. 고가 기재 위에 성장된 그래핀에 대해서는 직접 전사법을 사용할 수 있는데, 여기에서는 기재 표면에서 그래핀을 직접 벗겨내기 위하여 그래핀과의 결합력이 강한 전사매체(테이프, 접착제 등)가 활용된다. 이 방법은 기재 재료를 전혀 소모시키지 않으며, 부식성 또는 오염성의 화학적 시약을 사용하지 않는다. 그러나, 이 방법은 쉽게 그래핀을 손상시키며 고품질 그래핀을 위한 무손상 그래핀 전사를 실현할 수 없게 된다. 요약하면, 손상이 없는(기재의 무손상 및 그래핀의 무손상) 그래핀 전사 기술이 시급히 요구되며, 이는 고품질 그래핀의 향후 발전 전망에 일정 정도 중요한 사안이 된다.
본 발명의 목적은, 전기분해 공정을 통해 생성된 기포의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용(intercalation)을 활용하여 그래핀이 최초 기재에서부터 모든 유형의 목표대상 기재로 전사될 수 있도록 하여, 그래핀의 손상을 초래하지 않고 저비용으로 그래핀의 새로운 전사 방법을 제공하는 것이다. 본 방법은 공정이 간단하고 빠른 제어하기 쉽고 오염이 없는 반면, 그래핀 및 최초 기재에 손상 또는 손실을 발생하지 않는다. 따라서, 대규모 구현 가능하고, 낮은 비용으로 높은 품질의 그래핀 전사에 사용하는 데 이상적이다.
발명의 기술적 해결 수단을 다음과 같이 상세하게 설명한다.
본 발명의 저비용으로 손상을 유발하지 않는 그래핀 전사 방법에 따르면, 이 방법은 그래핀이 합성되거나 또는 임의의 방식으로 피복된 표면을 갖는 최초 기재를 이용한다. 최초 기재는 전기분해를 행하기 위한 전극으로서 활용되는데, 이 전기분해를 통해서 최초 기재의 표면에 기포가 생성되어 이동 작용 및 인터컬레이션의 조합된 효과가 일어나서 그래핀이 최초 기재의 표면으로부터 손상을 받지 않으면서 분리된다. 이어서, 최초 기재으로부터 분리된 손상없는 그래핀은 임의의 어떤 목표대상 기재의 표면으로 집적될 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다.
(1) 전사 매개체층을 코팅: 그래핀이 성장되거나 피복되는 최초 기재 위에 전사 매개체를 코팅하여 후속하는 처리 단계에서 그래핀의 손상을 방지하도록 한다.
(2) 최초 기재로부터 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 분리: 전사 매개체 및 그래핀의 복합층이 형성된 최초 기재를 용액 속에 넣되 이 최초 기재가 전극 역할을 하도록 하여서, 전기분해에 의해 최초 기재에서 기체 물질이 생성되도록 하고 이 기체 물질의 이동 및 인터컬레이션 작용을 통해 그래핀을 최초 기재로부터 손상을 주지 않으면서 분리시킨다.
(3) 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 목표대상 기재에 결합: 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 직접 접촉 방식을 이용하여 목표대상 기재 위에 부착시킨다.
(4) 전사 매개체 제거: 그래핀의 외면에 코팅된 전사 매개체를 용제 또는 가열에 의해 녹여서 제거한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 그래핀은, 화학적 증착법(CVD), 그래핀의 에피택시 성장(epitaxial growth), 침전(precipitation)에 의한 그래핀 성장, 그래핀의 (기계적인) 테이프 박리(exfoliation), 그래핀의 화학적 박리, 결합된 그래핀 막을 위한 그래핀 결합법(graphene assembly) 등, 다양한 많은 방식으로 수득할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공정 중에 그래핀이 손상되는 것을 방지하도록 그래핀의 강도를 보호하기 위하여 높은 분자량의 중합체를 전사 매개체로서 선택한다. 고 분자량 중합체는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 중 하나 이상에서 선택된다. 전사 매개체의 두께는 1㎚~1mm이며, 바람직하게는 20㎚~500μm이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 최초 기재에 전사 매개체와 함께 코팅된 그래핀은 전기분해 과정에서 캐소드 전극이나 애노드 전극으로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 그래핀의 최초 기재는, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 및 Ag를 포함하는 금속, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 또는 Ag의 금속합금 도전체, Si, SiO2, Al2O3을 포함하는 반도체, 또는 상기 금속, 금속합금 도전체, 및 반도체 중 두 가지의 복합물이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기분해 공정에 사용되는 전해질 용액은, 단일 용질 전해액(산, 염기, 또는 염), 다중 용질 전해액(산, 염기, 또는 염), 단일 용질 전해액과 유기 물질(하나 이상의 알킬, 알케닐, 알키닐, 방향족 탄화수소, 알콜, 알데히드, 카르복실 산, 에스테르를 함유)의 혼합물, 또는 다중 용질 전해액과 유기 물질(하나 이상의 알킬, 알케닐, 알키닐, 방향족 탄화수소, 알콜, 알데히드, 카르복실 산, 에스테르를 함유)의 혼합물을 포함한다. 이때 전해액은 최초 기재와 화학적 또는 전기화학적 반응을 하지 않을 특정 작용 조건 하에서 선택되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 용액 내의 전해질 농도는 0.01몰/L~10몰/L이고, 바람직하게는 0.1몰/L~4몰/L이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기분해 공정시의 작동 온도는 -10℃~100℃, 바람직하게는 10℃~50℃이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기분해 공정시의 전압은 1~100V, 바람직하게는 2~20V이고, 전류는 0.01~100A, 바람직하게는 1~10A이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고 분자량 중합체인 전사 매개체를 제거 하는 데 유기 용제를 사용하는 경우에는, 이 유기 용제는, 케톤, 염소화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 및 아세톤, 에틸 락테이트, 에틸렌 디클로라이드, 트리클로로에틸렌, 클로로포름 등의 방향족 탄화수소로 이루어진 하나 이상의 군에서 선택된다. 용해 온도는 0~200℃이나, 바람직하게는 20~80℃이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 고 분자량 중합체인 전사 매개체를 제거하기 위해 가열법을 사용할 경우에, 가열 온도는 50~600℃이나, 바람직하게는 100~350℃이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 그래핀의 목표대상 기재는, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 및 Ag를 포함하는 금속 도전체, Si, BN, SiO2, 및 Al2O3를 포함하는 반도체, 유리 및 석영을 포함하는 절연체, 또는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 고 분자량 중합체이다. 이때 목표대상 기재는, 평면한 표면 구조, 곡선 표면 구조, 또는 메시 구조 등의 임의의 구조를 가질 수 있다.
1. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기분해 처리를 위한 전해질 용액 내에, 전사 매개체가 코팅된 최초 기재와 그래핀을 전극으로 사용한다. 이 전기분해 공정을 통해, 기체 물질이 전극의 표면에 생성된다. 기체 물질의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해서, 그래핀은 손상 없이 최초 기재으로부터 분리된다.
2. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 일반적인 고분자 전사 매개체를 그래핀의 전사 매체로서 사용하여, 저렴하고 내구성있으며 전사 공정 후에 제거가 쉽다.
3. 본 발명의 바람직한 실시예 에 따르면, 정전압 또는 정전류 전원 장치가 사용된다. 전압은 5V의 정전압을 전류는 1A의 정전류를 사용하고 전기분해 시간이 보통 수 분 이내이므로, 전사 공정의 주기가 짧고, 전력 소비가 적다.
4. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 최초 기재 및 그래핀만이 전기분해용 전극으로 사용되고 전해액은 부식 작용이 전혀 없는 것으로 선택되기 때문에 최초 기재 및 그래핀에 손상을 일으키지 않는다. 최초 기재를 여러 번, 또는 회수에 제한없이 재사용할 수 있고, 따라서, 비용이 매우 절감되고 환경 오염이 일어나지 않는다.
5. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 작업 공정이 단순하고 용이하다. 기재를 에칭하는 그래핀 전사 방법에 비해, 본 발명의 방법은 대규모 그래핀 전사에 있어서 저비용의 신속한 전사를 실현할 수 있다.
결론적으로, 최초 기재 상에 성장 또는 코팅된 그래핀은 전사 매개체에 의해 보호되며, 전기분해 공정에 의해 생성된 기포의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용을 통해 손상없이 어떠한 목표대상 기재에도 전사될 수 있다. 따라서 높은 그래핀 품질이 유지될 수 있다. 또한, 기재를 몇번이나 횟수 무제한으로 재사용할 수 있으며, 따라서, 기재의 재료 손실이 크게 감소한다. 이 방법은 금속 기재 상에 성장된 그래핀을 전사하는 데 특히 적합하다. 또한, 전사 시간이 빠르고 환경 오염을 적게 일으켜서, 투명 도전막, 나노 전자소자 등의 대규모 그래핀 적용분야를 뒷받침할 수 있다.
상기 이외의 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명 및 도면을 통해서 명백해질 것이다. 본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 작용, 및 효과는 이하의 상세한 설명, 첨부도면, 및 특허청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 최초 기재에서 그래핀을 손상없이 분리하는 공정을 나타낸다. (a)는 표면에 그래핀이 성장 또는 피복되어 있는 백금박(foil) 상의 PMMA층 코팅을 도시한다. (b)는 전해조 내에서 캐소드 역할을 하는 PMMA/그래핀/백금박 및 애노드 역할을 하는 다른 백금박을 도시한다. (c)는 1A의 전류 인가시 전해액에 의해 생성되는 수소 기체의 작용을 통해 PMMA 및 그래핀의 복합층이, 금속 기재 역할을 하는 백금박으로부터 벗겨지는 것을 나타낸다. (d)는 수 10 초 동안의 기포 발생 후에 PMMA 및 그래핀의 복합층과 백금박이 완전히 분리된 것을 나타낸다. 이 도면에서, PMMA 및 그래핀의 복합층을 화살표로 가리키고 있다.
도 2는 백금박으로부터 전사되는 그래핀 막을 나타내는 것으로, (a)는 Si/SiO2 기재로 전사된 그래핀의 사진인데, 왼쪽은 그래핀이 표면에 성장되어 있는 단결정 백금(111) 기재이고, 오른쪽은 백금(111) 기재로부터 Si/SiO2 로 전사된 그래핀 막을 나타낸다. (b)는 Si/SiO2 로 전사된 그래핀 막을 나타내는 것으로서, 그래핀의 대부분은 단일층이고 작은 일부분은 이중층 또는 수개 층인 것을 나타내고 있다. 이 도면은 단일층 그래핀의 투과형전자현미경(TEM) 사진이다. (c)는 단일층 그래핀에 대한 라만(Raman) 스펙트럼의 비교도이다. 테이프 박리법에 의해 수득된 그래핀과, Si/SiO2 및 Si/Al2O3 를 목표대상 기재로서 사용하는 본 발명에 따른 무손상전사 방법에 의해 분리된 그래핀이 예시되어 있다. 약한 D 형태(weak D mode)가, 본 발명의 전사 방법에 의해 얻어진 그래핀의 품질이 높음을 증명해준다. 도 2는 본 발명의 전사 공정에 의해서 손상 및 파괴 효과가 발생되지 않음을 보여준다.
도 3은 무손상 그래핀 전사 공정 전과 후의 백금박에 성장된 단결정 그래핀의 구조적 특징을 나타내는 도면으로서, (a)와 (b)는 백금박에 성장된 단결정 그래핀의 SEM 사진이고, (c)와 (d)는 Si/SiO2 기재로 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진 이다. 도 3은 본 발명의 전사 공정에 의해, 단결정 그래핀에 손상 및 파괴가 일어나지 않았음을 보여준다.
도 4는 본 발명의 무손상 그래핀 전사 공정에 의해, 백금박에 성장된 단결정 그래핀을 다른 기재로 전사하는 것을 나타내는 도면으로서, (d)는 다수의 홈 구조물이 형성된 Si/SiO2 기재에 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진을 나타내고, (e)는 Au 전극이 표면에 형성되어 있는 Si/SiO2 기재에 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진을 나타낸다. 도 4는 본 발명의 전사 공정이 홈 구조물 및 전극이 형성되어 있는 기재와 같이 요철 구조를 갖는 기재에도 또한 적용가능하다는 것을 나타내는 것이다.
도 5는 무손상 그래핀 전사 공정 전과 후의 기재 표면의 변화를 보여주는 도면이다. (a)는 그래핀이 성장된 단결정 Pt(111)의 AFM 사진으로서, 주름은 그래핀이 존재함을 나타낸다. (b)는 본 발명의 전사 공정 후의 Pt(111)의 원자 수준에서의 구조를 나타내는 AFM 사진으로서, 본 발명의 전사 공정 후에도 그래핀에 의한 주름이 발생하지 않고 Pt(III)의 원래 형상 및 구조가 유지되는 것을 나타내고 있다.
도 6은 무손상 그래핀 전사 공정 후의, 단결정 백금 기재 상에 성장된 그래핀 막의 토포그래피(topography) 사진이다. (a)~(d)는 동일한 조건하에서 성장된 그래핀 막을, 본 발명의 무손상 전사 방법을 각각, 1회, 5회, 15회, 그리고 100회 이상 동일한 위치에 적용한 경우 전사된 그래핀 막의 SEM 사진이다. 도 6은 기재 표면의 변화가 거의 없다는 것을 보여주며, 본 발명의 전사 공정 후에도 기재를 반복해서 사용할 수 있음을 나타낸다.
도 7은 무손상 그래핀 전사 공정 후의, 다결정 백금 기재 상에 성장된 단결정 그래핀 아일런드(island)의 특성을 나타낸다. (a)와 (b)는 각각, 120분 동안 성장시킨 그래핀의 SEM 사진이며, (c)와 (d)는 각각, 180분 동안 성장시킨 그래핀의 SEM 사진이다. 도 7 에 따르면, 백금박을 여러 차례 반복적으로 사용해도, 이 백금박 위에 성장되는 단결정 그래핀에 거의 차이가 없는바, 백금박을 계속해서 기재로 사용할 수 있다. 이 다결정 백금박 기재는 이미 500회 이상 반복적으로 사용하였던 것이다.
본 발명의 저비용으로 손상을 유발하지 않는 그래핀 전사 방법에 따르면, 이 방법은, 표면에 그래핀이 합성되거나 또는 임의의 방식으로 피복되어 있는 최초 기재를 이용한다. 최초 기재는 전기분해용 전극으로서 활용되는데, 이 전기분해를 통해서 최초 기재의 표면에 기포가 생성되어 이동 작용(moving action) 및 인터컬레이션(intercalation)의 조합 효과가 일어나서 그래핀이 최초 기재의 표면으로부터 손상을 받지 않으면서 분리된다. 이어, 최초 기재으로부터 분리된 손상없는 그래핀은 임의의 목표대상 기재의 표면에 부착시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다.
(1) 전사 매개체층의 코팅: 후속 처리 단계에서의 그래핀의 손상을 방지하기 위해, 그래핀이 성장되거나 피복된 최초 기재 위에 전사 매개체를 코팅한다.
(2) 최초 기재로부터 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 분리: 전사 매개체 및 그래핀의 복합층이 형성된 최초 기재를 용액 속에 넣되 이 최초 기재가 전극 역할을 하도록 하여서, 전기분해에 의해 최초 기재에서 기체 물질이 생성되도록 하고 이 기체 물질의 이동 작용 및 인터컬레이션을 통해 그래핀을 최초 기재로부터 손상을 주지 않으면서 분리시킨다.
(3) 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 목표대상 기재에 결합: 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 직접 접촉법을 이용하여 목표대상 기재 위에 부착시킨다.
(4) 전사 매개체의 제거: 그래핀의 외면에 코팅된 전사 매개체를 용제 또는 가열에 의해 녹여서 제거한다.
실시예 1
화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다(CVD 법에 관해서는, Gao, L. B.; Ren, W. C.; Zhao, J. P.; Ma, L. P.; Chen, Z. P.; Cheng, H. M. Efficient growth of high-quality graphene films on Cu foils by ambient pressure chemical vapor deposition. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 183109를 참조 바람). 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다(이때 PMMA는 에틸 락테이트에, 4 wt%의 PMMA 농도로 용해되어 있음). 이때 회전코팅장치는 2000 rpm의 회전 속도로 1분간 회전시킨다. 180℃의 오븐에 백금박을 30분 동안 넣었다 꺼내어 실온에서 냉각시킨다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 음극(캐소드)으로 사용하며, 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 양극(애노드)으로 사용하여 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에 따르면, 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된 PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA 및 그래핀의 복합층이 박리되는 데 소요되는 시간은 백금박 표면의 거칠기, 크기, 및 기타 요인에 영향을 받는다. 따라서 소요되는 실제 시간은 백금박과, PMMA 및 그래핀 복합층의 분리 조건에 따른다. 일반적으로, PMMA 및 그래핀 복합층을 갖는 1cm×3cm 크기의 백금박의 경우에는 30초 내지 1분의 시간이 필요하다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을, Si/SiO2, Si/Al2O3, BN, PET, 유리, 구리 메쉬 등, 사전 절단한 목표대상 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, 목표대상 기재로 전사된 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경(atomic force microscopy)으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 2
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 양 면에 PMMA 층을 코팅한다(본 실시예에서는 백금박의 두 면에 PMMA를 코팅함). 이때 회전코팅장치는 2000 rpm의 회전 속도로 1분간 회전시킨다. 180℃의 오븐에 백금박을 30분 동안 넣었다 꺼내어 실온에서 냉각시킨다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 음극(캐소드)으로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 양극(애노드)으로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에 따르면, 전해질은 0.1~4몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 0.1~4A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 20~30℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다(본 실시예에서는 전기분해 공정에 0.1~4A의 전류를 인가함). 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다(본 실시예에서는 전기분해 공정 시간이 20초 내지 30분임). PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 3
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다(본 실시예에 따르면, 전해질은 0.1~5몰/L 농도의 KOH, H2SO4, Na2SO4 등의 다양한 알칼리, 산, 또는 염 수용액을 사용할 수 있다). PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다(본 실시예에서는 전기분해 공정에 0.1~4A의 전류를 인가함). 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면(본 실시예에서는 전기분해 공정 시간이 60초 내지 60분임), 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 4
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 단결정의 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다(이 실시예에서는 백금박을 두께가 10μm보다 큰, 백금판 또는 다른 규격의 단결정 또는 다결정 백금박을 사용할 수 있다). 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 5
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 다양한 방법을 이용하여 다양한 금속 위에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다(본 실시예에 따르면, 백금박을, 루테늄, 이리듐, 니켈, 구리 등과 같은 다양한 원소의 금속박 또는 실리콘 시트에 결합되고 안정화된 금속박으로 대체할 수 있다). 그래핀이 표면에 성장된 금속박 또는 금속막을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 금속박/막의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 금속박/막을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 백금을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다(본 실시예에 따르면, 전해질은 전극 금속을 부식시키지 않는 알칼리, 산, 또는 염 수용액을 사용할 수 있다). PMMA와 그래핀층이 형성된 금속박/막을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 금속박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 금속박/막으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 금속박/막으로부터 완전히 분리되면, 금속박 또는 금속막을 갖는 실리콘 시트와, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 6
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 다양한 방법을 이용하여 다양한 반도체 기재 위에 그래핀을 형성한다(본 실시예에 따르면, 금속 기재를, SiC 등의 반도체 기재로 대체할 수 있다). 그래핀이 표면에 성장된 반도체 기재를 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 반도체 기재의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 반도체 기재를 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 H2SO4 용액이다(본 실시예에 따르면, 전해질은 사용되는 기재를 부식시키지 않는 알칼리, 산, 또는 염 수용액을 사용할 수 있다). PMMA와 그래핀층이 형성된 반도체 기재를 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 20~30℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 반도체 기재는 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 반도체 기재로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 반도체 기재로부터 완전히 분리되면, 반도체 기재와, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 7
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후(본 실시예에서는 전기분해 공정시에 PMMA 및 그래핀 층을 용액 속에 천천히 담그며, 이 시간은 백금박과 PMMA 및 그래핀 복합층을 분리하는 데 드는 시간과 같다), 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 10~20℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 8
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 전사 매개체 층을 코팅한다(여기서, 전사 매개체로는 막 형성이 용이하고 기재와의 결합력이 강하며 제거가 용이한 포토레지스트, PDMS, 금속막 등을 사용할 수 있다). 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. 전사 매개체와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다(여기서, 전해질은 전사 매개체에 악영향을 주지 않는 것을 사용한다). 전사 매개체와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 부분적으로 담근 후에, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 20~30℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, 전사 매개체 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 9
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 전해질은 1몰/L의 특정 전해액이다(여기서, 애노드에 산소를 발생시키지 않는 소정 전해액을 사용한다. 예를 들어 NaCL이나 HCl을 전해액으로 사용할 수 있다). PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 염소 기체(Cl2)를 생성하게 된다. 염소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 10
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅하고 오븐 건조시킨다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 두 개의 백금박을 정전류 전원의 양극 및 음극에 각각 연결한다. 전해질은 1몰/L의 특정 전해액이다(여기서, 애노드에 산소를 발생시키지 않는 소정 전해액을 사용한다. 예를 들어 NaCL이나 HCl을 전해액으로 사용할 수 있다). PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 30~40℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 염소 기체(Cl2)를 생성하게 된다. 염소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트를 사용하여 정제수에서 꺼내고 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 오븐 건조시킨다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 실리콘 시트의 표면에 위치시키고 아세톤으로 PMMA를 녹여 제거한다.
다음에, 실리콘 시트 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 11
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 목표대상 기재(본 실시예에서는 유리 기재임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 고온 가열 장치(100~180℃)에 30분 이상 둔다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 유리 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, 유리 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 12
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 목표대상 기재(본 실시예에서는 PET 기재임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 PET 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, PET 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 13
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 목표대상 기재(본 실시예에서는 수 개 층의 6각형 보론나이트라이드 (BN)/SiO2/Si 기재임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 고온 가열 장치(100~180℃)에 30분 이상 둔다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 BN 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, BN/SiO2/Si 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 14
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 목표대상 기재(본 실시예에서는 200 메쉬의 미세막 구리 메쉬 그리드 기재임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 고온 가열 장치(100~180℃)에 30분 이상 둔다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 미세막 구리 메쉬 그리드 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, 미세막 구리 메쉬 그리드 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 15
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 목표대상 기재(본 실시예에서는 표면에 홈이 있는 SiO2/Si 기재임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 고온 가열 장치(100~180℃)에 30분 이상 둔다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 SiO2/Si 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, SiO2/Si 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
실시예 16
본 실시예와 실시예 1과의 차이점은 다음과 같다.
본 실시예에 따르면, 화학적 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 백금박 상에 그래핀을 성장시켜서 그래핀을 수득한다. 그래핀이 표면에 성장된 백금박을 냉각시킨 후, 회전코팅장치를 사용하여 백금박의 한 면에 PMMA 층을 코팅한다. 전사 매개체의 두께는 500~1000㎚이다. PMMA와 그래핀 층이 있는 백금박을 캐소드로 사용하며 정전류 전원의 음극에 연결하고, 다른 백금박을 애노드로 사용하며 전원의 양극에 연결한다. 본 실시예에서 전해질은 1몰/L의 NaOH 용액이다. PMMA와 그래핀층이 형성된 백금박을 NaOH 용액 속에 완전히 담근 후, 1A의 전류와 8~16V의 전압을 인가하고 40~50℃의 온도에서 전기분해 공정을 수행한다. 전기분해 공정 동안에, 전원의 음극에 연결된, PMMA 및 그래핀층을 갖는 백금박은 수소 기체(H2)를 생성하게 된다. 수소 기체의 이동 작용 및 인터컬레이션 작용에 의해 PMMA 및 그래핀 복합층이 백금박으로부터 서서히 박리된다. PMMA와 그래핀의 복합층이 백금박으로부터 완전히 분리되면, 백금박과, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 NaOH 용액에서 꺼내어 정제수에 넣는다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 소정 시간 동안 수회 세척한 후, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 사전 절단한 구리 기재(본 실시예에서는 1μm~1mm 두께의 은, 알루미늄 등의 금속 기재를 사용할 수도 있임)를 이용하여 정제수에서 꺼낸다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 저온 가열 장치 또는 가열 램프(50~80℃)에 30분 이상 노출하여 잔류 물(water)을 제거한다. 그런 다음, 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 고온 가열 장치(100~180℃)에 30분 이상 둔다. 분리된 PMMA 및 그래핀 복합층을 SiO2/Si 기재의 표면에 위치시킨다. 최종적으로, 최소 10분 동안 아세톤을 이용하여 PMMA를 용해시킨다.
다음에, 구리 기재 상의 그래핀을 관찰한다. 표면의 층 분포, 균일성, 및 손상 정도를 광학 현미경으로 관찰하고, 미세 균열 및 주름을 원자간력 현미경으로 관찰하고, 그래핀 결정의 품질을 라만 분광 분석을 통해 측정한다.
백금박에서 그래핀을 분리하는 무손상 그래핀 전사 방법의 흐름도가 도시되어 있는 도 1을 참조하면, (a)는 표면에 그래핀이 성장 또는 피복되어 있는 백금박 상에 PMMA층을 코팅하는 것을 도시한다. (b)는 전해조 내에서 캐소드 역할을 하는 PMMA/그래핀/백금박 및 애노드 역할을 하는 다른 백금박을 도시한다. (c)는 1A의 전류 인가시 전해액에 의해 생성되는 수소 기체의 작용을 통해 PMMA/그래핀이, 금속 기재 역할을 하는 백금박으로부터 벗겨지는 것을 나타낸다. (d)는 수 10 초 동안의 기포 발생 후에 PMMA 및 그래핀의 복합층과 백금박이 완전히 분리된 것을 나타낸다. 이 도면에서, PMMA/그래핀 층(PMMA와 그래핀의 복합층)을 화살표로 가리키고 있다.
도 2에서, (a)는 Si/SiO2 기재로 전사된 그래핀의 광학 사진인데, 왼쪽은 그래핀이 표면에 성장되어 있는 단결정 백금(111) 기재이고, 오른쪽은 백금(111) 기재로부터 Si/SiO2 로 전사된 그래핀 막을 나타낸다. (b)는 Si/SiO2 로 전사된 그래핀 막의 광학 사진을 나타내는 것으로서, 그래핀의 대부분은 단일층이고 작은 일부분은 이중층 또는 수개 층인 것을 나타내고 있다. 이 도면은 단일층 그래핀의 경계 부분을 나타내는 투과형 전자현미경(TEM) 사진이다. (c)는 단일층 그래핀에 대한 라만(Raman) 스펙트럼의 비교도이다. 테이프 박리법에 의해 수득된 그래핀과, Si/SiO2 및 Si/Al2O3 를 목표대상 기재로서 사용하는 본 발명에 따른 무손상전사 방법에 의해 분리된 그래핀이 예시되어 있다. 약한 D 형태(weak D mode)가, 본 발명의 전사 방법에 의해 수득된 그래핀의 품질이 높음을 증명해준다. 도 2는 본 발명의 전사 공정에 의해서 손상 및 파괴 효과가 발생되지 않음을 보여준다. 본 발명의무손상 전사 방법 후에 그래핀 막에 아무런 심각한 손상이 보이지 않는바, 본 발명의 무손상 전사 방법에 의해 그래핀에 손상이 없음이 입증된다.
도 3을 참조하면, (a)와 (b)는 백금박에 성장된 단결정 그래핀의 SEM 사진이고, (c)와 (d)는 Si/SiO2 기재로 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진이다. 도 3은 본 발명의 전사 공정에 의해, 단결정 그래핀에 손상 및 파괴가 일어나지 않았음을 보여준다.
도 4에서, (d)는 다수의 홈이 형성되어 있는 Si/SiO2 기재에 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진을 나타내고, (e)는 Si/SiO2 기재 상의 Au 전극에 전사된 단결정 그래핀의 광학 사진을 나타낸다. 도 4는 본 발명의 전사 방법이, 홈 및 전극이 형성되어 있는 기재와 같이 요철 구조를 갖는 기재에도 또한 적용가능하다는 것을 나타내는 것이다.
도 5에서, (a)는 그래핀이 성장된 단결정 Pt(111)의 AFM 사진으로서, 접힌 부분(주름)이 그래핀이 존재의를 나타낸다. (b)는 본 발명의 전사 공정 후의 Pt(111) 구조를 원자 수준에서 나타내는 AFM 사진으로서, 본 발명의 전사 공정 후에도 그래핀에 의한 주름이 발생하지 않고 Pt(III)의 원래 형상 및 구조가 유지되는 것을 나타내고 있다. 본 발명의 무손상 전사 공정 전과 후의 단결정 백금의 표면을 비교할 때, 백금의 표면에 그래핀 잔여물이 남아 있지 않고 원자적 수준에서 볼 때 백금 구조의 변화가 관찰되지 않아서, 본 발명의 무손상 전사 방법에 의해 백금 기재에 손상이 없음이 입증된다.
도 6에서, (a)~(d)는 동일한 조건하에서 성장된 그래핀 막을, 본 발명의 무손상 전사 방법을 각각, 1회, 5회, 15회, 그리고 100회 이상 동일한 위치에 적용한 경우 전사된 그래핀 막의 SEM 사진이다. 도 6은 기재 표면의 변화가 거의 없다는 것을 보여주며, 본 발명의 전사 공정 후에도 기재를 반복해서 사용할 수 있음을 나타낸다.
본 발명의 무손상 전사 방법을 1회, 5회, 15회, 및 100회 이상 사용하여서 성장된 그래핀이 다결정 백금에 전사된 SEM 사진에 따르면, 백금 기재 상에 성장된 그래핀의 막 구조에 큰 변화가 없음이 관찰된다. 이는, 본 발명의 전사 공정 후에도 동일한 기재를 반복적으로 사용할 수 있다는 것을 증명한다.
도 7에서, (a)와 (b)는 각각, 120분 동안 성장시킨 그래핀의 SEM 사진이며, (c)와 (d)는 각각, 180분 동안 성장시킨 그래핀의 SEM 사진이다. 도 7 에 따르면, 백금박을 여러 차례 반복적으로 사용해도, 이 백금박 위에 성장되는 단결정 그래핀에 거의 차이가 없는바, 백금박을 계속해서 기재로 사용할 수 있다. 이 다결정 백금박 기재는 이미 500회 이상 반복적으로 사용하였던 것이다. 이는, 반복적으로 사용한 기재에 성장시킨 단결정 그래핀의 아일런드(독립구역) 구조가 최초의 최초 기재에 성장시킨 단결정 그래핀 아일런드와 큰 차이가 없음을 보여 주며, 이는 본 발명의 전사 방법 후에도 이 기재를 사용할 수 있음을 증명한다.
당업자는 도면에 도시하고 전술한 본 발명의 실시예가 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니라고 의도된 것임을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 목적이 완전히 효과적으로 달성되었음을 알 수 있을 것이다. 상기 실시예들은 본 발명의 기능 및 구조적 원리를 예시하기 위한 것으로서 이러한 원리를 벗어나지 않으면서 변경을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 이하의 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 변형을 포괄한다.

Claims (9)

  1. 그래핀이 합성 또는 피복된 표면을 갖는 최초 기재를 이용하되 이 최초 기재는 전기분해를 행하기 위한 전극으로서 사용되며, 이 전기분해를 통해서 최초 기재의 표면에 기포가 생성되어 이동 작용 및 인터컬레이션의 조합된 효과가 일어나서 상기 최초 기재의 표면으로부터 그래핀이 손상을 받지 않으면서 분리되며, 최초 기재으로부터 분리된 손상없는 그래핀이 목표대상 기재의 표면에 부착될 수 있는, 손상을 유발하지 않는 그래핀 전사 방법에 있어서, 이 방법은
    (1) 후속하는 처리 단계에서 그래핀의 손상을 방지하도록 하기 위하여, 그래핀이 성장되거나 피복되는 최초 기재 위에 전사 매개체를 코팅하여서 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 형성하는, 전사 매개체 코팅 단계,
    (2) 전사 매개체 및 그래핀의 복합층이 형성된 최초 기재를 전해액 속에 넣되 이 최초 기재가 전극 역할을 하도록 하여서, 전기분해에 의해 최초 기재에서 기체 물질이 생성되도록 하고 이 기체 물질의 이동 작용 및 인터컬레이션의 조합 효과를 통해 그래핀을 최초 기재로부터 손상없이 분리시키는, 최초 기재로부터 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 분리하는 단계,
    (3) 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 직접 접촉 방식을 이용하여 목표대상 기재 위에 부착시키는, 전사 매개체 및 그래핀의 복합층을 목표대상 기재에 부착하는 단계,
    (4) 그래핀의 외부 표면에 코팅된 전사 매개체를 용제 또는 가열에 의해 녹여서 제거하는, 전사 매개체 제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 최초 기재상의 그래핀은, 화학적 기상 증착법, 에피택시 성장법, 침전법, 기계적인 또는 테이프에 의한 박리법, 화학적 박리법, 그래핀 결합법으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  3. 제1항에 있어서, 전사 매개체는 공정 중에 그래핀이 손상되는 것을 방지하도록 그래핀의 강도를 보호하기 위한 고 분자량의 중합체이며, 이 고 분자량 중합체는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌으로 구성된 그룹 중 하나 이상에서 선택되며, 전사 매개체의 두께는 1㎚~1mm인 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  4. 제1항에 있어서, 전사 매개체와 그래핀의 복합층이 코팅된 최초 기재는 전기분해시에 애노드 또는 캐소드로 사용되는 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  5. 제1항에 있어서, 그래핀의 최초 기재는, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 및 Ag 중 적어도 하나의 그룹에서 선택된 금속, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 또는 Ag 중 적어도 둘의 그룹에서 선택된 금속합금 도전체, Si, SiO2, Al2O3 중 적어도 하나의 그룹에서 선택된 반도체, 또는 상기 금속, 금속합금 도전체, 및 반도체 중 두 가지의 복합물인 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  6. 제1항에 있어서, 전기분해에 사용되는 전해액은, 단일 용질 전해액, 다중 용질 전해액, 단일 용질 전해액과 유기 물질의 혼합물, 또는 다중 용질 전해액과 유기 물질의 혼합물을 포함하되, 이 유기물질은 알킬, 알케닐, 알키닐, 방향족 탄화수소, 알콜, 알데히드, 카르복실 산, 에스테르 중 하나 이상을 함유하는 그룹에서 선택되고, 상기 전해액은 최초 기재와 전해액 사이에 화학적 또는 전기화학적 반응을 일으키지 않는 조건으로 선택되는 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  7. 제1항에 있어서, 전해액의 농도는 0.01몰/L~10몰/L, 온도는 -10℃~100℃, 전압은 1~100V, 전류는 0.01~100A인 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  8. 제1항에 있어서, 전사 매개체가 고 분자량 중합체인 경우에 이 전사 매개체를 유기 용제를 사용하여 제거하는 경우에 이 유기 용제는, 케톤, 염소화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 및 방향족 탄화수소로 이루어진 하나 이상의 군에서 선택되며, 용해 온도는 0~200℃이며; 전사 매개체가 고 분자량 중합체인 경우에 이 전사 매개체를 열로써 제거하는 경우에는 가열 온도는 50~600℃인 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.
  9. 제1항에 있어서, 그래핀의 목표대상 기재는, Pt, Ni, Cu, Co, Ir, Ru, Au, 및 Ag로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속 도전체, Si, BN, SiO2, 및 Al2O3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 반도체, 유리 및 석영으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 절연체, 또는, 고 분자량의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중합체이며, 상기 목표대상 기재는, 평면한 표면 구조, 곡선 표면 구조, 또는 메쉬형 구조의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 무손상 그래핀 전사 방법.

KR1020147000101A 2011-06-09 2012-06-08 저렴한 비용으로 손상없이 그래핀을 전사하는 방법 KR101529012B1 (ko)

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