KR101533034B1 - Reduced graphene oxide, preparing method thereof, and ink including the same - Google Patents

Reduced graphene oxide, preparing method thereof, and ink including the same Download PDF

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KR101533034B1
KR101533034B1 KR1020140042172A KR20140042172A KR101533034B1 KR 101533034 B1 KR101533034 B1 KR 101533034B1 KR 1020140042172 A KR1020140042172 A KR 1020140042172A KR 20140042172 A KR20140042172 A KR 20140042172A KR 101533034 B1 KR101533034 B1 KR 101533034B1
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graphene oxide
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이효영
수라지트소메
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to reduction graphene oxide, a manufacturing method of the reduction graphene oxide, and an ink including the reduction graphene oxide. The manufacturing method of the reduction graphene oxide comprises the steps of: irradiating light into a mixture of a metal and a photo-sensitizer and ionizing the same to form a reducing agent; and adding graphene oxide into the mixture in which the reducing agent is formed and reducing the same to form the reduction graphene oxide.

Description

환원 그래핀 옥사이드 및 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 잉크{REDUCED GRAPHENE OXIDE, PREPARING METHOD THEREOF, AND INK INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to reduced graphene oxide, a process for producing the same, and an ink containing the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본원은 환원 그래핀 옥사이드, 상기 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법, 및 상기 환원 그래핀 옥사이드를 포함하는 잉크에 관한 것이다.The present invention relates to reduced graphene oxide, a process for producing the reduced graphene oxide, and an ink comprising the reduced graphene oxide.

그래핀 및 다른 2 차원 나노 소재들은 그들의 독특한 2 차원 구조 및 고전도도, 광학적 투명성, 가스막 차단 특성들, 유연성 및 환경 안정성을 포함하는 매력적인 이점들로 인하여 폭 넓은 응용을 위한 큰 관심을 받고 있다. 고품질의 결정성 그래핀 시트의 제조를 위하여 그래핀은 전형적으로 기계적 박리법 및 화학적 기상 증착법(CVD)으로 제조된다. 그러나, 이러한 종래의 방법의 적용은 그래핀의 재생(reproduction) 및 대량 생산의 어려움들로 인하여 제한이 있다. 상기 언급된 제한 요소들을 극복하기 위하여, 초음파 분산 또는 급속 열 팽창 후의 화학적 환원에 의한 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 화학적 박리는 대량의 그래핀 플레이크(flake) [환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)]를 생산하기 위한 저비용 및 대량 생산 방법을 제공하는 화학적 접근이 채용되어 왔다. 상기 그래핀 플레이크는 전자 기기, 센서들, 바이오 적합 물질들 및 전기화학적 에너지 저장 및 변환 장치를 포함한 다양한 응용 분야에서 폭넓게 사용된다. 오늘날까지, 소듐하이드라이드, 황화수소, 하이드라진, NaBH4, 디메틸하이드라진, 하이드로퀴논, NaBH4 및 황산의 순차적인 이용, HI-AcOH, 비타민 C, 알루미늄 파우더와 같은 수많은 환원용 화합물들이 용액 상(phase)에서 GO를 환원하여 rGO를 생산하기 위하여 사용되었다. Graphene and other two-dimensional nanomaterials have received great interest for a wide range of applications due to their unique two-dimensional structure and attractive advantages, including high conductivity, optical transparency, gas barrier properties, flexibility and environmental stability . For the production of high quality crystalline graphene sheets, graphene is typically produced by mechanical stripping and chemical vapor deposition (CVD). However, the application of such conventional methods is limited due to the difficulties of reproduction and mass production of graphene. In order to overcome the above-mentioned limiting factors, the chemical exfoliation of graphene oxide (GO) by chemical reduction after ultrasonic dispersion or rapid thermal expansion has been accompanied by a large amount of graphene flake (reduced graphene oxide oxide, rGO)] has been employed as a chemical vapor deposition process. The graphene flakes are widely used in a variety of applications including electronics, sensors, biocompatible materials, and electrochemical energy storage and conversion devices. To date, numerous reducing compounds such as sodium hydride, hydrogen sulfide, hydrazine, NaBH 4 , dimethyl hydrazine, hydroquinone, NaBH 4 and sequential use of sulfuric acid, HI-AcOH, vitamin C and aluminum powder, Was used to reduce GO to produce rGO.

종래의 방법들에 의한 GO 필름의 직접적 환원이 보고되었다. 그러나, 이러한 방법들은 흔히 고독성 화학 물질들을 포함하거나 긴 환원 시간이 요구되거나, 또는 유연한 플라스틱 기재와는 양립할 수 없는 고온 처리가 요구되며, 상대적으로 산소 함량이 높은 rGO를 생산한다. 최근에, 액체 NH3와 결합된 소듐이 GO 박막에서 rGO 박막으로의 효과적인 변환을 위하여 보고되었으며, 이것은 매우 낮은 온도 (-78℃)를 요구한다. 그러나, 이 방법은 상온에서 필름을 다루는 것을 불가능하게 하며 액체 NH3의 사용으로 인하여 친환경적이지 않다. rGO 채널을 생성할 수 있는 GO의 직접(direct) 패터닝을 가능하게 하도록 상온에서 GO를 rGO로 빠르게 환원하는 것과 동시에 고순도의 rGO를 생산하는 것이 요구된다. 또한, 약한 독성 또는 무독성의 화학 물질을 사용하여 친환경적이고, 온화하며(mild), 효율적인 비용의 신규 환원 방법들을 개발하는 것은 해결 과제로 남아있다. 지금까지, 매우 짧은 반응 시간으로 상온에서 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고 환원(highly reduced) rGO로의 GO의 용이하고 직접 패터닝에 관련된 보고는 거의 없다.Direct reduction of the GO film by conventional methods has been reported. However, these methods often require high temperature treatments that involve highly toxic chemicals, require long reduction times, or are incompatible with flexible plastic substrates and produce rGO with relatively high oxygen content. Recently, sodium combined with liquid NH 3 has been reported for effective conversion of GO thin films to rGO thin films, which requires very low temperatures (-78 ° C). However, this method makes it impossible to handle the film at room temperature and is not environmentally friendly due to the use of liquid NH 3 . it is required to rapidly reduce the GO to rGO at room temperature and simultaneously produce high purity rGO so as to enable direct patterning of the GO which can generate the rGO channel. In addition, the development of new methods of reduction of environmentally friendly, mild, and cost effective use of weakly toxic or non-toxic chemicals remains a challenge. To date, there have been few reports relating to easy and direct patterning of GO to N-doped or highly undoped rGO at room temperature with very short reaction times.

대한민국 공개특허 제 10-2012-0064364 호는 옥사이드기 중 일부가 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 폴리아믹산 조성물 및 그 제조방법에 대해서 개시하고 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0064364 discloses a polyamic acid composition comprising graphene oxide in which a part of the oxide groups are reduced and a method for producing the same.

이에, 본원은 환원 그래핀 옥사이드, 상기 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법, 및 상기 환원 그래핀 옥사이드를 포함하는 잉크를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a reduced graphene oxide, a method for producing the reduced graphene oxide, and an ink containing the reduced graphene oxide.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 금속, 및 감광제를 포함하는 혼합물에 빛을 조사하여 이온화시켜 환원제를 형성하고; 상기 환원제가 형성된 혼합물에 그래핀 옥사이드를 첨가하여 환원시켜 환원 그래핀 옥사이드를 형성하는 것을 포함하는, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a mixture containing a metal and a photosensitive agent with light to form a reducing agent; And reducing grains by adding graphene oxide to the mixture in which the reducing agent is formed to form reduced graphene oxide.

본원의 제 2 측면은, 상기 제 1 측면의 제조 방법에 따라 제조되는, 환원 그래핀 옥사이드를 제공한다.The second aspect of the present invention provides a reduced graphene oxide produced according to the manufacturing method of the first aspect.

본원의 제 3 측면은, 상기 제 2 측면에 따른 환원 그래핀 옥사이드를 포함하는 잉크를 제공한다.The third aspect of the present invention provides an ink comprising reduced graphene oxide according to the second aspect.

전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본원은 용액 상(phase)뿐만 아니라 고체 기재 상에서 상온에서의 단순한 광의 노출에 의하여 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고품질의 rGO로의 GO의 빠른 환원을 위한 새로운 방법을 보고하며, 이것은 상온에서 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고품질의 rGO 전극의 직접 패터닝을 가능하게 한다. 본원은 상온에서 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고품질의 rGO를 제조할 수 있는 소듐-벤조페논(Na-B) 또는 하이드라진의 존재 하 소듐-벤조페논 시스템(Na-B-H)의 신규 환원제를 고안했다. 광(light) 존재 하에서 소듐-벤조페논으로부터 생성된 전자를 이용하는 새롭게 생성된 라디칼 음이온들이 용액 상(phase)뿐만 아니라 고체 기재 상에서 GO를 rGO 시트로 환원할 수 있다고 추정된다. 또한, 상기 Na-B-H 시스템은 하이드라진의 도입에 의하여 N(질소) 원자들의 도핑과 함께 높은 수준의 환원을 허용할 수 있으며, 이것은 표면 저항의 감소를 돕는다. 하이드라진 환원 및 소듐-암모니아 또는 직접 열적 어닐링을 포함하는 다른 보고된 방법과 비교하여, 상온에서 짧은 시간 내에 N-도핑을 이용하여 매우 적은 수의 잔류 작용기 및 낮은 표면 저항을 가지는 그래핀을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 매우 친환경적인 프로토콜을 제공하는 효과를 나타낼 수 있다.According to any one of the above-mentioned means for solving the problem, the present invention is directed to a process for the rapid reduction of a GO to a high quality rGO that is N- doped or not doped N- by simple light exposure at room temperature on a solid substrate, , Which allows direct patterning of high quality rGO electrodes that are N-doped or non-doped at room temperature. The present invention contemplates a novel reducing agent of the sodium-benzophenone system (Na-BH) in the presence of sodium-benzophenone (Na-B) or hydrazine capable of producing high quality rGO at N- did. It is presumed that newly generated radical anions utilizing electrons generated from sodium-benzophenone in the presence of light can reduce the GO to the rGO sheet on the solid substrate as well as the solution phase. In addition, the Na-B-H system can tolerate a high level of reduction with the doping of N (nitrogen) atoms by the introduction of hydrazine, which helps to reduce the surface resistance. Compared with other reported methods involving hydrazine reduction and sodium-ammonia or direct thermal annealing, it is possible to produce graphene with very few residual functionalities and low surface resistivity using N-doping in a short time at room temperature In addition, it can provide the effect of providing a very environmentally friendly protocol.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서 상온에서 rGO의 in situ 직접 패터닝에 따르는 소듐-벤조페논(Na-B) 시스템에 의한 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1) 및 소듐-벤조페논-하이드라진(Na-B-H) 시스템에 의해 N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa-B-H2)의 형성의 개요 설명을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 있어서 소듐으로부터 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온을 이용하여 rGONa -B1 시트를 제조 가능한 환원 메커니즘 및 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본원의 일 구현예에 있어서 소듐 하이드라자이드 복합체, NaN2H3를 이용한 rGONa-H3 및 rGONa - H4 시트의 제조 가능한 환원 메커니즘 및 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4a는, 본원의 일 실시예에 있어서 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1), 및 N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa-B-H2)의 XPS 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4b는, 본원의 일 실시예에 있어서 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1), 및 N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa-B-H2)의 C1s XPS 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4c는, 본원의 일 실시예에 있어서 GO(적색), N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B- H2) (청색), 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1) (녹색), 및 그래파이트(흑색)의 파우더 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 4d는, 본원의 일 실시예에 있어서 GO(녹색), 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1) (청색), N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B- H2) (적색), 및 그래파이트(흑색)의 FT-IR 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서 그래파이트의 XPS 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서 rGONa -B- H2 시트의 N1s 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서 rGONa - H3 및 rGONa - H4 시트의 XRD 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서 약 24 시간 동안 UV 램프 하에서 처리된 GO 및 GO 용액의 XRD 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서 rGONa - H3 및 rGONa - H4 시트의 FTIR 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10a는, 본원의 일 실시예에 있어서 GO(흑색), 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1) (적색), 및 N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B- H2) (청색)의 라만 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10b는, 본원의 일 실시예에 있어서 GO(녹색), 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B1) (적색), N-도핑된 환원 그래핀 옥사이드(rGONa -B- H2) (흑색), 및 하이드라진에 의해 생성된 환원 그래핀 옥사이드 비교 샘플(rGOH) (청색)의 TGA 플롯을 나타내는 그래프이다.
도 10c는, 본원의 일 실시예에 있어서 (ⅰ)GO, (ⅱ)rGOH, (ⅲ)rGONa -B1, 및 (ⅳ)rGONa -B-H2 의 물 접촉각을 나타내는 이미지이다.
도 10d는, 본원의 일 실시예에 있어서 (ⅰ)GO, (ⅱ)rGOH, (ⅲ)rGONa -B1, 및 (ⅳ)rGONa -B-H2 의 표면의 SEM 이미지이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서 rGOH, rGONa - H3, 및 rGONa - H4 시트의 라만 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서 GO, rGONa - H3, 및 rGONa - H4 시트의 TGA 써모그램을 나타내는 그래프이다.
도 13의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서 Na-B 시스템 및 Na-B-H 시스템을 사용하여 제조된 rGONa -B1 시트의 AFM 이미지이다.
도 14의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서 rGONa - H3, rGONa - H4 시트, 및 그래파이트의 SEM 이미지이다.
도 15의 (a)는, 본원의 일 실시예에 있어서 배경광의 존재 하에서 PET 상의 GO 필름의 이미지이다.
도 15의 (b)는 일 실시예에 있어서 배경광 존재 하에서 rGONa -B1, 및 rGONa -B- H2 에 의한 GO 필름 상에 패턴된 SKKU의 이미지이다.
도 15의 (c)는 일 실시예에 있어서 각각 약 199 Ω per square 및 약 137.1 Ω per square 표면 저항을 나타내는 PET상의 GO 필름 상에 교차 rGONa -B1 및 rGONa -B-H2 패턴된 SKKU의 이미지이고, 도 15의 (d)는 일 실시예에 있어서 각각 약 198.1 Ω per square 및 약 127.4 Ω per square 표면 저항을 보여주는 PET 상의 GO 필름 상에 교차 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 패턴된 SKKU의 이미지이다.
도 15의 (e)는 일 실시예에 있어서 PET 상의 GO 필름의 이미지이다.
도 15의 (f)는 일 실시예에 있어서 약 135.9 Ω per square rGONa -B1 표면 저항, rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 에 의한 GO 필름 상의 선 패턴의 이미지이고, 도 15의 (g)는 약 194.9 Ω per square rGONa -B- H2 표면 저항, PET 상의 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 선 패턴의 이미지이다.
도 16은, 본원의 일 실시예에 있어서 PET 상의 GO 및 rGO 필름의 이미지이다.
도 17은, 본원의 일 실시예에 있어서 PET 상에서 SKKU 구조체를 생성하는 GO 필름 상의 교차 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 패턴을 생산을 나타내는 이미지이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a graph illustrating the effect of reduced graphene oxide (rGO Na -B1 ) and sodium-benzophenone-hydrazine by sodium-benzophenone (Na-B) system upon in situ direct patterning of rGO at room temperature, (RGO & lt ; / RTI > Na-B-H2 ) N-doped by the sodium (Na-BH) system.
2 is a schematic diagram illustrating a reduction mechanism and process capable of producing an rGO Na- B1 sheet using a solvated radical anion having an electron from sodium in one embodiment of the present invention.
Figure 3 is, rGO using sodium hydrazide conjugate, 2 H NaN 3 according to one embodiment of the present Na-H3 and rGO Na - H4 Lt; RTI ID = 0.0 > schematically < / RTI >
4A is a graph showing XPS spectra of graphene oxide, reduced graphene oxide (rGO Na- B1 ), and N-doped reduced graphene oxide (rGO Na-B-H2 ) in one embodiment of the present invention .
4B is a graph showing the C1s XPS spectrum of graphene oxide, reduced graphene oxide (rGO Na- B1 ), and N-doped reduced graphene oxide (rGO Na-B-H2 ) in one embodiment of the present invention to be.
Figure 4c, in one embodiment of the present GO (red), an N- doped reduction of graphene oxide (Na rGO -B- H2) (blue), reduction of graphene oxide (Na rGO -B1) (green), And powder XRD pattern of graphite (black).
FIGURE 4d, in one embodiment of the present GO (green), and reduction of graphene oxide (Na rGO -B1) (blue), an N- doped reduction of graphene oxide (Na rGO -B- H2) (red), And graphite (black).
5 is a graph showing the XPS spectrum of graphite in one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graphical representation of rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na- B- H2 Lt; RTI ID = 0.0 > N1s < / RTI >
Figure 7 is a graphical representation of rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na - H3 And rGO Na - H4 ≪ SEP > XRD < SEP >
Figure 8 is a graph showing the XRD spectra of GO and GO solutions treated under UV lamps for about 24 hours in one embodiment of the invention.
Figure 9 is a graphical representation of rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na - H3 And rGO Na - H4 ≪ SEP > FTIR < SEP >
Figure 10a, according to one embodiment of the present GO (black), reduction of graphene oxide (Na rGO -B1) (red), and the N- doped reduction of graphene oxide (Na rGO -B- H2) (blue) ≪ / RTI >
Figure 10b, according to one embodiment of the present GO (green), and reduction of graphene oxide (Na rGO -B1) (red), an N- doped reduction of graphene oxide (Na rGO -B- H2) (Black), And a reduced graphene oxide comparative sample (rGO H ) (blue) produced by hydrazine.
FIG. 10C is an image showing the water contact angle of (i) GO, (ii) rGO H , (iii) rGO Na -B1 , and (iv) rGO Na- B-H2 in one embodiment of the present invention.
10D is a SEM image of the surface of (GO), (ii) rGO H , (iii) rGO Na -B1 , and (iv) rGO Na- B-H2 in one embodiment of the present application.
FIG. 11 is a graph of rGO H , rGO < RTI ID = 0.0 > Na - H3 , rGO Na - H4 Raman spectrum of the sheet.
Figure 12 is a graphical representation of an embodiment of the present invention wherein GO, rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na - H3 , rGO Na - H4 Lt; RTI ID = 0.0 > TGA < / RTI >
Figures 13 (a) and 13 (b) are AFM images of the rGO Na- B1 sheet prepared using the Na-B system and the Na-BH system in one embodiment of the invention.
Figures 14 (a) - (c) illustrate rGO Na - H3 , rGO Na - H4 Sheet, and graphite.
Figure 15 (a) is an image of a GO film on PET in the presence of background light in one embodiment of the invention.
FIG. 15 (b) shows the rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 ≪ / RTI > is an image of a patterned SKKU on a GO film.
FIG. 15 (c) shows cross-sectional rGO Na -B1 and rGO Na- B-H2 patterned SKKUs on a PET film of about 199 Ω per square and about 137.1 Ω per square surface resistance, respectively, (D) of FIG. 15 shows cross-linked rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 patterns on a PET film on a PET film showing a surface resistance of about 198.1 Ω per square and about 127.4 Ω per square, respectively, It is an image of SKKU.
15 (e) is an image of a GO film on PET in one embodiment.
15 (f) is an image of a line pattern on the GO film by the surface resistance of about 135.9 Ω per square rGO Na -B1 , rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 in one embodiment, and FIG. g) is about 194.9 Ω per square rGO Na- B- H2 Surface resistance, rGO & lt ; / RTI & gt ; Na- B1 and rGO Na- B- H2 on PET.
16 is an image of GO and rGO films on PET in one embodiment of the invention.
Figure 17 shows the cross-linked rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na- B1 & lt ; / RTI & gt ; and rGO Na- B- H2 on the GO film producing SKKU structures on PET in one embodiment of the invention It is an image that represents the production of a pattern.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 금속, 및 감광제를 포함하는 혼합물에 빛을 조사하여 이온화시켜 환원제를 형성하고; 상기 환원제가 형성된 혼합물에 그래핀 옥사이드를 첨가하여 환원시켜 환원 그래핀 옥사이드를 형성하는 것을 포함하는, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a mixture containing a metal and a photosensitive agent with light to form a reducing agent; And reducing grains by adding graphene oxide to the mixture in which the reducing agent is formed to form reduced graphene oxide.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 빛을 조사하기 전에 상기 혼합물에 환원제로서 하이드라진을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 추가 첨가되는 하이드라진에 의하여 그래핀 옥사이드의 환원과 동시에 N-도핑이 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, it may additionally include, but is not limited to, adding hydrazine as a reducing agent to the mixture prior to irradiating the light. For example, the N-doping may be performed simultaneously with the reduction of graphene oxide by hydrazine, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 Na, Li, K, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the metal may include but is not limited to those selected from the group consisting of Na, Li, K, and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 감광제는 벤조페논을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photosensitizer may include, but is not limited to, benzophenone.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온화에 의하여 형성되는 환원제는 용매화 라디칼 음이온 또는 금속 하이드라자이드 복합체를 생성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the reducing agent formed by the ionization may be, but not limited to, produce a solvated radical anion or metal hydrazide complex.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온화는 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 이온화는 약 0℃ 내지 약 100℃, 약 10℃ 내지 약 100℃, 약 20℃ 내지 약 100℃, 약 30℃ 내지 약 100℃, 약 40℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 60℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 100℃, 약 80℃ 내지 약 100℃, 약 90℃ 내지 약 100℃, 약 0℃ 내지 약 90℃, 약 0℃ 내지 약 80℃, 약 0℃ 내지 약 70℃, 약 0℃ 내지 약 60℃, 약 0℃ 내지 약 50℃, 약 0℃ 내지 약 40℃, 약 0℃ 내지 약 30℃, 약 0℃ 내지 약 20℃, 또는 약 0℃ 내지 약 10℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment herein, the ionization may be performed at a temperature of from about 0 캜 to about 100 캜, but may not be limited thereto. For example, the ionization may be performed at a temperature of from about 0 캜 to about 100 캜, from about 10 캜 to about 100 캜, from about 20 캜 to about 100 캜, from about 30 캜 to about 100 캜, From about 0 DEG C to about 90 DEG C, from about 0 DEG C to about 100 DEG C, from about 60 DEG C to about 100 DEG C, from about 70 DEG C to about 100 DEG C, from about 80 DEG C to about 100 DEG C, from about 90 DEG C to about 100 DEG C, From about 0 째 C to about 30 째 C, from about 0 째 C to about 20 째 C, from about 0 째 C to about 70 째 C, from about 0 째 C to about 60 째 C, from about 0 째 C to about 50 째 C, , Or from about 0 < 0 > C to about 10 < 0 > C.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따라 제조되는, 환원 그래핀 옥사이드를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a reduced graphene oxide produced according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 1 측면에 관한 상기 기술내용은 모두 본원의 제 2 측면에 적용된다.The above technical information relating to the first aspect of the present application applies to the second aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 그래핀 옥사이드의 C/O 비율이 약 5 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the C / O ratio of the reduced graphene oxide may be about 5 or more, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 그래핀 옥사이드의 표면저항이 약 300 Ω/㎡ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the surface resistivity of the reduced graphene oxide may be about 300 Ω / m 2 or less, but may not be limited thereto.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 2 측면에 따른 환원 그래핀 옥사이드를 포함하는, 잉크를 제공한다.A third aspect of the invention provides an ink comprising a reduced graphene oxide according to the second aspect of the invention.

본원의 제 2 측면에 관한 상기 기술내용은 모두 본원의 제 3 측면에 적용된다.
The above technical information concerning the second aspect of the present application applies to the third aspect of the present invention.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[[ 실시예Example ] ]

<특성분석><Characteristic Analysis>

모든 X-선 광전자 분광(XPS) 측정은 100 W 에서 단색광 Al-Kα X-선 소스를 구비한 SIGMA PROBE(ThermoVG, U.K)에 의해 얻어졌다. 파우더 XRD 패턴은 D8-Adcance 기기(독일)와 Cu-Kα 방사선을 이용하여 수득되었다. 라만 분광 측정은 2.41 eV (514 nm)의 여기 에너지를 이용하여 micro-Raman system (Renishaw, RM1000-In Via)을 이용하여 수득되었다. rGO의 열적 특성은 TGA (Polymer Laboratories, TGA 1000 plus)에 의해 특성분석되었다. FT-IR 스펙트럼은 Thermo Nicolet AVATAR 320 기기를 이용하여 수집되었다. 마이크로구조는 전계방출주사전자현미경(FE-SEM; JSM-6701F/INCA Energy, JEOL)에 의해 관찰되었다. 원자간력현미경(AFM) 분석은 SPI-3800 controller(Seiko Instrument Industry Co.)를 구비한 SPA400 기기를 이용하여 상온에서 수행되었다. 접촉각은 상이한 5 개의 점에서 SEO Phoenix 300 microscope를 이용하여 측정되었다.
All X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were obtained by SIGMA PROBE (ThermoVG, UK) with a monochromatic Al-K? X-ray source at 100 W. Powder XRD patterns were obtained using D8-Adcance instrument (Germany) and Cu-Kα radiation. Raman spectroscopy measurements were obtained using a micro-Raman system (Renishaw, RM1000-In Via) using excitation energy of 2.41 eV (514 nm). The thermal properties of rGO were characterized by TGA (Polymer Laboratories, TGA 1000 plus). FT-IR spectra were collected using a Thermo Nicolet AVATAR 320 instrument. Microstructures were observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; JSM-6701F / INCA Energy, JEOL). Atomic force microscopy (AFM) analysis was performed at room temperature using a SPA400 instrument equipped with an SPI-3800 controller (Seiko Instrument Industry Co.). The contact angle was measured using the SEO Phoenix 300 microscope at five different points.

<< 실험예Experimental Example 1:  One: 그래핀Grapina 옥사이드(GO)의Of oxide (GO) 제조> Manufacturing>

GO는 황산, 과망간산염 칼륨 및 질산소듐을 이용하여 변형된 Hummers 및 Offenman 의 방법에 의해 천연 그래파이트 파우더 (Bay Carbon, SP-1 graphite)로부터 제조되었다.
GO was prepared from natural graphite powder (Bay Carbon, SP-1 graphite) by the method of Hummers and Offenman modified with sulfuric acid, potassium permanganate and sodium nitrate.

<< 실험예Experimental Example 2: 소듐 및  2: sodium and 벤조페논에Benzophenone 의한 환원  Reduction by 그래핀Grapina 옥사이드(rGOOxide (rGO Na-B1Na-B1 )의)of 제조> Manufacturing>

50 mL 이구-둥근 바닥 플라스크가 핫오븐으로부터 옮겨졌고 질소를 이용하여 플러시되었다. 신선하게 증류되고 탈산소화된 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran, THF) 15 mL 와 스터링 바와 함께 벤조페논(100 mg)의 샘플이 상기 플라스크 안에 놓여졌다. 소듐 금속(350 mg)의 작은 조각을 더 작은 조각으로 절단하였고, 질소의 주입 스트림에 대항하여 상기 플라스크 내로 직접적으로 주입하였다. 상기 플라스크의 두 번째 구(neck)는 물 콘덴서를 이용하여 밀폐되었다. UV 램프(254 nm) 또는 일반적인 소듐 광의 존재하에서 오일 배스에서 40℃에서 가열함으로써 청색이 생성될 때까지 상기 혼합물은 질소 하에 30 분 동안 교반되었다. 그리고 나서, 건조 THF 5 mL 중 분산된 건조 GO 20 mg 이 상기 용액에 첨가되었고, 교반은 동일한 조건하에서 추가적으로 40 분 동안 계속되었다. 마지막으로, 흑색 rGONa -B1 용액은 수득되었다. 상기 rGONa -B1 은 간단한 여과와 에탄올 및 물을 이용한 세척에 의해 수집되었다.
A 50 mL two-round bottom flask was removed from the hot oven and flushed with nitrogen. A sample of freshly distilled and deoxygenated tetrahydrofuran (THF) and a sample of benzophenone (100 mg) with a stir bar was placed in the flask. A small piece of sodium metal (350 mg) was cut into smaller pieces and injected directly into the flask against an injection stream of nitrogen. The second neck of the flask was sealed with a water condenser. The mixture was stirred under nitrogen for 30 minutes until a blue color was produced by heating at 40 占 폚 in an oil bath in the presence of a UV lamp (254 nm) or normal sodium light. 20 mg of a dispersed dried GO in 5 mL of dry THF was then added to the solution, and stirring was continued for an additional 40 minutes under the same conditions. Finally, a black rGO Na- B1 solution was obtained. The rGO Na- B1 was collected by simple filtration and washing with ethanol and water.

<< 실험예Experimental Example 3: 소듐,  3: sodium, 벤조페논Benzophenone  And 하이드라진에Hydrazine 의한 N- N- 도핑된Doped 환원  restoration 그래핀Grapina 옥사이드( Oxide ( rGOrGO Na-B-H2Na-B-H2 )의)of 제조> Manufacturing>

먼저, 상기 설명한 바와 같이, 청색 용액이 UV 램프의 존재 하에서 제조되었다. 건조 GO 20 mg이 THF 용액 중 하이드라진 5 mL 중에 분산되었다. 이어서, 상기 GO 용액이 Na-B 용액에 첨가되었고, 혼합 후 15 분 동안 같은 조건하에서 교반은 추가 30 분 동안 교반되었다. 마지막으로, 흑색 rGONa -B- H2 용액이 나타났다. 상기 rGONa -B- H2 는 간단한 여과와 에탄올 및 물을 이용한 세척에 의해 수집되었다.
First, as described above, a blue solution was prepared in the presence of a UV lamp. 20 mg of dry GO was dispersed in 5 mL of hydrazine in THF solution. The GO solution was then added to the Na-B solution, and stirring was continued for an additional 30 minutes under the same conditions for 15 minutes after mixing. Finally, black rGO & lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; Na- B- H2 & Solution. The rGO Na- B- H2 was collected by simple filtration and washing with ethanol and water.

<< 실험예Experimental Example 4: 소듐  4: sodium 하이드라자이트Hydrajite 복합체에 의한 환원  Reduction by complex 그래핀Grapina 옥사이드(rGOOxide (rGO Na-HNa-H )의)of 제조> Manufacturing>

먼저 소듐 금속(100 mg) 작은 조각을 더 작은 조각으로 절단하였고, 질소 주입 스트림에 반하여 이구-둥근 플라스크 내에 직접적으로 놓였다. 그 후, THF 용액의 5 mL 중으로 하이드라진이 상기 플라스크 내에 첨가되었고 오일 배스에서 1 시간 동안 50℃에서 가열되었다. 백색 복합체가 생성되었고, 이어서 THF 용액(5 mL) 중 분산된 건조 GO 10 mg을 첨가하고 같은 조건 하에서 추가 1 시간 동안 계속 교반되었다. 마지막으로 rGONa - H3가 생성되었다. 건조 GO가 하이드라진-THF 용액에 분산되었고, 이어서 소듐을 첨가하고 50℃에서 1 시간 동안 계속 교반하면서 가열되었다. 마지막으로 rGONa - H4가 수득되었다.
A small piece of sodium metal (100 mg) was first cut into smaller pieces and placed directly into a two-round flask against a nitrogen injection stream. Hydrazine was then added to the flask in 5 mL of THF solution and heated at 50 DEG C for 1 hour in an oil bath. A white complex was formed, followed by the addition of 10 mg of dispersed dried GO in THF solution (5 mL) and stirring continued for an additional hour under the same conditions. Finally, rGO Na - H3 was produced. The dried GO was dispersed in the hydrazine-THF solution, followed by addition of sodium and heating at 50 &lt; 0 &gt; C for 1 hour with continued stirring. Finally rGO Na - H4 was obtained.

<< 실험예Experimental Example 5:  5: GOGO  And RGORGO 필름의 제조> Production of Film>

GO 필름이 제조되었고, 이전에 보고된 과정에 따라 PET 필름상으로 조심스럽게 전사되었다[H. Feng, R. Cheng, X. Zhao, X. Duan, J. Li, Nat. Commun. 2013, 4, 1539.]. 상기 GO/PET 필름은 몇 분 동안 Na-B 또는 Na-B-H 용액 안에 침지되었다. 그 후에 상기 rGO/PET 필름은 포화된 탄산수소나트륨, 물, 및 에탄올을 이용하여 세척되었고 상온에서 건조하였다. 상기 rGO/PET 필름의 색상은 연한 갈색에서 흑색으로 변했다.
GO films were prepared and carefully transferred onto PET films according to previously reported procedures [H. Feng, R. Cheng, X. Zhao, X. Duan, J. Li, Nat. Commun. 2013, 4, 1539.]. The GO / PET film was immersed in Na-B or Na-BH solution for several minutes. The rGO / PET film was then washed with saturated sodium bicarbonate, water, and ethanol and dried at room temperature. The color of the rGO / PET film changed from light brown to black.

<< 실험예Experimental Example 6:  6: 패턴된Patterned rGOrGO NaNa -B1-B1  And rGOrGO NaNa -B--B- H2 H2 of 제작> Production>

먼저, GO 필름이 PET 상에 준비되었다. 동시에, Na-B 및 Na-B-H 용액 또한 준비되었다. 일반적으로, UV 램프 존재 하에 Na-B 및 Na-B-H 용액을 이용하여 GO 필름 상에 SKKU 및 선들과 같은 교차 패턴을 제작하기 위하여 브러쉬가 사용되었다. 마지막으로, 잔존하는 GO는 물을 이용하여 매우 조심스럽게 세척함으로써 제거되었다. 그 결과로서, 교차 패턴된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 구조물이 생성되었다.
First, a GO film was prepared on PET. At the same time, Na-B and Na-BH solutions were also prepared. Generally, brushes were used to make cross patterns such as SKKU and lines on the GO film using Na-B and Na-BH solutions in the presence of UV lamps. Finally, the remaining GO was removed by washing very carefully using water. As a result, the cross-patterned rGO Na- B1 and rGO Na- B- H2 The structure was created.

본 실시예에 있어서, 신규 환원제를 찾기 위한 본원의 신규 개념은 도 1에 나타낸 바와 같이 진행되었다. 금속성 소듐은 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온 '디페닐케틸(diphenylketyl)'의 생성에 기인하여 산소 작용기와 반응하는 강한 친화성을 가지는 짙은 색상의 용액을 형성하기 위해 벤조페논과 반응할 수 있었다. 소듐 금속과 벤조페논의 반응은 금속의 이온화를 초래하여 소듐 양이온 및 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온을 형성하였다(도 1 및 도 2). 용액 중 소듐 금속의 짙은 색상은 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온의 존재에 기인했다. 일반적으로, 이러한 전자와 용매화 라디칼 음이온은 ~40℃ 에서 가열에 의하여 생성되었다. 벤조페논이 광화학 응용 분야에서 감광제로서 잘 알려져 있기 때문에, 긴 시간 동안 고온에서 열처리를 적용하는 대신 본원은 단지 UV 광을 도입하여 상온에서 상기 용액 시스템을 활성화하였다. 벤조페논의 역할은 UV 광으로부터 필요한 에너지를 상기 용액 시스템으로 전이하여 소듐 금속의 반응과 함께 용매화 라디칼 음이온 및 전자를 생성하는 것이다. 본원은 종래의 가열 (~ 40℃) 역시 이용하여 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온 및 전형적인 소듐 광(light)을 생성하였으며, 이것은 상온보다 더 높은 온도를 야기하였다. N(질소) 도핑 특성을 가지는 환원제로서 보다 경쟁력 있는 본원의 용액 시스템을 제조하기 위하여, 본원은 소듐 및 벤조페논 용액 내에 무수 하이드라진을 첨가하였다. 문헌에 따라, 무수 하이드라진이 소듐 금속과 반응하였고 소듐 하이드라자이드 복합체, NaN2H3(도 3)가 수득되었다. 본 실시예에 따라, 수득된 상기 용액은 전자를 포함한 용매화 라디칼 음이온 및 소듐 하이드라자이드 복합체를 동시에 제조하였다. 또한, 본 실시예에 따른 상기 두 용액 시스템은 상기 GO 시트의 산소에 대한 강한 친화력으로 인하여 효과적으로 산소 관능성들을 제거하고 상기 GO 시트의 평면 기하구조를 복원할 것이라는 것을 가정하였다.In this example, the novel concept of the present invention to find a novel reducing agent proceeded as shown in Fig. Metallic sodium could react with benzophenone to form a dark colored solution with strong affinity for reacting with oxygen functional groups due to the formation of the solvated radical anion 'diphenylketyl' with electrons. The reaction of sodium metal with benzophenone resulted in the ionization of the metal to form solvated radical anions with sodium cations and electrons (FIGS. 1 and 2). The dark color of the sodium metal in the solution was due to the presence of solvated radical anions with electrons. Generally, these electrons and solvated radical anions were generated by heating at ~ 40 ° C. Since benzophenone is well known as a photosensitizer in photochemical applications, instead of applying a heat treatment at high temperature for a long time, the present invention only activated the solution system at room temperature by introducing UV light. The role of benzophenone is to transfer the necessary energy from the UV light to the solution system to produce solvated radical anions and electrons with the reaction of the sodium metal. We also used conventional heating (~ 40 ° C) to produce solvated radical anions with electrons and typical sodium light, which caused a temperature higher than room temperature. To prepare our more competitive solution system as a reducing agent with N (nitrogen) doping properties, we added anhydrous hydrazine in sodium and benzophenone solutions. According to the literature, anhydrous hydrazine reacted with the sodium metal and a sodium hydrazide complex, NaN 2 H 3 (Figure 3), was obtained. According to this example, the solution obtained simultaneously produced a solvated radical anion containing electrons and a sodium hydrazide complex. It is also assumed that the two solution systems according to this embodiment effectively remove oxygen functionality and restore the planar geometry of the GO sheet due to the strong affinity of the GO sheet for oxygen.

본원은 두 용액 시스템, Na-B 및 Na-B-H 를 제조했다. 건조 GO 파우더는 먼저 무수 하이드라진-THF 용액에 분산되었고 GO의 안정한 분산액을 만들기 위해서 20 분 동안 교반되었다. 소듐 금속의 몇 개의 조각들이 THF 용액 중 벤조페논에 첨가되었고, 이어서, UV 광 존재 하 상온에서 하이드라진 용액 중 GO의 첨가가 이어졌다. 그 결과로 수득된 용액 중, 전자를 갖는 용매화 라디칼 음이온 및 상기 복합체를 이용한 GO의 환원 후에, 흑색 N-도핑된 rGO(rGONa -B- H2) 용액이 수득되었다. 그러나, Na-B 시스템의 경우, 건조 GO는 THF 중에 분산되었고, 그리고 나서 rGO(rGONa-B1)를 생성하기 위하여 Na-B 용액이 첨가되었다. 본 실시예에 따른 가능한 환원 메커니즘은 도 2 및 도 3에 나타냈다. 대조 실험으로서, 본원은 ~50℃에서 소듐 금속과 무수 하이드라진-THF 용액의 반응에 의한 NaN2H3 복합체만을 제조했고, 이어서 THF 중에 분산된 GO를 첨가했다. 이것은 rGONa - H3 시트의 생성의 결과를 가져왔다. 또한, 본원은 상기 건조 GO 파우더를 무수 하이드라진-THF 용액에 분산시켰고, 이어서 GO의 안정한 분산액을 만들기 위해서 20 분 동안 교반함으로써 rGONa-H4 시트를 생성하였다. 실험 분석에 따르면, 상기 복합체의 농축된 형태를 갖는 환원 때문에 rGONa - H4가 rGONa - H3보다 더 환원되는 것으로 사료되었다. 이것은 또한 rGO 시트를 제조하기 위해서 환원제로서 NaN2H3 복합체를 사용한 첫 번째 예시이다. 상온에서 UV 광 및 일반적 광의 경우에는, 벤조페논은 소듐과 함께 복합체 형성을 위한 감광제로서 작용하고, 이것은 GO의 산소 작용기와 반응하는데 매우 효과적이다. We prepared two solution systems, Na-B and Na-BH. The dried GO powder was first dispersed in anhydrous hydrazine-THF solution and stirred for 20 minutes to make a stable dispersion of GO. Several pieces of sodium metal were added to the benzophenone in the THF solution followed by the addition of GO in the hydrazine solution at room temperature in the presence of UV light. A solution of black N-doped rGO (rGO Na- B- H 2 ) was obtained after the reduction of the GO in the resulting solution with the solvated radical anion having electrons and the complex. However, in the Na-B system, the dried GO was dispersed in THF, and then Na-B solution was added to produce rGO (rGO Na-B1 ). Possible reduction mechanisms according to this embodiment are shown in FIG. 2 and FIG. As a control experiment, we prepared only the NaN 2 H 3 complex by reaction of sodium metal with anhydrous hydrazine-THF solution at ~ 50 ° C, followed by the addition of GO dispersed in THF. This is rGO Na - H3 Resulting in the creation of a sheet. We also dispersed the dried GO powder in anhydrous hydrazine-THF solution and then stirred for 20 minutes to make a stable dispersion of GO to produce a rGO Na-H4 sheet. Experimental analysis suggests that rGO Na - H4 is more reduced than rGO Na - H3 due to the reduced form of the complex in this complex. This is also the first example of using a NaN 2 H 3 complex as a reducing agent to make an rGO sheet. In the case of UV light and general light at room temperature, benzophenone acts as a photosensitizer for complexing with sodium, which is very effective in reacting with oxygen functional groups of GO.

본원의 일 구현예에 있어서, X-선 광전자 분광기(XPS)는 제조된 rGONa -B1 및 rGONa-B-H2 파우더 샘플의 화학적 구조 및 조성을 측정하기 위해서 사용되었다. 상기 XPS 분석에 기초하여, 제조된 상기 GO는 매우 높은 산소 원자 퍼센트를 가졌다(2.01 의 C/O 비율, 도 4a). 도 4b는 GO, rGONa -B1, 및 rGONa -B- H2 파우더 샘플의 C1s 스펙트럼을 나타내었다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 산화 과정이 산소 관능성(functionality)의 높은 비율을 발생하기 때문에 일반적으로, GO는 두 개의 분리된 피크를 나타냈다. Na-B 및 Na-B-H 시스템을 이용한 환원 후, 관련된 모든 산소 피크들의 강도는 GO와 비교하여 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 샘플에서 급격하게 감소하였는데, 더 높은 결합 에너지 영역에서 작은 테일(tail)을 갖는 284.5 eV 근처에서 단일 피크에 의하여 설명되는 바와 같이 C=C 결합이 우세함을 나타냈으며, 이것은 rGONa-B1 및 rGONa -B- H2 에서 C=C 결합의 우수한 복원을 확인할 수 있었다(도 4b). 본원에 의해 제조된 rGOs는 더 적은 산소를 포함한다고 결론지었으며, 이것은 그래파이트와 매우 유사하고 고품질임을 확인하였다(도 5). 대조를 위해, Na-B 및 Na-B-H 시스템의 환원에 의하여 생성된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 C/O 비율은 각각 13.9 및 16.2 이었다(도 4b). 본원은 Na-B-H 시스템 중 질소 소스 (하이드라진)의 존재 때문에 제조된 rGO(rGONa -B- H2) 중에서 ~3.8% 질소를 관찰하였다. rGONa -B- H2 의 대응하는 N1s XPS 스펙트럼이 수득되었다(도 6). 본원은 또한 XPS를 이용하여 rGONa - H3 및 rGONa-H4 원자 조성을 결정하였다. 현저하게, 상기 rGONa - H3 및 rGONa - H4 샘플들은 상대적으로 각각 10.9 및 12.6 의 C/O 비율과 더 낮은 산소 퍼센트를 나타냈다(하기 표 1 참조). 상기 rGONa - H4 샘플은 rGONa - H3 보다 더 환원되었다. 제조된 생성물들은 하이드라진만을 이용한 환원 생성물에 의해 수득된 rGO로부터 상당히 구분되었다.In one embodiment of the present application, X- ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to measure the chemical structure and composition of the rGO Na -B1 and rGO Na-B-H2 powder samples prepared. Based on the XPS analysis, the prepared GO had a very high oxygen atomic percentage (C / O ratio of 2.01, Fig. 4A). Figure 4b GO, rGO Na -B1, and -B- rGO Na H2 The C1s spectrum of the powder sample is shown. As shown in Figure 4b, GO generally exhibited two separate peaks because the oxidation process produced a high proportion of oxygen functionality. After reduction using the Na-B and Na-BH systems, the intensities of all the associated oxygen peaks were compared with the rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 Sample showed a predominance of C = C bonds as evidenced by a single peak near 284.5 eV with a small tail in the higher binding energy region, indicating that rGO Na-B1 and rGO Excellent restoration of C = C bond in Na- B- H2 was confirmed (Fig. 4b). The rGOs prepared by the present invention were concluded to contain less oxygen, which was very similar to graphite and was of high quality (Fig. 5). For comparison, the C / O ratios of rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 produced by reduction of the Na-B and Na-BH systems were 13.9 and 16.2, respectively (FIG. Herein it was observed for ~ 3.8% of nitrogen in the rGO (rGO Na -B- H2) produced by the presence of a nitrogen source (hydrazine) of Na-BH system. The corresponding N1s XPS spectrum of rGO &lt; RTI ID = 0.0 & gt ; Na- B- H2 &lt; / RTI &gt; We also used XPS to determine the rGO Na - H3 and rGO Na - H4 atomic composition. Significantly, the rGO Na - H3 and rGO Na - H4 The samples showed relatively low C / O ratios of 10.9 and 12.6 and lower oxygen percentages (see Table 1, below). The rGO Na - H4 The sample was reduced more than rGO Na - H3 . The products produced were fairly distinct from rGO obtained by reduction products using only hydrazine.

[표 1][Table 1]

Figure 112014033774586-pat00001
Figure 112014033774586-pat00001

X-선 회절(XRD)은 rGO의 환원 정도를 증명하기 위한 효과적이고 편리한 방법이다. 파우더 XRD 분석은 제조된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 벌크 구조를 특성분석하기 위해서 사용되었다(도 4c). 그래파이트 파우더의 2θ 피크는 26.71° 에서 나타났고, 이는 3.34 A° 의 층간 거리에 해당되었다(도 4c). 반면, 상기 제조된 GO는 10.27 ° 에서 2θ 피크를 나타냈고, 이것은 상기 흑연이 8.60 A° 의 층간 거리를 갖는 GO로 완전히 산화되었음을 나타냈으며, 이것은 층간 공간이 산화 과정 동안 증가하였음을 설명했다(도 4c). 제조된 rGONa -B1의 XRD 패턴은 23.7° 에서 전형적인 샤프한 2θ 피크를 나타냈고, 상기 층간 거리는 ~3.75 A° 를 나타냈다(도 4c). GO(10.27 °) XRD 패턴으로부터 rGONa-B1 파우더(23.7 °)의 XRD 패턴으로의 2θ 피크의 변위는 rGONa -B1 이 환원 과정 동안 표면 작용기성 산소의 제거에 의하여 2차원 평면으로 매우 잘 정렬되어있다는 것을 시사하였다. rGONa -B- H2 또한 24.6 ° 에서 전형적인 샤프한 2θ 피크를 나타냈고, ~3.61 A° 의 층간 거리에 해당하며, rGONa -B1 파우더보다 더 높은 환원 정도를 설명하였다(도 4c). rGOs의 층간 거리는 3.75 A° 및 3.61 A° 이며, 이것은 그래파이트 파우더(3.34 A°)의 층간거리와 매우 가까웠다. 제조된 rGONa - H3 및 rGONa - H4 의 XRD 패턴은 도 7에 또한 제공되었다. 본 실시예에 있어서, 대조 실험으로서 24 시간 동안 UV 램프를 이용하여 GO 용액을 처리했으나, 처리 전과 후에 XRD 데이터에서 어떠한 현저한 변화가 관찰되지 않았다(도 8).X-ray diffraction (XRD) is an effective and convenient method for demonstrating the degree of reduction of rGO. Powder XRD analysis was used to characterize the bulk structure of the prepared rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 (Figure 4c). The 2 &amp;thetas; peak of the graphite powder appeared at 26.71 DEG, corresponding to an interlayer distance of 3.34 A DEG (FIG. 4C). On the other hand, the prepared GO exhibited a 2? Peak at 10.27 °, indicating that the graphite was completely oxidized to GO with an inter-layer distance of 8.60 A °, which explained that interlayer space increased during the oxidation process 4c). The XRD pattern of the prepared rGO Na- B1 showed typical sharp 2 &amp;thetas; peaks at 23.7 DEG and an interlayer distance of ~ 3.75 A DEG (Fig. 4C). GO (10.27 °) rGO Na- B1 powder (23.7 °) is displaced rGO Na -B1 the reduction process surface acts very well aligned in a two-dimensional surface by the removal of off-the-shelf oxygen during the peak of 2θ in the XRD pattern from the XRD pattern . rGO Na -B- H2 also showed the typical sharp peak 2θ at 24.6 °, ~ corresponds to an interlayer distance of 3.61 A °, has been described a higher degree of reduction than rGO Na -B1 powder (Fig. 4c). The interlayer distance of rGOs was 3.75 A ° and 3.61 A °, which was very close to the interlayer distance of graphite powder (3.34 A °). The XRD patterns of the rGO Na - H3 and rGO Na - H4 prepared were also provided in FIG. In this example, the GO solution was treated using a UV lamp for 24 hours as a control experiment, but no significant change was observed in the XRD data before and after treatment (FIG. 8).

본 실시예에 있어서, 본원은 환원 과정 후 GO 내 작용기의 변화를 연구하기 위하여 푸리에 변환 적외분광법(FTIR)을 이용했다. 중요한 점은, FTIR 스펙트럼은 신규 시스템에 의한 산소 기의 점진적인 제거를 명확하게 보여주었다(도 4d). GO 필름이 상기 시스템에 의하여 환원되었기 때문에, 모든 산소 작용기들의 피크는 현저하게 또는 완전히 감소하였다. 실제로 산소-함유기는 GO의 평면에 탄소-산소 결합을 분해하기 위해서 제조된 전자를 가지는 용매화 라디칼 음이온과 쉽게 반응할 수 있다(도 2). 제조된 rGOs의 FTIR 결과는 일반 그래파이트의 것과 매우 유사하다. 이것은 상기 물질이 더 적은 산소를 포함하고 고품질임을 확인하였다(도 4d). rGONa-H3 및 rGONa - H4 의 FTIR 스펙트럼은 도 9에 제공되었다. 종래의 발표된 바와 같이, 용매화 전자와 GO 평면 내에서 부분적으로 분산된 π-콘쥬게이션이 그래핀에서 탄소 라디칼을 안정화시켜 π-결합의 형성과 π-콘쥬게이션의 복원을 촉진하며, 이것은 고품질 rGO 시트를 수득하게 했다.In this example, we used Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to study the change in functional groups in the GO after the reduction process. Importantly, the FTIR spectrum clearly showed gradual removal of oxygen by the new system (Fig. 4d). Because the GO film was reduced by the system, the peaks of all oxygen functional groups were significantly or completely reduced. In fact, oxygen-containing groups can readily react with solvated radical anions with electrons prepared to decompose the carbon-oxygen bonds in the plane of the GO (FIG. 2). The FTIR results of the prepared rGOs are very similar to those of normal graphite. This confirmed that the material contained less oxygen and was of high quality (Figure 4d). The FTIR spectra of rGO Na-H3 and rGO Na - H4 are provided in FIG. As previously reported, solvated electrons and π-conjugation partially dispersed within the GO plane stabilize carbon radicals in graphene to facilitate the formation of π-bonds and the restoration of π-conjugation, thereby obtaining an rGO sheet.

라만 스펙트럼은 탄소 물질의 구조와 품질을 특성화하고 특히, 그래핀 결함(detect)과 정렬 및 비정렬된 구조를 결정하기 위한 가장 직접적이고 비파괴적인 기술이다. 도 10a는 파우더 샘플 중 그래파이트 층의 마이크로-라만 스펙트럼을 나타냈다. G-밴드에서 GO 피크(1,609 cm-1)는 그래파이트의 피크(1,580 cm-1)와 비교하여 높게 변위하였고, 이것은 상기 그래파이트의 G-밴드의 것보다 더 높은 진동수에서 공명하는 고립된 이중 결합의 존재에 기인되었다. rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 G-밴드는 각각 1,581 cm-1 및 1,583 cm-1에서 발생되었고, 이것은 결함을 갖는 탄소 원자들의 육각형 네트워크의 회복에 해당하였다(도 10a). rGONa -B- H2 의 ID/IG 비율은 특히 GO와 rGONa -B1 을 비교하여 증가했으며, 이것은 환원 과정이 많은 양의 구조적 결함을 갖는 GO의 구조로 변경하였음을 나타냈다. GO 보다 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 라만 강도(ID/IG)의 더 높은 비율은 더 작은 sp2 영역(domain)의 수의 증가를 나타낸다. 제조된 rGONa - H3, rGONa - H4, 및 rGOH (하이드라진에 의해 제조된 rGO) 대조 샘플 또한 그들의 라만 스펙트럼에서 유사한 패턴을 나타내었다(도 11).Raman spectra are the most direct and non-destructive technique for characterizing the structure and quality of carbon materials and, in particular, for determining graphene defects, alignment and unaligned structures. Figure 10a shows the micro-Raman spectrum of the graphite layer in the powder sample. The GO peak (1,609 cm -1 ) in the G-band was highly displaced compared to the peak of graphite (1,580 cm -1 ), indicating that the isolated double bond, which resonates at a higher frequency than that of the graphite G- It was due to existence. rGO Na G- band of -B1 and rGO Na -B- H2 was generated in each of 1,581 cm -1 and 1,583 cm -1, which was equivalent to a hexagonal network of carbon atoms having a fault recovery (Fig. 10a). I D / I G ratio of Na rGO -B- H2 is in particular increased as compared with the GO rGO Na -B1, which showed that they have changed the structure of the GO having a structural defect in the number of the reduction process amount. The higher proportion of Raman intensity (I D / I G ) of rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 than GO shows an increase in the number of smaller sp 2 domains. The prepared rGO Na - H3 , rGO Na - H4 , and rGO H (rGO) control samples produced by hydrazine also showed similar patterns in their Raman spectra (FIG. 11).

열중량분석(TGA)은 샘플의 무게 손실을 측정함으로써 GO 파우더의 환원 수준을 결정하는데 사용되었다. 도 10b는 질소 대기 하에 1℃min-1의 가열속도에서 수득된 온도의 함수로서 GO, rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 및 rGOH 대조 샘플의 무게 손실을 보여주는 TGA 써모그램(thermogram)을 나타냈다. GO 샘플은 100℃ 초과 온셋(onset) 온도에서 상당한 무게 손실을 나타냈으며, 이것은 층간수(interlamellar water)의 제거에 기인되었고, 이어서 약간 더 높은 온도에서 GO 플레이트렛(platelet) 자체(상기 샘플로부터 CO와 CO2의 방출에 의한)로부터 산소의 손실이 있었다. rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 는 각각 ~ 10 중량% 및 ~ 7 중량%의 무게 손실을 가지며 상기 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 는 더 높은 열적 안정성을 나타냈으며, 이것은 GO 및 rGOH 비교 샘플에 대한 값보다 더 높았다. 이러한 개선은 제조된 rGO 시트의 층 간의 향상된 반 데르 발스 힘(van der Waals force)에 기인된 더 우수한 그래파이트화와 탈산소화 때문에 달성되었다. rGONa - H3 및 rGONa - H4 의 TGA 데이터는 또한 도 12에 제공되었다. Thermogravimetric analysis (TGA) was used to determine the reduction level of the GO powder by measuring the weight loss of the sample. Figure 10b GO, rGO -B1 Na and Na rGO -B- H2 and H rGO TGA Thermo grams (thermogram) showing the weight loss of the control sample as a function of the temperature obtained at a heat rate of 1 ℃ min -1 under a nitrogen atmosphere Respectively. GO samples exhibited significant weight loss at over 100 &lt; 0 &gt; C of onset temperature, which resulted from the elimination of interlamellar water, followed by the GO platelet itself (CO And by the release of CO 2 ). rGO Na- B1 and rGO Na- B- H2 Each have a weight loss of ~ 10 wt% and ~ 7 wt% and the rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 Showed higher thermal stability, which was higher than the values for the GO and rGO H comparative samples. This improvement was achieved due to better graphitization and deoxygenation resulting from the improved van der Waals force between the layers of the rGO sheet produced. TGA data of rGO Na - H3 and rGO Na - H4 were also provided in FIG.

rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 필름의 환원도는 그들의 소수성에 의하여 측정되었다. 도 10c는 GO, rGOH, rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 샘플의 습윤성을 나타내었다. GO, rGOH, rGONa-B1 및 rGONa -B- H2 박막 필름의 물 접촉각(water contact angles)은 각각 48.3°, 80.9°, 95.6°, 및 98.9° 였다(도 10c). 명백하게, rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 표면은 더 높은 소수성을 가졌고, 이것은 높은 환원도와 산소 함량의 더 완벽한 제거를 나타내었다. 제조된 생성물은 rGO 시트의 단일 또는 여러 층의 제조를 확인하기 위하여 특성분석되었다. 먼저, 원자간력 현미경(AFM)은 mica 기재상에서 rGONa -B1 및 rGONa-B-H2 시트의 지형적 높이를 특성분석하기 위해서 사용되었다[도 13의 (a) 및 (b)]. 높이 프로파일의 선 스캔(line scan)은 ~1.04 nm 및 ~0.91 nm 평균 지형 높이를 나타내었고, 이것은 보고된 단일층 그래핀의 전형적인 높이와 일치하였다. 주사형 전자현미경(SEM)은 제조된 rGO 시트의 형태를 조사하기 위하여 사용되었다. GO, 미리 생산된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 와 rGOH 샘플의 대표적인 SEM 이미지는 도 10d에 나타냈다. rGONa - H3 및 rGONa - H4 및 그래파이트의 SEM 이미지 또한 나타냈다[도 14의 (a) 내지 (c)].rGO Na- B1 and rGO Na- B- H2 The degree of reduction of the films was measured by their hydrophobicity. Figure 10c is a GO, rGO H, shows the wettability of rGO -B1 Na and Na rGO -B- H2 sample. The water contact angles of GO, rGO H , rGO Na-B1 and rGO Na- B- H2 thin films were 48.3 °, 80.9 °, 95.6 °, and 98.9 °, respectively (FIG. Apparently, rGO Na -B1 and rGO Na H2 -B- The surface had higher hydrophobicity, which indicated a higher degree of reduction and a more complete removal of the oxygen content. The prepared product was characterized to confirm the preparation of single or multiple layers of rGO sheets. Atomic force microscopy (AFM) was first used to characterize the topographic heights of rGO Na -B1 and rGO Na-B-H2 sheets on mica substrates (Fig. 13 (a) and (b)). The line scan of the height profile showed ~ 1.04 nm and ~ 0.91 nm mean terrain height, which was consistent with the typical height of the reported single layer graphene. A scanning electron microscope (SEM) was used to investigate the morphology of the rGO sheet produced. GO, pre-produced rGO Na- B1 and rGO Na- B- H2 And a representative SEM image of the rGO H sample are shown in Fig. rGO Na - H3 and rGO Na - H4 And an SEM image of graphite (Fig. 14 (a) - (c)).

rGO 필름은 일반적으로 환원된 rGO 분산의 진공 여과에 의한 멤브레인 필터상에서 수득된다. 그러나, 용액 중 rGO 시트의 분산은 보통 GO 보다 훨씬 더 복잡하다. 최근에, 연구자들은 강한 GO 페이퍼는 유사한 여과 전략을 사용하여 제조되었음을 입증했다. 수득된 GO 필름을 도전성으로 만들기 위해, 추가적인 환원 과정이 하이드라진 증기 또는 HI-AcOH 증기로의 노출 및/또는 불활성 조건 하에 어닐링을 수반하는 것이 필요하다. 그러나, 하이드라진 및 HI-AcOH 증기만으로는 최적 환원을 달성하기에 충분하지 않고 어닐링만으로는 상대적으로 고온을 요구한다. 더욱이 최근에 Feng 등은 환원제로서 Na-NH3를 이용함으로써 GO 필름이 균일한 rGO 필름으로 용이하게 변환될 수 있으며, 이것은 매우 저온(-78℃)을 필요로 함을 보고했다. 상기 과정은 효과적이나 저온(-78℃) 필요와 NH3의 취급의 곤란성 때문에 친환경적이지 못하다. 중요한 것으로는, 본원의 방법에서 환원제로서 사용된 Na-B 및 Na-B-H 시스템을 이용하여 GO 필름이 실온에서 단 몇 분 내에 균일한 rGO 필름으로 용이하게 전환될 수 있다[도 15의 (a) 내지 (g), 도 16, 도 17]. 본원은 상기 전자를 갖는 용매화 라디칼 음이온 및 복합체가 온화한 조건에서 매우 효과적으로 환원 및 빠른 탈산소화를 가능하게 하며 그래핀-콘쥬게이트 구조의 최적 회복을 수득할 수 있다. 상온 용액 환원 과정은 특히 그래핀-기반 유연성 신축성 전도성 전극을 위하여 중요하며, 또한 상이한 패턴 종류가 상온에서 용이하게 프로세스될 수 있다. 본원을 달성하기 위해, GO 박막 필름 또는 페이퍼가 니트로셀룰로오스 멤브레인을 통한 GO 분산의 진공 필터에 의해 먼저 제조되었다. 그 다음, GO 필름은 폴리에틸렌 테레프탈염산(PET) 상으로 전사되었고, 제조된 진한 청색 용액 내로 직접적으로 담궈졌다[도 15의 (a)]. 상기 갈색의 GO 필름은 상기 용액 내에서 수 분 내에 빠르게 흑색으로 변했다. 상기 흑색 rGO 필름을 꺼내 탈-이온수를 이용하여 세척하였고, 상온에서 건조되었다(도 16 및 도 17). 먼저 환원 잉크로서 상기 용액을 사용하여 상기 GO의 종래 용액-기반 환원은 rGO-기반 디바이스의 적용을 촉진하기 위하여 미리 디자인된 전도성 rGO 패턴/트랙의 생성을 위한 상당한 기회를 제공한다. 도 15의 (a) 내지 (g)에 나타낸 바와 같이, 디자인된 rGO 패턴 (SKKU 및 선)이 상기 접근법에 의해 제조되었다. 상기 두 용액 시스템(Na-B 및 Na-B-H)의 적용에 의해, 본원은 rGO 및 N-도핑된 rGO 시트를 수득하였다. Na-B 및 Na-B-H 용액 시스템을 조절함으로써, 가변저항을 갖는 rGO 패턴이 생성될 수 있었다. rGO 필름의 시트 저항은 π-콘쥬게이트 시스템이 rGO 필름에서 복원되는지 평가하기 위한 또 다른 중요한 파라미터이다. 도 15의 (a) 내지 (g)는 Na-B 및 Na-B-H 용액 시스템을 이용한 rGO 패턴의 시리즈를 나타내었다. rGO 패턴의 수득된 평균 표면 저항은 Na-B 및 Na-B-H 용액 시스템에 대하여 각각 200±5 Ω per square 및 130±5 Ω per square였다[도 15의 (c),(d),(f),(g)]. 현저하게, ~130 Ω per square 및 ~200 Ω per square의 낮은 표면 저항은 N-도핑된 rGO 및 rGO의 박막 필름(두께 ~4 μm)에서 각각 달성되었으며, 이것은 용액-제조된 rGO 필름에서 획득된 가장 낮은 표면 저항을 나타내었다[도 15의 (c),(d),(f),(g), 및 하기 표 2 참조].The rGO film is generally obtained on a membrane filter by vacuum filtration of a reduced rGO dispersion. However, the dispersion of the rGO sheet in solution is much more complicated than the usual GO. Recently, researchers have proven that strong GO papers are manufactured using similar filtration strategies. In order to make the obtained GO film conductive, it is necessary that the additional reduction process involves annealing under exposure to hydrazine vapor or HI-AcOH vapor and / or inert conditions. However, hydrazine and HI-AcOH vapor alone are not sufficient to achieve optimum reduction and require relatively high temperatures only by annealing. Furthermore, Feng et al. Recently reported that by using Na-NH 3 as a reducing agent, the GO film can be easily converted into a uniform rGO film, which requires a very low temperature (-78 ° C). The process is effective but not environmentally friendly due to the need for low temperatures (-78 ° C) and the difficulty of handling NH 3 . Importantly, using the Na-B and Na-BH systems used as reducing agents in the process of the present invention, the GO film can be easily converted into a homogeneous rGO film within a few minutes at room temperature (Fig. 15 (a) (G), Figs. 16 and 17]. The present application enables highly effective reduction and rapid deoxygenation of the solvated radical anions and complexes with said electrons under mild conditions and is able to obtain optimal recovery of the graphene-conjugate structure. Room temperature solution reduction processes are particularly important for graphene-based flexible stretchable conductive electrodes, and different pattern types can be easily processed at room temperature. To accomplish the present invention, a GO thin film or paper was first prepared by a vacuum filter of GO dispersion through a nitrocellulose membrane. The GO film was then transferred onto polyethylene terephthalate hydrochloride (PET) and dipped directly into the dark blue solution prepared (Fig. 15 (a)]. The brown GO film quickly changed to black within a few minutes in the solution. The black rGO film was taken out, washed with de-ionized water, and dried at room temperature (FIGS. 16 and 17). Conventional solution-based reduction of the GO using this solution as a reducing ink first provides a significant opportunity for the generation of a pre-designed conductive rGO pattern / track to facilitate the application of rGO-based devices. As shown in Figs. 15 (a) to 15 (g), designed rGO patterns (SKKU and line) were produced by this approach. By application of the two solution systems (Na-B and Na-BH), we have obtained rGO and N-doped rGO sheets. By controlling the Na-B and Na-BH solution systems, an rGO pattern with variable resistance could be generated. The sheet resistance of the rGO film is another important parameter for evaluating whether the? -conjugated system is restored in the rGO film. Figures 15 (a) to (g) show a series of rGO patterns using Na-B and Na-BH solution systems. The resulting average surface resistances of the rGO patterns were 200 5 Ω per square and 130 5 Ω per square for the Na-B and Na-BH solution systems, respectively (FIGS. 15 (c), (d) , (g)]. Significantly, low surface resistivities of ~ 130 Ω per square and ~200 Ω per square were achieved respectively in thin films (thickness ~ 4 μm) of N-doped rGO and rGO, which were obtained from solution-produced rGO films (Fig. 15 (c), (d), (f), (g), and Table 2 below).

[표 2][Table 2]

Figure 112014033774586-pat00002
Figure 112014033774586-pat00002

제조된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2의 펠렛(pellets)의 표면 저항성은 두께 ~11 μm 에서 각각 ~9 Ω per square 및 ~5 Ω per square이었다(표 2). 상기 제조된 rGONa-B1 및 rGONa -B- H2 박막에서 관찰된 낮은 표면 저항은 탈산소화 및 그래파이트화의 가장 높은 정도와 일치했다. 이러한 전략은 전자 산업을 진보시키는데 있어 매우 중요한 이정표이다. 본원은 Na-B 및 Na-B-H 용액에서 GO 필름의 조절된 화학적 전환에 의하여 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 박막 필름이 점차적으로 형성될 수 있으며, 이것은 매우 깨끗하고, 안전하고, 초고속이며, 편리한 방법이다. 본원은 멤브레인, 비등방성 전도체, 슈퍼캐패시터, 및 전기촉매적 산소 환원 반응(ORRs)을 포함하는 많은 영역에서 사용될 수 있다. Na-B 및 Na-B-H 용액 내에 직접적으로 침지시킴으로써 GO 필름 및 GO 코팅으로부터 그래핀과 N-도핑된 그래핀 필름의 성공적인 형성은 센서, 전자신경디바이스(neuroprosthetic devices)와 같은 많은 적용에서 큰 잠재력을 가지며, 낮은 표면 저항과 우수한 열적 및 화학적 안정성, 내수성 및 낮은 생산 비용을 보유한 정전기 방지 코팅의 새로운 시대의 개발을 이끌 수 있다.The surface resistivities of the pellets of rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 produced were ~ 9 Ω per square and ~ 5 Ω per square at thickness ~ 11 μm, respectively (Table 2). The prepared rGO Na-B1 and rGO Na- B- H2 The low surface resistivity observed in the films was consistent with the highest degree of deoxygenation and graphitization. This strategy is a very important milestone in advancing the electronics industry. The present invention relates to the use of rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 by controlled chemical transformation of GO films in Na-B and Na- Thin film can be formed gradually, which is very clean, safe, super-fast, and convenient. The present application can be used in many areas including membranes, anisotropic conductors, supercapacitors, and electrocatalytic oxygen reduction reactions (ORRs). Successful formation of graphene and N-doped graphene films from GO films and GO coatings by direct immersion in Na-B and Na-BH solutions has great potential in many applications such as sensors, neuroprosthetic devices And can lead to the development of a new era of antistatic coatings with low surface resistance, excellent thermal and chemical stability, water resistance and low production costs.

결론적으로, 고환원제로서 전자를 가지는 활성 용매화 라디칼 음이온을 가진 Na-B 및 Na-B-H 용액을 포함하고 복합체와 혼합된 시스템을 이용한 처리를 적용함으로써, 본원은 모든 용액-환원 공정 중 가장 낮은 산소 함량(각각 13.9 및 16.2 C/O 비율)을 갖는 그래핀 및 N-도핑된 그래핀 구조체를 제조하는 간단하고 효과적인 방법을 개발했다. 나아가, 본원은 상온에서 rGO 시트 내에 N-도핑과 함께 환원 정도를 조절할 수 있었다. 본원은 상기 접근이 각각 필름 두께 ~4 μm를 가진 ~200 Ω per square 및 130 Ω per square의 결합된 낮은 표면 저항을 가진 rGO 및 N-도핑된 rGO 필름으로 GO 박막 필름을 직접적으로 환원하기 위하여 사용할 수 있음을 입증했다. 반면, 제조된 rGONa -B1 및 rGONa -B- H2 의 펠렛(pellet)의 표면 저항은 각각 두께 ~11 μm에서 ~9 Ω per square 및 ~5 Ω per square이었다. 본원은 in-situ rGo 및 N-도핑된 rGO 제작 대안을 입증했으며, 이것은 매우 독특하고 용이한 절차이다. 또한, 상기 방법의 단순성과 상온 공정은 rGo, 및 N-도핑된 rGO 시트, 및 PET 기재 상의 박막의 대량 생산의 가능성을 입증하였다. N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고품질 in-situ 다기능 rGO-기반 복합체 구조물을 제조하기 위하여 잉크로서 사용된 Na-B 및 Na-B-H 용액 시스템이 고체 GO 주형을 직접적으로 채용될 수 있다. 따라서, 본 접근은 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 그래핀 필름과 신규한 그래핀-기반 물질과 디바이스의 제조에서 큰 유연성을 제공한다. 상기 저렴하고 간단한 패턴화 과정은 미래 나노-전자, 및 유연성 전자, 정전기 방지 코팅, 전기화학적 디바이스 및 전도성 나노복합체와 같은 대량 응용에 대하여도 매우 중요하다.
In conclusion, by applying a treatment with a system comprising a Na-B and Na-BH solution with an active solvated radical anion having an electron as a high reducing agent and mixed with a complex, the present invention provides the lowest oxygen &Lt; / RTI &gt; has developed a simple and effective method for producing graphene and N-doped graphene structures having a content (13.9 and 16.2 C / O ratios respectively). Furthermore, the present invention was able to control the degree of reduction with N-doping in the rGO sheet at room temperature. We will use this approach to directly reduce GO thin films with rGO and N-doped rGO films with combined low surface resistivity of ~ 200 Ω per square and 130 Ω per square with film thickness ~ 4 μm, respectively Proved to be possible. On the other hand, the surface resistivities of pellets of the prepared rGO Na -B1 and rGO Na- B- H2 were ~ 9 Ω per square and ~ 5 Ω per square, respectively, in thickness ~ 11 μm. We have demonstrated an alternative to in situ rGO and N-doped rGO fabrication, which is a very unique and easy procedure. In addition, the simplicity of the method and the room temperature process have demonstrated the possibility of mass production of rGo, and N-doped rGO sheets, and thin films on PET substrates. The Na-B and Na-BH solution systems used as inks can be directly employed in solid GO molds to produce high quality in-situ multifunctional rGO-based composite structures that are not N-doped or N-doped. Thus, this approach provides great flexibility in the fabrication of N-doped or non-doped graphene films and novel graphene-based materials and devices. The inexpensive and simple patterning process is also very important for future applications such as future nano-electrons and flexible electronics, antistatic coatings, electrochemical devices and conductive nanocomposites.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The foregoing description of the disclosure is exemplary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention .

Claims (9)

금속, 및 감광제를 포함하는 혼합물에 빛을 조사하여 이온화시켜 환원제를 형성하고;
상기 환원제가 형성된 혼합물에 그래핀 옥사이드를 첨가하여 환원시켜 환원 그래핀 옥사이드를 형성하는 것
을 포함하는, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
A metal, and a photosensitizer to ionize the mixture to form a reducing agent;
Adding graphene oxide to the mixture in which the reducing agent is formed to reduce the graphene oxide to form reduced graphene oxide
&Lt; / RTI &gt;
제 1 항에 있어서,
상기 빛을 조사하기 전에 상기 혼합물에 환원제로서 하이드라진을 첨가하는 것을 추가 포함하는, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising adding hydrazine as a reducing agent to the mixture prior to irradiating the light.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 Na, Li, K, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal comprises one selected from the group consisting of Na, Li, K, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 감광제는 벤조페논을 포함하는 것인, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the photosensitive agent comprises benzophenone.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화에 의하여 형성되는 환원제는 용매화 라디칼 음이온 또는 금속 하이드라자이드 복합체를 생성하는 것인, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reducing agent formed by the ionization produces a solvated radical anion or a metal hydrazide complex.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화는 0℃ 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것인, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionization is carried out at a temperature of from 0 캜 to 100 캜.
제 2 항에 있어서,
추가 첨가되는 하이드라진에 의하여 그래핀 옥사이드의 환원과 동시에 N-도핑이 수행되는 것인, 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the reduction of the graphene oxide and the simultaneous N-doping are carried out by the hydrazine additionally added.
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