KR101709704B1 - 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 소재를 석유젤리(Petroleum Jelly, 예: 상품명 vaseline)를 전사 지지체로 사용하여 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 제 2 기재에 손상 없이 전사하고, 전사 후 석유젤리 전사 지지체를 손쉽게 제거하는 방법에 대한 것으로 전사 지지체인 석유젤리는 가격이 매우 저렴하고 친환경적이며 공기 중에서 산화가 되지 않고 화학적 안정성을 가지고 있고, 상온에서는 고체형태이나 녹는점이 37 ℃정도로 낮기 때문에 전사하고자 하는 소재를 전사공정이 끝날 때까지 안정적 지지 및 산화방지 등의 부가적 기능의 수행이 가능하다. 뿐만 아니라 비교적 낮은 용융온도를 가지므로 적은 에너지를 이용하여 지지체를 녹여서 제거가 가능하고 소수성 유기용매에 대한 용해도도 매우 크므로 용매를 사용하는 경우에도 소재의 표면에 남지 않고 깨끗하게 제거가 가능한 장점이 있다.

Description

석유젤리를 이용한 소재의 전사방법{Transfer method of materials by using petroleum jelly}
본 발명은 제 1 기재 위에 소재를 형성하는 소재 형성단계; 상기 소재 위에 석유젤리로 이루어지는 전사 지지체를 형성하는 전사 지지체 형성단계; 상기 제 1 기재를 제거하는 제 1 기재 제거단계; 제 1 기재를 제거한 후 소재와 석유젤리 전사 지지체를 제 2기재 위에 적층하는 적층단계; 및 상기 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 전사 지지체 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 소재를 석유젤리(Petroleum Jelly, 예: 상품명 vaseline)를 전사 지지체로 사용하여 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 제 2 기재에 손상 없이 전사하고, 전사 후 석유젤리 전사 지지체를 손쉽게 제거하는 방법에 대한 것이다.
2차원 형태 박막을 손쉽게 탈착시켜 전사하고, 이를 강하게 원하는 기판에 부착하는 전사기술은 다양한 응용분야에 유용하게 활용될 수 있는데, 일반적으로 하나의 기판에서 성장하거나 강하게 부착되어 있는 박막을 다른 기판으로 전사하려면 이를 떼어내기 위해 기판을 제거하거나 더 강한 결합을 하도록 접착제를 붙여 떼어내곤 한다. 또한 이렇게 떼어낸 박막을 원하는 기판에 접착하려면 주로 물리적(열적 또는 기계적 압착) 방법을 이용해 접착을 하게 된다. 그러나 이와 같은 기존의 방법들은 물질들의 일부분을 손상시키거나 추가해야 하는 경우 등이 발생할 수 있기 때문에 고유한 물질의 특성을 활용하는 측면에서 어려움이 있었다.
이러한 종래기술로는 일본 공개특허 JP2013-043820A에 저 비용을 목적으로 PMMA 및 PVA 필름을 그래핀의 전사 지지체로 사용하고, 사용된 지지체를 유기용매 등을 이용하여 제거하는 기술이 기재되어 있고, 미국 등록특허 US8906245B에는 소스 기판으로부터 PMMA가 코팅된 그래핀을 타겟 기판으로 전사하는 방법에 대한 것으로 전사과정 중에서 탈 이온수로 세척하는 과정에서 스펀지 형태의 고분자로 떠낸 후 건조 과정을 통하여 불순물을 제거하는 기술이 기재되어 있고, 이와 유사하게 2 차원 박막을 전사하는 종래기술로는 일본 공개특허 JP2014-525134A 및 일본 공개특허 JP2014-183167A 등이 있다.
한편, 한국 등록특허 KR1206352B에는 플렉서블 기판의 제조방법에 대한 것으로 기판 상에 탄소 잉크를 토포하여 증착층을 형성하는 단계 후에 그라핀 화합물 층을 형성하고 그 위에 코팅액을 코팅하여 박막층을 형성함으로써 플렉서블 기판의 컬(Curl)을 방지하는 방법에 대하여 기재되어 있다.
이렇듯 2차원 형태 박막의 경우에는 화학적인 처리를 통해서나 단순한 Van der Waals 힘에 의해 부착하게 되면 타겟 기판과의 접착력이 크지 않게 되며, 이는 향후 소자나 부품을 제조하는데 오염 및 휘어짐의 다양한 문제가 생기게 된다. 특히 전사를 위하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 고분자 소재를 지지체로 사용하는 경우에는 사용된 고분자의 잔류물(residue)에 의해서 그래핀 고유의 특성이 저해가 있을 뿐만 아니라 전사 단계가 복잡하고 이러한 잔류물의 제거에 추가적인 열분해 공정 등 소요되는 시간이 길며 특히 고분자 소재 등의 내열성이 낮은 소재를 바탕으로 한 유연기판에 있어서는 이러한 잔류물 제거에 용매나 열분해 공정을 사용할 수도 없기 때문에 다양한 공정상의 제한조건이 뒤따르는 실정이다.
일본 공개특허 JP2013-043820A 미국 등록특허 US8906245B 한국 등록특허 KR1206352B 일본 공개특허 JP2014-525134A 일본 공개특허 JP2014-183167A
본 발명의 상기 기술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 기술로서, 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 소재를 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 기재에 전사함에 있어서 종래 기술보다 간단하고 단순하며 공정시간이 짧은 전사방법을 제공하고자 한다.
또한, 소재를 다른 기재에 전사함에 있어서 지지체 잔여물이 거의 남지 않고 깨끗하게 제거될 수 있는 전사방법을 제공하고자 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 제 1 기재 위에 소재를 형성하는 소재 형성단계; 상기 소재 위에 석유젤리로 이루어지는 전사 지지체를 형성하는 전사 지지체 형성단계; 상기 제 1 기재를 제거하는 제 1 기재 제거단계; 제 1 기재를 제거한 후 소재와 석유젤리 전사 지지체를 제 2기재 위에 적층하는 적층단계; 및 상기 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 전사 지지체 제거단계를 포함하는 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법이 제공된다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 석유젤리는 바셀린, 파라핀왁스, 마이크로크리스털린석유왁스, 슬랙왁스, 오우조커라이트, 갈탄왁스, 토탄왁스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합물 일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 제 1 기재는 금(Au), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 소재는 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 사용되는 소재는 그 형태 및 그 크기에 있어서 제한되지 않으며 입자, 로드, 튜브, 박막 및 이들의 혼합형태 일 수 있다. 보다 바람직하게는 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 2차원 형태 박막, 나노와이어로 구성된 2차원 형태 박막, 또는 상기 2차원 형태 박막에 나노입자가 결합된 복합 박막 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 전사 지지체 형성단계는 용융된 석유젤리의 스핀코팅, 스프레이, 또는 석유젤리의 용융과 동시에 이루어지는 핫 스핀코팅 중 어느 하나의 전사 지지체 형성방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 전사 지지체 형성단계 이후에 형성된 제 1 기재, 소재 및 석유젤리 전사 지지체로 구성된 적층체를 동결건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 제 1 기재 제거단계는 산성 용액을 사용하여 제 1 기재를 제거하는 것일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 제 2 기재는 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법에 있어서 상기 전사 지지체 제거단계는 유기용매를 이용할 수 있다.
본 발명은 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 소재를 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 기재에 전사함에 있어서 석유젤리를 전사 지지체로 사용함으로써 종래 기술보다 간단하고 단순하며 공정시간이 짧고 지지체 잔여물이 거의 남지 않고 깨끗하게 제거될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 전사 지지체인 석유젤리는 대표적으로 상품명 바셀린(vaseline)이고 이는 가격이 매우 저렴하고 친환경적이며 공기 중에서 산화가 되지 않고 화학적 안정성을 가지고 있고, 상온에서는 고체형태이나 녹는점이 37 ℃ 정도로 낮기 때문에 전사하고자 하는 소재를 전사공정이 끝날 때까지 안정적 지지 및 산화방지 등의 부가적 기능의 수행이 가능하다. 뿐만 아니라 비교적 낮은 용융온도를 가지므로 적은 에너지를 이용하여 지지체를 녹여서 제거가 가능하고 소수성 유기용매에 대한 용해도도 매우 크므로 용매를 사용하는 경우에도 소재의 표면에 남지 않고 깨끗하게 제거가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 금속촉매 위에 그래핀을 형성한 후 석유젤리 전사 지지체를 형성하는 단계에 대한 개념도 이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀과 석유젤리 전사 지지체를 제 2 기재 위에 적층한 후 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 단계에 대한 개념도 이다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀의 표면을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀의 표면을 AFM으로 관찰한 사진이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀을 라만 분광법으로 분석한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에 사용된 용어인 '석유젤리'는 석유젤리 즉, 석유에서 얻은 포화탄화수소류의 혼합물을 정제한 것으로 바셀린이라 칭하는 화합물과 파라핀왁스, 마이크로크리스털린석유왁스, 슬랙왁스, 오우조커라이트, 갈탄왁스, 토탄왁스 기타 광물성왁스와 합성 또는 기타의 공정에 따라 얻어지는 이와 유사한 물품을 지칭하는 것으로 착색의 여부를 불문한다.
먼저, 석유젤리(petroleum jelly)는 감촉이 부드러우며 백색, 황색 또는 암갈색이고 이는 특정의 석유(원유)를 증류하여 남은 잔재물 또는 이 같은 잔재물에 고점도인 석유를 상당량 혼합, 또는 파라핀 왁스나 세레신에 충분히 정제한 광유를 혼합하여 얻는 것으로 때로는 페트로래탐(petrolatum)이라 칭하고, 탈색한 것 또는 정제의 젤리가 포함되며 또한 합성방법으로 얻은 석유젤리도 포함한다. 일반적으로 본 명세서에 기재한 석유젤리는 다음의 조건을 충족한다. 회전온도계 측정방법(ASTM D938)으로 30 ℃이상에서 응고점을 가지고, 70 ℃에서 밀도가 0.942g/cm3 미만이며, 25 ℃에서 ASTM D217방법으로 측정한 워크드 콘 페니트레이션이 350 미만이고 25 ℃에서 ASTM D937방법으로 측정한 콘 펜니트레이션이 80 이상이어야 한다.
또한, 파라핀왁스는 기름의 함유량이 전중량의 100분의 0.75 미만인 것으로 석유의 증류물 또는 혈암 또는 역청질 광물에서 얻은 유(油)의 증류물로부터 추출한 탄화수소 왁스이다. 이 왁스는 반투명하며 백색 또는 황색이며 비교적 결정 구조가 뚜렷하다.
또한, 마이크로크리스털린석유왁스도 일종의 탄화수소왁스로 이는 석유 잔류분 또는 감압 증류하여 얻은 윤활유 유분으로부터 추출하여 얻은 것으로 파라핀왁스보다 불투명하며 정제되고 불명확한 미결정 구조를 갖고 있으며 보통 파라핀왁스보다 융점이 높고 유연한 플라스틱성의 것, 견고하고 깨지기 쉬운 것, 암갈색부터 백색까지 색상을 포함한다.
또한, 오우조커라이트는 천연 광물성 왁스이며 정제한 경우는 세레신으로 알려져 있는 것을 칭하는 것이고, 갈탄(또는 몬탄)왁스와 몬탄피치로 알려진 물품은 갈탄에서 추출한 에스테르왁스이다. 이는 조상태에서는 경고하고 갈색이며 정제시는 백색인 경우도 포함한다. 토탄왁스는 물리/화학적으로 갈색왁스와 유사하나 약간 유연하다.
또한, 광물성 왁스(슬랙왁스와 스케일왁스)는 윤활유의 탈왁스로부터 얻는 것을 칭하는 것으로 이는 파라핀왁스보다 유(油)의 함유량이 많고 덜 정제되어 있으며 색조는 백색에서 연한 갈색 등을 포함한다.
또한 상기 언급한 물품과 합성 또는 기타 공정(예: 합성파라핀 왁스와 합성마이크로 크리스털린왁스)으로 얻은 물품과 유사한 물품이 포함된다.
또한, 본 발명의 명세서에 기재한 석유젤리는 폴리에틸렌 왁스와 같은 고중합왁스를 포함하고 갈탄왁스 또는 기타 광물성왁스를 화학적 변성하여 얻은 인조왁스와 유화 또는 용제를 함유하지 않는 혼합왁스로 동물성왁스(경납을 포함), 식물성왁스 또는 인조왁스를 혼합한 것 또는 지방, 수지, 광물성물질 또는 기타 물질을 혼합한 것으로 왁스의 특성을 갖는 것까지 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 석유젤리를 이용한 소재의 전사방법은 제 1 기재 위에 소재를 형성하는 소재 형성단계; 상기 소재 위에 석유젤리로 이루어지는 전사 지지체를 형성하는 전사 지지체 형성단계; 상기 제 1 기재를 제거하는 제 1 기재 제거단계; 제 1 기재를 제거한 후 소재와 석유젤리 전사 지지체를 제 2기재 위에 적층하는 적층단계; 및 상기 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 전사 지지체 제거단계를 포함한다.
먼저, 제 1 기재 위에 소재를 형성하고, 형성된 소재 위에 석유젤리 전사 지지체를 형성하는 단계에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 석유젤리는 바셀린, 파라핀왁스, 마이크로크리스털린석유왁스, 슬랙왁스, 오우조커라이트, 갈탄왁스, 토탄왁스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합물 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 제 1 기재는 금속촉매 일 수 있고, 소재는 그래핀일 수 있으며, 바람직하게는 금속촉매를 이용하여 화학기상증착법(CVD)방법으로 그래핀을 성장시킬 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 제 1 기재는 금(Au), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 은(Ag), 텅스텐(W), 게르마늄(Ge) 및 탄화규소(SiC) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 소재는 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 탄소 나노튜브로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 사용되는 소재는 그 형태 및 그 크기에 있어서 제한되지 않으며 입자, 로드, 튜브, 박막 및 이들의 혼합형태 일 수 있다. 보다 바람직하게는 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, 탄소 나노튜브로 구성된 2차원 형태 박막, 나노와이어로 구성된 2차원 형태 박막, 또는 상기 2차원 형태 박막에 나노입자가 결합된 복합 박막 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전사하고자 하는 소재는 다양한 방법으로 제조될 수 있고, 앞서 기재한 바와 같이 금속촉매인 제 1 기재위에 화학기상증착법(CVD)으로 형성될 수도 있으며, 별도의 다양한 방법으로 제조된 그래핀, 그래핀 옥사이드, h-BN, MoS2, WS2, 탄소 나노튜브로 구성된 2차원 형태 박막, 나노와이어로 구성된 2차원 형태 박막, 또는 상기 2차원 형태 박막에 나노입자가 결합된 복합 박막 중에서 선택된 1종 이상의 2차원 소재를 제 1 기재 위에 적층하여 구성될 수도 있으며 제 1 기재 또한 한정되지는 않는다.
상기 전사 지지체 형성단계는 용융된 석유젤리의 스핀코팅, 스프레이, 또는 석유젤리의 용융과 동시에 이루어지는 핫 스핀코팅 중 어느 하나의 전사 지지체 형성방법을 사용할 수 있다.
보다 바람직하게는 용융온도 이상의 온도로 가열된 석유젤리를 소재의 표면위에 스핀코팅의 방법으로 석유젤리 전사 지지체를 형성할 수 있고, 이 때 스핀코팅 장비와 제 1 기재 위의 소재는 모두 석유젤리의 용융온도 부근의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 전사 지지체 형성단계 이후에 형성된 제 1 기재, 소재 및 석유젤리 전사 지지체로 구성된 적층체를 동결건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 석유젤리 중 하나인 바셀린을 전사지지체로 사용하고 전사하고자 하는 소재 중 대표적인 2차원 소재인 그래핀을 예로 들어 전사방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 금속촉매 위에 그래핀을 형성한 후 석유젤리 전사 지지체를 형성하는 단계에 대한 개념도를 나타낸 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1을 설명하면, 화학기상증착 장비를 이용하여 소재(1) 중 하나인 그래핀을 제 1 기재(2)인 금속 촉매 위에 성장시킨다. 금속촉매 위에 형성된 그래핀 위에 석유젤리 전사 지지체(3)인 바셀린을 용융상태에서 스핀 코팅하여 금속촉매, 그래핀 및 바셀린의 적층구조체를 제조하고 제조된 적층구조체는 동결건조 단계를 거쳐서 데시게이터 안에 넣고 질소를 공급함으로써 바셀린에 포함된 기타 저분자 또는 휘발성 용매 등을 제거한다. 데시게이터 내부에서 건조를 거친 적층구조체는 바셀린의 용융온도 이하인 상온에서는 고체를 형태를 유지하여 전사 지지체의 역할을 수행할 뿐만 아니라 바셀린의 소수성 특징에 의하여 소재가 공기 중에서 산화가 되지 않고 화학적으로 안정성을 유지할 수 있는데 효과적이다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀과 석유젤리 전사 지지체를 제 2 기재 위에 적층한 후 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 단계를 통하여 그래핀을 전사하는 단계에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1 기재 제거단계는 산성 용액을 사용하여 제 1 기재를 제거하는 것일 수 있고, 상기 제 2 기재는 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 전사 지지체 제거단계는 유기용매를 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀과 석유젤리 전사 지지체를 제 2 기재 위에 적층한 후 석유젤리 전사 지지체를 제거하는 단계에 대한 개념도 이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2를 설명하면 소재(1) 중 하나인 그래핀, 제 1 기재(2)인 금속 촉매와 금속촉매 위에 형성된 그래핀 위에 석유젤리 전사 지지체(3)인 바셀린으로 구성된 적층체를 산성 용액에 넣어서 금속촉매를 제거한다. 산성 용액에 의하여 금속 촉매는 제거되지만 바셀린은 그래핀을 지지하는 역할을 하며 소수성의 특징에 의하여 산성 용액에 의하여 형태 등이 변화가 없다. 그래핀과 바셀린의 적층체를 제 2 기재(4)인 300 nm SiO2/Si 기판과 접촉하여 그래핀을 전사하고 이후에 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 클로로폼, 디에틸에테르, 카본디설파이드 및 테트라하이드로퓨란 등의 소수성 유기 용매에 담금으로써 전사 지지체인 바셀린을 효과적으로 제거가 가능하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1. 바셀린 전사 지지체의 형성(도 1 참조)
본 내용에서는 CVD법으로 제조한 그래핀을 사용하였으며, 그래핀의 성장 방법에서 전처리 과정은 구리 포일(100m, Nilaco)를 니켈 에천트에 담그고 약 2분간 소니케이터로 처리를 한다. 니켈 에천트에 의해 구리 표면에 잔류한 불순물을 없애고 아세톤, Isopropanol로 깨끗이 세척한 후 물기를 완벽히 제거 한 다음 구리 포일을 CVD 챔버에 넣는다. 그래핀의 성장 방법은 진공 펌프로 압력을 낮추고(전체 기압 0.3 Torr) 수소(H2) 10 sccm, 1025 ℃의 온도 조건에서 메탄(CH4)을 8 sccm으로 30분간 흐르게 하여 그래핀을 성장 시킨다. 성장한 그래핀을 깨끗이 세척한 PET 필름에 올려두고 바셀린이 밑면에 스며들지 않게 가장자리 부분 4면 1mm 정도를 스카치테이프로 붙인다. 바셀린은 100 ~ 160 ℃의 온도로 가열하여 액상으로 만든 뒤 스카치 테이프를 붙인 그래핀/구리포일/PET 필름위에 떨어뜨리고 스핀 코팅(2500rpm, 1분) 하여 바셀린 층을 만들고 데시게이터 안에서 건조시킨다.
실시예 2. 바셀린 전사 지지체의 형성(도 1 참조)
실시예 2는 실시예 1과 그래핀 성장 조건이 동일하며 성장한 그래핀을 깨끗이 세척한 PET 필름에 올려두고 바셀린이 밑면에 스며들지 않게 가장자리 부분 4면 1mm 정도를 스카치테이프로 붙인다. 바셀린은 100 ~ 160 ℃의 온도로 가열하여 액상으로 만든 뒤 스카치 테이프를 붙인 그래핀/구리포일/PET 위에 떨어뜨리고 스핀 코팅 하여 바셀린 층을 만들고 데시게이터 안에서 건조시킨다.
실시예 3. 바셀린 2층 전사 지지체의 형성(도 1 참조)
실시예 3은 실시예 1과 그래핀 성장 조건이 동일하며 성장한 그래핀을 깨끗이 세척한 PET 필름에 올려두고 바셀린이 밑면에 스며들지 않게 가장자리 부분 4면 1mm 정도를 스카치테이프로 붙인다. 바셀린은 100 ~ 160 ℃의 온도로 가열하여 액상으로 만든 뒤 스카치 테이프를 붙인 그래핀/구리포일/PET 위에 떨어뜨리고 스핀 코팅 하여 바셀린 층을 만들고 데시게이터 안에서 건조시킨다.
2. 그래핀의 전사(도 2 참조)
전사 지지체를 형성 한 후 제조체의 가장자리에 붙어있던 스카치 테이프 부분을 가위로 잘라내면 전사지지체/그래핀/구리 포일 상태가 된다. 구리 포일 부분이 아래로 향하게 하여 구리 에천트(CE-100)에 닿게끔 띄운 뒤 구리가 구리 에천트에 의해 녹아 전사지지체/그래핀이 남게된다. 전사지지체/그래핀을 스푼으로 용액과 같이 떠서 증류수를 담아놓은 비커에서 여러번 띄우면서 세척 과정을 한다. 세척 과정을 마치고 원하는 기판(SiO2/Si, PET 필름 등)으로 띄운 다음 데시게이터에 넣어 물기를 없앤다.
그래핀과 맞 닿아있는 전사지지체는 바셀린으로, 실시예 1, 3 과정은 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 클로로폼, 디에틸에테르, 카본디설파이드 THF, Acetone, Ethyle acetate 등 여러 용매 중 하나를 이용하며, 본 내용에서는 톨루엔을 사용하였다. 톨루엔 용매를 삼각 플라스크, 비커에 각각 담고 둘다 160 ℃로 가열한다. 1차 세척은 삼각 플라스크 목 부분에서 용매의 증기를 모이게 하여 이 증기로 바셀린을 녹이는 과정이며 2차 세척은 비커 안에 가열된 용매에 담가서 세척하는 방법이다.
3. 전사된 그래핀의 분석결과
전사 후 그래핀의 분석 방법으로는 OM(Eclipse LV150, Nikon)과 라만(inVia Raman microscope, Renishaw), 그리고 AFM(N8-NEOS, Bruker, Germany) 등의 분석 장비를 사용하였다. OM, 라만, AFM 측정 위치는 전사 된 그래핀의 표면 중 무작위 부분이다. OM은 고배율에서 그래핀의 찢김 현상이나 불순물이 있는지 관찰하였고, 라만 측정으로 그래핀의 결점 여부 및 퀄리티를, AFM 측정으로 그래핀의 찢김 현상이나 표면 상태를 확인하였다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀의 표면을 광학현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것으로 바셀린을 이용한 공정에 의하여 그래핀이 손상 없이 전사가 이루어짐을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀의 표면을 AFM으로 관찰한 사진으로, AFM측정결과 그래핀의 미세한 찢어짐도 없이 전사되었고, 그래핀의 표면에는 잔류물이 존재하지 않음을 알 수 있었다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 바셀린 1층을 전사 지지체로 사용한 경우의 전사된 그래핀을 라만 분광법으로 분석한 결과이다. 그래핀의 특성인 G-band(~1590cm-1)가 존재하는 것으로 보아 샘플이 그래핀 샘픔임을 확인할 것 있고, 그래핀의 결함을 나타내는 D-band (1350cm-1)가 나타나지 않는 것으로 보아 전사 후 그래핀이 손상되지 않음을 보여준다.
1: 소재, 2: 제 1 기재, 3: 석유젤리 전사 지지체, 4: 제 2 기재

Claims (9)

  1. 제 1 기재인 구리 포일 위에 CVD방법으로 그래핀 소재를 형성하는 소재 형성단계;
    상기 소재 위에 용융된 바셀린으로 스핀코팅하여 전사 지지체를 형성하는 전사 지지체 형성단계;
    제 1 기재, 그래핀 소재 및 바셀린 전사 지지체로 구성된 적층체를 동결 건조하는 적층체 동결 건조단계;
    동결 건조된 적층체 중 상기 제 1 기재인 구리 포일을 산성용액을 이용하여 제거하는 제 1 기재 제거단계;
    제 1 기재가 제거된 그래핀 소재와 전사 지지체를 유연기판, 전도체, 유전체 또는 반도체성 소재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 제 2기재 위에 그래핀 소재가 적층되도록 적층하는 적층단계; 및
    상기 바셀린 전사 지지체를 유기용매를 사용하여 제거하는 전사 지지체 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 소재의 전사방법.
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