KR101828530B1 - Apparatus for manufacturing graphene - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 롤-투-롤 방식으로 금속박막에 그래핀이 합성되는 공간을 정의하는 챔버 프레임; 챔버 내부로 탄소를 포함한 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 챔버 내부에 배치되고, 복사열을 방출하여 상기 금속박막 및 상기 탄소를 포함한 가스를 가열하는 램프가 구비된 램프 가열부;를 포함하는 그래핀 합성 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a chamber frame defining a space in which a graphene is synthesized in a metal thin film in a roll-to-roll manner; A gas supply unit for supplying a gas including carbon into the chamber; And a lamp heating unit disposed inside the chamber and including a lamp that emits radiant heat to heat the metal thin film and the gas including the carbon.

Figure R1020110023829
Figure R1020110023829

Description

그래핀 합성 장치{Apparatus for manufacturing graphene}{Apparatus for manufacturing graphene}

본 발명은 그래핀 합성 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a graphene synthesizing apparatus.

그래파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀 시트(graphene sheet)가 적층된 구조를 갖는다. 그래파이트로부터 그래핀을 벗겨 내어 특성을 조사한 결과 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다. Graphite has a structure in which a plate-like two-dimensional graphene sheet in which carbon atoms are connected in a hexagonal shape is stacked. The graphene was peeled off from the graphite and its properties were investigated.

가장 주목할 특징은 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 이동한다는 것이다. 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 이동한다는 것을 의미한다. 또한, 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 가진다는 것이다. 또한, 현재까지 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000cm2/Vs의 높은 값을 갖는 것으로 알려져 있다. The most notable feature is that when electrons move from graphene, they move as if the mass of electrons is zero. This means that the electrons move to the speed at which the light travels in the vacuum, that is, to the light flux. In addition, graphene has an unusual half-integer quantum Hall effect on electrons and holes. Also, to date, the electron mobility of graphene is known to have a high value of about 20,000 to 50,000 cm 2 / Vs.

그래핀을 합성하기 위한 방법으로 화학기상증착법(chemical vapor deposition-CVD)이 사용된다. 화학기상증착법은 구리 또는 백금 등의 촉매금속으로 이루어진 금속박막을 그래핀 합성 챔버의 내부공간에 안치시키고, 메탄 또는 에탄 등의 탄화수소를 그래핀 합성 챔버의 내부공간에 주입한 후, 그래핀 합성 챔버의 내부공간을 고온으로 가열함으로써 금속박막의 표면에 그래핀을 합성하는 방법이다.Chemical vapor deposition (CVD) is used as a method for synthesizing graphene. In the chemical vapor deposition method, a metal thin film made of a catalytic metal such as copper or platinum is placed in an inner space of a graphene synthesis chamber, a hydrocarbon such as methane or ethane is injected into an inner space of a graphene synthesis chamber, Is heated at a high temperature to synthesize graphene on the surface of the metal thin film.

상술한 바와 같이 그래핀은 매우 유용한 성질을 가지고 있지만 그래핀을 합성하기 위해 고온의 환경을 설정하는데 비교적 많은 시간이 걸리므로, 대면적의 그래핀 시트를 경제적인 방식으로 양산하기 어렵다.As described above, graphene has a very useful property, but it takes a relatively long time to set a high-temperature environment to synthesize graphene, so it is difficult to mass-produce a large-area graphene sheet in an economical manner.

본 발명의 일 실시예는 열제어가 용이하고 대량 생산이 가능한 그래핀 합성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a graphene synthesizing apparatus which is easy to perform heat control and can be mass-produced.

본 발명의 일 측면에 의하면, 롤-투-롤 방식으로 금속박막에 그래핀이 합성되는 공간을 정의하는 챔버 프레임; 챔버 내부로 탄소를 포함한 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 챔버 내부에 배치되고, 복사열을 방출하여 상기 금속박막 및 상기 탄소를 포함한 가스를 가열하는 램프가 구비된 램프 가열부;를 포함하는 그래핀 합성 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a chamber frame defining a space in which a graphene is synthesized in a metal thin film in a roll-to-roll manner; A gas supply unit for supplying a gas including carbon into the chamber; And a lamp heating unit disposed inside the chamber and including a lamp that emits radiant heat to heat the metal thin film and the gas including the carbon.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 램프 가열부는 상기 그래핀이 합성되는 동안 적어도 한 번 이상 서로 다른 파장대역의 빛을 방출할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the lamp heating unit may emit light of different wavelength bands at least one time during synthesis of the graphene.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 서로 다른 파장대역의 빛은 근적외선, 중적외선 및 가시광선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the light of the different wavelength band may include at least one of near-infrared light, medium-infrared light, and visible light.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 챔버 내부의 공간을 분할하는 적어도 하나의 차단벽이 더 형성되고, 상기 램프 가열부는 상기 차단벽에 의해 분리된 챔버 공간에 각각 다른 파장대역의 빛을 방출할 수 있다.According to another aspect of the present invention, at least one blocking wall for dividing a space inside the chamber is further formed, and the lamp heating unit may emit light of a different wavelength band to the chamber space separated by the blocking wall have.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 차단벽에 의해 분리된 챔버 공간은 분위기 가스 가열공간, 및 금속박막 및 탄소를 포함하는 가스 가열공간을 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the chamber space separated by the blocking wall may include an atmospheric gas heating space, and a gas heating space including a metal thin film and carbon.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 차단벽에는 상기 분리된 챔버 공간을 분리 및 연결하는 개폐장치가 더 구비될 수 있다. According to another aspect of the present invention, the blocking wall may further include an opening / closing device for separating and connecting the separated chamber space.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 챔버 프레임에는, 진공 시 닫히고, 그래핀 합성 시 상기 금속박막이 롤-투-롤 방식으로 상기 챔버를 통과할 수 있도록 열리는 유동성 갭이 구비되고, 상기 갭 양측에는 상기 금속박막의 이동에 대응하여 회전하는 회전수단이 구비된 금속박막 출입부;를 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the chamber frame is provided with a fluidity gap that is closed during vacuum and opens to allow the metal thin film to pass through the chamber in a roll-to-roll manner when graphene is synthesized, And a metal thin film inserting portion provided with a rotating means for rotating in correspondence to the movement of the metal thin film.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막 출입부는 마주보는 챔버 프레임에 대향 배치될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the metal foil entrance portion may be disposed opposite to the opposing chamber frame.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막이 상기 챔버 내부로 유입되는 측에 배치된 금속박막 출입부의 갭은 상기 금속박막의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the gap of the metal thin film inlet / outlet portion disposed on the side where the metal thin film is introduced into the chamber may be substantially the same as the thickness of the metal thin film.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막이 상기 챔버 외부로 유출되는 측에 배치된 금속박막 출입부의 갭은 상기 금속박막과 상기 그래핀의 두께의 합과 실질적으로 동일할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the gap of the metal thin film inlet / outlet portion disposed on the side where the metal thin film flows out of the chamber may be substantially equal to the sum of thicknesses of the metal thin film and the graphene.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막과 상기 회전수단은, 상기 금속박막이 상기 갭 사이를 이동할 시 선접촉할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the metal thin film and the rotating means may be in contact with each other when the metal thin film moves between the gaps.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 회전수단의 상기 금속박막과 접촉하는 면은 상기 금속박막보다 경도가 낮은 재료로 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the surface of the rotating means, which is in contact with the metal thin film, may be made of a material having hardness lower than that of the metal thin film.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 갭을 사이에 두고 상기 챔버 외부에 로드락(loadlock) 챔버가 더 구비될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a load lock chamber may be further provided outside the chamber with the gap interposed therebetween.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 챔버 내부에 배치되고, 그래핀 합성 시 롤-투-롤 방식으로 상기 챔버 내부를 이동하는 상기 금속박막의 롤에 감긴 부분을 상기 가스로부터 보호하는 금속박막 보호부;를 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a metal thin film protection device comprising: a metal thin film protection part which is disposed inside the chamber and protects a portion wound on a roll of the metal thin film moving in the chamber in a roll- ; ≪ / RTI >

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막 보호부는 상기 그래핀 합성온도보다 높은 온도에서 기화되는 재료를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the metal thin film protector may include a material which is vaporized at a temperature higher than the graphene synthesis temperature.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 금속박막 보호부는 금속박막이 출입하는 출입부를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the metal thin film protector may further include an access portion through which the thin metal film enters and exits.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치에 따르면, 그래핀 합성 공정에 따라 서로 다른 복사열을 방출하는 램프 가열부를 구비하기 때문에, 가열 시간 및 냉각 시간을 줄여 그래핀 합성 제조 공정을 단축할 수 있다. As described above, according to the graphene synthesizing apparatus according to the present embodiment, since the lamp heating unit that radiates different radiant heat according to the graphening process is provided, the heating time and cooling time can be reduced, can do.

또한, 그래핀 합성을 롤-투-롤 방식으로 진행할 수 있기 때문에 그래핀 대량 생산이 가능하다. In addition, since graphene synthesis can be carried out in a roll-to-roll manner, graphene mass production is possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(1)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ에 대응되는 금속박막의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ에 대응되는 금속박막에 형성된 그래핀의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ에 대응되는 금속박막 출입부로 유입되는 금속박막의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 1의 Ⅴ에 대응되는 금속박막 출입부에서 유출되는 금속박막과 그래핀의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(2)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(3)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ에 대응되는 금속박막의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 7의 Ⅸ에 대응되는 금속박막에 형성된 그래핀의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(4)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a metal thin film corresponding to II in Fig.
3 is a schematic cross-sectional view of graphene formed on a metal thin film corresponding to III of FIG.
4 is a schematic perspective view of a metal thin film introduced into a metal thin film entrance portion corresponding to IV of FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a metal thin film and graphene flowing out from a metal thin film entrance portion corresponding to V of FIG. 1; FIG.
6 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 2 according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 3 according to another embodiment of the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view of the metal thin film corresponding to VIII of FIG.
9 is a schematic cross-sectional view of a graphene formed on a metal thin film corresponding to IX of Fig.
10 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 4 according to another embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀을 포함하는 필름의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a film including graphene according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(1)를 개략적으로 나타낸 단면도, 도 2는 도 1의 Ⅱ에 대응되는 금속박막의 개략적인 단면도, 도 3은 도 1의 Ⅲ에 대응되는 금속박막에 형성된 그래핀의 개략적인 단면도, 도 4는 도 1의 Ⅳ에 대응되는 금속박막 출입부로 유입되는 금속박막의 개략적인 사시도, 도 5는 도 1의 Ⅴ에 대응되는 금속박막 출입부에서 유출되는 금속박막과 그래핀의 개략적인 사시도이다.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a graphene synthesizing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a metal thin film corresponding to II of FIG. 1, and FIG. 3 corresponds to FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view of a metal thin film introduced into a metal thin film entrance portion corresponding to FIG. 1, FIG. 5 is a schematic sectional view of a metal thin film entrance portion corresponding to FIG. And a schematic perspective view of the metal thin film and graphene flowing out.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(1)는 그래핀 합성 공간을 정의하는 챔버 프레임(110), 가스 공급부(120), 가스 배출부(130), 램프 가열부(140) 및 금속박막 출입부(150)를 포함한다.1, a graphene synthesizing apparatus 1 according to the present embodiment includes a chamber frame 110 defining a graphene synthesis space, a gas supply unit 120, a gas discharge unit 130, a lamp heating unit 140 And a metal thin film inserting portion 150.

챔버 프레임(110)의 내부 공간은 금속박막(31, 도3참조) 상에 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 그래핀(32, 도3참조)이 합성되는 공간(S1)을 형성한다. 챔버 프레임(110)에 가스 공급부(120)와 가스 배출부(130)가 각각 구비될 수 있다. The inner space of the chamber frame 110 is divided into a space S1 in which a graphene 32 (see FIG. 3) is synthesized in a roll-to-roll manner on the metal thin film 31 (see FIG. 3) . The chamber frame 110 may include a gas supply unit 120 and a gas discharge unit 130, respectively.

가스 공급부(120)는 챔버 내부로 탄소를 포함하는 가스(미도시)를 공급한다. 탄소를 포함하는 가스는 그래핀 형성을 위한 반응 가스로서, 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 사이클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 이와 같은 기상의 탄소 공급원은 고온에서 탄소 원자와 수소 원자로 분리된다. The gas supply unit 120 supplies a gas (not shown) containing carbon into the chamber. The carbon-containing gas is a reactive gas for the formation of graphene. It is a reactive gas for forming graphene, which is composed of methane (CH 4 ), carbon monoxide (CO), ethane (C 2 H 6 ), ethylene (CH 2 ), ethanol (C 2 H 5 ) C 2 H 2), propane (CH 3 CH 2 CH 3) , propylene (C 3 H 6), butane (C 4 H 10), pentane (CH 3 (CH 2) 3 CH 3), pentene (C 5 H 10), dicyclopentadiene (C 5 H 6), hexane (C 6 H 14), cyclohexane (C 6 H 12), benzene (C 6 H 6), toluene (C 7 H 8), etc., it included carbon atoms One or more selected from the group can be used. Such a gaseous carbon source is separated into carbon atoms and hydrogen atoms at high temperatures.

또한, 가스 공급부(120)는 탄소를 포함하는 가스뿐만 아니라 분위기 가스도 챔버 내부로 공급할 수 있다. 분위기 가스는 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 가스와, 금속박판의 표면을 깨끗하게 유지하기 위한 수소와 같은 비반응 가스를 포함할 수 있다. Further, the gas supply unit 120 can supply not only the gas including carbon but also the atmospheric gas into the chamber. The atmospheric gas may include an inert gas, such as helium or argon, and a non-reacted gas, such as hydrogen, to keep the surface of the metal foil clean.

한편, 상기 도면에는 가스 공급부(120)가 편의상 하나만 도시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 가스 공급부가 여러 개 설치될 수 있다. 이때 분위기 가스와 탄소를 포함하는 가스를 각각 서로 다른 가스 공급부를 통해 챔버 내부로 공급할 수 있음은 물론이다. Meanwhile, although only one gas supply unit 120 is shown for the sake of convenience, the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of gas supply units may be provided. At this time, it is of course possible to supply the atmospheric gas and the gas containing carbon to the inside of the chamber through different gas supply portions.

가스 배출부(130)는 챔버 내부의 공기를 챔버 외부로 배출하여 챔버 내부의 압력을 감소시킬 수 있다. 이때 챔버 내부 압력은 약 수 torr ~ 10-3 torr 정도로 감압될 수 있다. 또한, 가스 배출부(130)는 그래핀 합성에 이용된 가스들을 챔버 외부로 배출할 수 있다.The gas discharge unit 130 may discharge the air inside the chamber to the outside of the chamber to reduce the pressure inside the chamber. At this time, the pressure inside the chamber can be reduced to about several torr to 10-3 torr. Further, the gas discharging part 130 can discharge the gases used for graphene synthesis to the outside of the chamber.

한편, 상기 도면에는 가스 배출부(130)가 편의상 하나만 도시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 가스 배출부는 여러 개 설치될 수 있다. 이때 챔버 내부의 감압을 위한 가스 배출 및 그래핀 합성에 사용된 가스 배출은 각각 서로 다른 가스 배출부를 통해 챔버 외부로 배출될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, although only one gas discharge unit 130 is illustrated for the sake of convenience, the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of gas discharge portions may be provided. In this case, it is a matter of course that the gas exhaust for decompression inside the chamber and the gas exhaust used for the graphene synthesis can be discharged to the outside of the chamber through different gas exhaust portions.

챔버 내부에 램프 가열부(140)가 배치된다. 램프 가열부(140)는 복사열을 방출하는 복수의 램프(141)를 포함한다. 램프(141)는 할로겐 램프일 수 있다. 램프 가열부(140)는 다양한 파장대의 복사열을 선택적으로 방출할 수 있으며, 그래핀이 합성되는 동안 적어도 한 번 이상 서로 다른 대역의 파장을 방출할 수 있다. A lamp heating section 140 is disposed inside the chamber. The lamp heating unit 140 includes a plurality of lamps 141 that emit radiant heat. The lamp 141 may be a halogen lamp. The lamp heating unit 140 may selectively emit radiant heat of various wavelengths, and may emit wavelengths of different bands at least once during synthesis of the graphene.

촉매인 금속박막(131, 도 2참조)에 그래핀(132, 도 3참조)을 합성하는 공정은, 분위기 가스를 가열하는 공정(이하 "전(pre) 가열공정"이라 함), 금속박막(131)이나 탄소를 포함하는 가스를 적어도 약 800℃ 이상의 고온으로 가열하는 공정(이하 "가열공정"이라 함)과, 그래핀 결정을 얻기 위하여 가열된 온도를 냉각시키는 공정(이하, "냉각공정"이라 함) 등을 포함할 수 있는데, 종래에는 주로 CVD 장치를 이용하였다. 그러나, CVD 장치는 적정 온도에 도달하기 위하여 챔버 내부의 가스나 금속박막뿐만 아니라, 프레임(110)을 포함한 챔버 전체가 평형 상태에 도달하도록 가열되기 때문에 가열시간이 오래 걸리고, 또한 냉각시키는 데에도 상당 시간이 소요된다. 그러나, 본 실시예에 따른 램프 가열부(140)는 복사열을 이용하여 가열하기 때문에 챔버 내부의 가스나 금속박막(131)을 우선적으로 원하는 온도로 빠르게 가열시킬 수 있고, 또한 냉각 시간도 단축시킬 수 있다.The step of synthesizing the graphene 132 (see FIG. 3) on the metal thin film 131 (see FIG. 2) as a catalyst is a step of heating the atmosphere gas (hereinafter referred to as a "preheating step" (Hereinafter referred to as " cooling step ") for cooling the heated temperature to obtain graphene crystals (hereinafter referred to as " cooling step " ). In the past, a CVD apparatus was mainly used. However, since the CVD apparatus is heated so that the entire chamber including the frame 110 reaches the equilibrium state as well as the gas or the metal thin film inside the chamber in order to reach the proper temperature, the heating time is long and also the cooling It takes time. However, since the lamp heating unit 140 according to the present embodiment is heated using radiant heat, it is possible to quickly heat the gas or the metal thin film 131 inside the chamber to a desired temperature quickly, and also to shorten the cooling time have.

또한, 본 실시예에서 램프 가열부(140)는 그래핀이 합성되는 동안 적어도 한 번 이상 서로 다른 파장대역의 복사열을 방출할 수 있다. 예를 들어, 전 가열공정에는 주로 가스의 온도를 더 많이 높이는 중적외선(MIR) 또는 가시광선(IR)을 사용할 수 있고, 가열공정에는 주로 금속박막(131)의 온도를 더 많이 올리는 근적외선(NIR)을 사용할 수 있다. 전 가열공정에 중적외선 또는 가시광선을 사용할 경우, 챔버 프레임(110) 외벽의 온도를 상대적으로 낮은 온도로 유지할 수 있기 때문에, 그래핀 합성 공정에서 양산성을 확보할 수 있는 중요한 요소 중 하나인 온도를 낮게 함으로써 생산성 증대를 가져올 수 있다. 또한, 가열공정에 근적외선을 사용할 경우, 근적외선은 금속박막(131)에 직접 조사되어 금속박막(131)의 온도를 균일하게 상승시키며, 그래핀 합성에 필요한 온도를 단시간에 형성할 수 있다. Also, in this embodiment, the lamp heating unit 140 may emit radiant heat of different wavelength band at least one time during synthesis of the graphene. For example, infrared (MIR) or visible light (IR) can be used in the preheating process, which mainly increases the temperature of the gas. In the heating process, near infrared rays (NIR ) Can be used. Since the temperature of the outer wall of the chamber frame 110 can be maintained at a relatively low temperature when infrared or visible light is used in the preheating step, The productivity can be increased. When near infrared rays are used in the heating process, the near infrared rays are directly irradiated to the metal thin film 131 to raise the temperature of the metal thin film 131 uniformly, and the temperature necessary for graphene synthesis can be formed in a short time.

본 발명에서 금속박막(31)에 그래핀(32)을 합성하는 방식은 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식을 따른다. 본 실시예에서 그래핀(32)이 합성되기 전의 금속박막(31)이 감긴 제1롤(10), 및 그래핀(32)이 합성된 후의 금속박막(31)이 감긴 제2롤(20)은 각각 챔버 외부에 배치된다. In the present invention, a method of synthesizing the graphene 32 in the metal thin film 31 is a roll-to-roll method. The first roll 10 wound with the metal thin film 31 before the graphene 32 is synthesized in the present embodiment and the second roll 20 wound with the thin metal film 31 after the graphen 32 is synthesized, Are each disposed outside the chamber.

도 2는 그래핀이 합성되기 전 챔버 외부에 배치된 금속박막(31)을 개략적으로 도시한 단면도이다. 금속박막(31)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y), 및 지르코늄(Zr)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 그래핀이 합성되기 전 금속박막(31)은 제1롤(10)에 감겨 챔버 외부에 배치되어 있다. 2 is a cross-sectional view schematically showing a metal thin film 31 disposed outside the chamber before graphene is synthesized. The metal thin film 31 is formed of a metal such as Ni, Co, Fe, Pt, Au, Ag, Al, Cr, (Mg), Mn (Mn), Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, ), Palladium (Pd), yttrium (Y), and zirconium (Zr). Before the graphene is synthesized, the metal foil 31 is wound around the first roll 10 and disposed outside the chamber.

한편, 도 2에는 금속박막(31)이 단일층으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 롤-투-롤 공정을 적용할 수 있을 정도의 연성을 구비할 수 있는 것이라면, 규소(Si), 글래스, GaN, 실리카 등의 무기물, Ni, Cu, W 등의 금속 또는, SiO2, Si3N4, SiON, SIOF, BN, HSQ(hydrogen silsesquiloxane), 크세로겔(xerogel), 에어로겔(aero gel), 폴리 나프탈렌(poly naphthalene), 비정질 카본(carbon) 불화물(a-CF), SiOC, MSQ, 블랙 다이아몬드(black diamond) 등을 이용한 베이스층을 더 구비할 수 있다. Although the metal thin film 31 is shown as a single layer in FIG. 2, the present invention is not limited thereto. For example, silicon (Si (Si) Inorganic materials such as glass, GaN and silica; metals such as Ni, Cu and W; and silicon oxides such as SiO2, Si3N4, SiON, SIOF, BN, hydrogen silsesquioxane, xerogel, aero gel, It is possible to further include a base layer using poly naphthalene, amorphous carbon fluoride (a-CF), SiOC, MSQ, black diamond or the like.

도 3은 금속박막(31)에 그래핀(32)이 합성된 후 챔버 외부로 이송된 그래핀 구조체(30)의 개략적인 단면도이다. 그래핀(32)이 합성된 후의 금속박막(31)은 제2롤(20)에 감겨 챔버 외부에 배치된다.3 is a schematic cross-sectional view of the graphene structure 30 transferred to the outside of the chamber after the graphene 32 is synthesized on the metal foil 31. FIG. The metal thin film 31 after the graphene 32 is synthesized is wound around the second roll 20 and disposed outside the chamber.

롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 금속박막(31)에 그래핀(32)을 형성하기 위해서는 챔버 외부에 있는 금속박막(31)을 챔버 내부로 유입하고, 그래핀(32) 합성이 완료된 금속박막(31)을 챔버 외부로 유출할 수 있는 수단이 필요하다. 이를 위하여 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(1)는 챔버 프레임(110)에 금속박막 출입부(150)가 구비된다. In order to form the graphene 32 on the metal foil 31 by a roll-to-roll method, the metal foil 31 outside the chamber is introduced into the chamber, There is a need for a means capable of discharging the synthesized metal thin film 31 to the outside of the chamber. To this end, the graphene synthesizing apparatus 1 according to the present embodiment is provided with a metal thin film inserting portion 150 in the chamber frame 110.

금속박막 출입부(150)는 챔버 외부에 있는 금속박막(31)을 챔버 내부로 유입시키는 제1금속박막 출입부(151), 및 제1금속박막 출입부(151)에 대향 배치되고 그래핀(32) 합성이 완료된 금속박막(31)을 챔버 외부로 유출시키는 제2금속박막 출입부(152)를 구비한다. The metal thin film inserting portion 150 includes a first metal thin film inserting portion 151 for introducing the metal thin film 31 outside the chamber into the chamber and a second metal thin film inserting portion 151 opposed to the first metal thin film inserting portion 151, 32), and a second metal foil entrance part (152) for allowing the synthesized metal foil (31) to flow out of the chamber.

그래핀을 합성하는 과정 중에서 분위기 가스의 온도를 높이거나, 탄소를 포함하는 가스를 고온으로 가열하는 단계 등은 진공 하에서 진행되는 것이 바람직하다. 그러나, 그래핀 합성 시, 본 실시예와 같이 제1 및 제2롤(10, 20)이 챔버 외부에 배치될 경우, 금속박막(31)이 챔버 내부를 통과하기 위해서는 일시적으로 진공이 해제되어야 한다. 이를 위하여, 제1 및 제2 금속박막 출입부(151, 152)에는 각각 챔버의 진공을 유지하는 동안에는 닫히고, 그래핀(32)을 합성하는 동안에는 금속박막(31)이 챔버를 통과할 수 있도록 열리는 유동성 갭(g1, g2, 도4 및 5 참조)과, 금속박막(31)의 이동에 대응하여 회전하는 회전수단(151, 152)이 구비된다.It is preferable that the step of increasing the temperature of the atmospheric gas or the step of heating the carbon-containing gas at a high temperature during the process of synthesizing graphene proceed under vacuum. However, in the case of graphene synthesis, when the first and second rolls 10 and 20 are disposed outside the chamber as in the present embodiment, the vacuum must be temporarily released in order for the metal thin film 31 to pass through the chamber . For this, the first and second metal thin film passageways 151 and 152 are closed while the vacuum of the chamber is maintained, and the metal thin film 31 is opened to pass through the chamber during the synthesis of the graphene 32 (See g1 and g2 in FIGS. 4 and 5) and rotating means 151 and 152 rotating in correspondence with the movement of the thin metal film 31 are provided.

도 4를 참조하면, 제1롤(10)에 감겨있던 금속박막(31)이 그래핀 합성을 위하여 챔버 내부로 유입되도록, 챔버 프레임(110) 일측에 제1유동성 갭(g1)이 형성된다.Referring to FIG. 4, a first fluid gap g1 is formed on one side of the chamber frame 110 so that the metal thin film 31 wound on the first roll 10 flows into the chamber for graphene synthesis.

그래핀 합성 시, 제1 유동성 갭(g1)은 금속박막(31)의 두께(d1)보다 최소한 커야 한다. 또한, 그래핀 합성 동안 진공이 해제되는 것을 최대한 방지하기 위하여 제1 유동성 갭(g1)d은 금속박막(31)의 두께와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.In the case of graphene synthesis, the first flow gap g1 must be at least greater than the thickness d1 of the metal foil 31. [ Also, it is preferable that the first fluidity gap g1 d is substantially equal to the thickness of the metal foil 31 in order to prevent the vacuum release as much as possible during graphene synthesis.

제1 유동성 갭(g1) 양측에는 금속박막(31)의 롤-투-롤 이동이 원활하도록 제1 회전수단(151)이 구비된다.On both sides of the first fluid gap g1, the first rotating means 151 is provided to facilitate the roll-to-roll movement of the metal foil 31. [

본 실시예에서 제1 회전수단(151)으로 금속박막(31)의 이동방향에 반대 방향의 토크를 가지는 한 쌍의 회전롤러(151a, 151b)가 구비된다. 한 쌍의 회전롤러(151a, 151b)는 이동하는 금속박막(31)과 선 접촉함으로써, 금속박막(31)과의 마찰을 최소화하여 금속박막(31)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 금속박막(31)의 손상을 최소화하기 위하여, 제1 회전수단(151)이 금속박막(131)과 접촉하는 부분은 금속박막(131)보다 경도가 낮은 재료로 구비될 수 있다.In this embodiment, the pair of rotating rollers 151a and 151b having the torque in the direction opposite to the moving direction of the thin metal film 31 is provided by the first rotating means 151. [ The pair of rotating rollers 151a and 151b are in line contact with the moving metal thin film 31 so that the friction with the metal thin film 31 can be minimized and the metal thin film 31 can be prevented from being damaged. The portion of the first rotating means 151 which is in contact with the metal thin film 131 may be made of a material having a hardness lower than that of the metal thin film 131 in order to minimize damage to the metal thin film 31.

한편, 상기 도면에는 제1 회전수단(151)으로 한쌍의 회전롤러(151a, 151b)가 구비되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 회전수단(151)으로 한쌍의 회전롤러(151a, 151b) 대신 복수의 베어링이 구비될 수 있으며, 금속박막(131)의 이동을 원활히 하고, 금속박막(131)의 손상을 최소화할 수 있는 다양한 회전수단이 채용될 수 있다.Although the first rotating means 151 is provided with a pair of rotating rollers 151a and 151b, the present invention is not limited thereto. For example, the first rotating means 151 may be provided with a plurality of bearings in place of the pair of rotating rollers 151a and 151b to smoothly move the metal thin film 131 and to damage the metal thin film 131 A variety of rotating means that can be minimized can be employed.

한편, 상기 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 챔버가 진공을 유지해야 하는 동안에는 제1유동성 갭(g1)은 닫히게 된다. 이때, 제1유동성 갭(g1)은 별도의 추가 구성없이 닫힐 수도 있고, 제1 회전수단(151a, 151b) 사이에 별도의 완충장치를 배치하여 갭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 또는 제1 회전수단(151a, 151b) 측면에 별도의 개폐장치를 더 구비함으로써 진공을 유지할 수도 있다. Meanwhile, although not shown in detail in the drawings, the first fluidity gap g1 is closed while the chamber is required to maintain a vacuum. At this time, the first fluid gap g1 may be closed without any additional configuration, and a separate buffer device may be disposed between the first rotating means 151a and 151b to prevent a gap from being generated, Vacuum can be maintained by providing a separate opening / closing device on the sides of the rotating means 151a and 151b.

도 5를 참조하면, 그래핀(32) 합성이 완료된 금속박막(31)을 포함하는 그래핀구조체(30)를 챔버 외부로 유출시키도록, 챔버 프레임(10) 일측에 제2유동성 갭(g2)이 형성된다. 그래핀 구조체(30)는 챔버 외부에 배치된 제2롤(20)로 이송된다. 5, a second fluidity gap g2 is formed on one side of the chamber frame 10 so as to allow the graphene structure 30 including the metal thin film 31, which has been synthesized with the graphene 32, . The graphen structure 30 is conveyed to a second roll 20 disposed outside the chamber.

제2 유동성 갭(g2)은 금속박막(31)의 두께(d1)와 그래핀(32)의 두께(d2)의 합보다 최소한 커야 한다. 또한, 그래핀 합성 동안 진공이 해제되는 것을 최대한 방지하기 위하여 제2 유동성 갭(g2)은 금속박막(31)의 두께(d1)와 그래핀(32)의 두께(d2)의 합과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. The second fluidity gap g2 must be at least greater than the sum of the thickness d1 of the metal foil 31 and the thickness d2 of the graphene 32. [ The second fluidity gap g2 is substantially equal to the sum of the thickness dl of the metal foil 31 and the thickness d2 of the graphene 32 in order to prevent the vacuum release during graphene synthesis as much as possible .

제2 유동성 갭(g2) 양측에는 그래핀 구조체(30)의 롤-투-롤 이동이 원활하도록 제2 회전수단(152)이 구비된다. 제2 회전수단(152)으로 한 쌍의 회전롤러(152a, 152b)가 구비되었으나, 전술하였다시피 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 회전수단(152)의 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 또한, 제2 회전수단(152)은 금속박막(31) 및 그래핀(32)의 손상을 최소화하기 위하여, 제2 회전수단(152)이 금속박막(131)과 접촉하는 부분은 금속박막(131)보다 경도가 낮은 재료로 구비될 수 있다.On both sides of the second fluidity gap g2, the second rotating means 152 is provided to facilitate the roll-to-roll movement of the graphene structure 30. The second rotating means 152 is provided with a pair of rotating rollers 152a and 152b. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this and various modifications of the second rotating means 152 are possible. In order to minimize damage to the metal thin film 31 and the graphene 32, the second rotating means 152 may be configured such that the portion of the second rotating means 152, which contacts the metal thin film 131, ). ≪ / RTI >

한편, 금속박막 출입부(150)는 그래핀 합성 시, 유동성 갭(g1, g2)에 의해 일진공이 해제되는 것을 방지하기 위하여, 유동성 갭(g1, g2)을 사이에 두고 챔버 외부에 로드락(loadlock) 챔버(160)가 구비될 수 있다. 상기 챔버 양측에 배치된 로드락 챔버(160)에 제1롤(10) 및 제2롤(20)이 각각 배치될 수 있다. On the other hand, in order to prevent the release of one vacuum by the fluid gaps g1 and g2 during the graphene synthesis, the metal thin film entrance part 150 is provided with load locks (g1 and g2) a load lock chamber 160 may be provided. The first roll 10 and the second roll 20 may be disposed in the load lock chamber 160 disposed on both sides of the chamber.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(1)에 따르면, 그래핀합성 공정에 따라 서로 다른 복사열을 방출하는 램프 가열부를 구비하기 때문에, 가열 시간 및 냉각 시간을 줄여 그래핀 합성 제조 공정을 단축할 수 있다. As described above, according to the graphene synthesizing apparatus 1 of the present embodiment, since the lamp heating unit that emits different radiant heat according to the graphening process is provided, it is possible to reduce the heating time and the cooling time, The process can be shortened.

한편, 종래의 CVD를 이용한 그래핀 합성 장치에서는 챔버 전체가 가열되어 고온에서 금속박막의 텐션(tension)을 유지하기 어렵기 때문에 롤-투-롤 방식의 그래핀 합성이 어려운 문제가 있었다. 그러나 본 실시예와 같이 램프의 복사열을 이용한 가열 방식에서는 온도는 높으나 램프 조사 시간을 줄일 수 있기 때문에, 금속박막의 텐션을 유지할 수 있다. 따라서, 그래핀 합성을 롤-투-롤 방식으로 진행할 수 있기 때문에 그래핀 대량 생산이 가능하다.
On the other hand, in the conventional graphene synthesizing apparatus using CVD, it is difficult to synthesize graphene in a roll-to-roll system because the entire chamber is heated and it is difficult to maintain the tension of the metal thin film at a high temperature. However, since the heating method using the radiant heat of the lamp as in the present embodiment has a high temperature but can reduce the lamp irradiation time, the tension of the metal thin film can be maintained. Therefore, since graphene synthesis can be carried out in a roll-to-roll manner, graphene mass production is possible.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(2)를 설명한다. 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내며, 전술한 실시예와의 차이점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, a graphene synthesizing apparatus 2 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same reference numerals denote the same components, and the present embodiment will be described focusing on differences from the above-described embodiment.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(2)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 도면을 참조하면, 전술한 실시예와 마찬가지로, 그래핀 합성장치(2)는 그래핀 합성 공간을 정의하는 챔버 프레임(110), 가스 공급부(120), 가스 배출부(130), 램프 가열부(140) 및 금속박막 출입부(150)를 포함하고, 챔버 내부의 공간을 분할하는 차단벽(170)을 포함한다. 6 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 2 according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the graphene synthesizing apparatus 2 includes a chamber frame 110 defining a graphene synthesis space, a gas supply unit 120, a gas discharge unit 130, (140) and a metal foil entrance (150), and includes a blocking wall (170) dividing the space inside the chamber.

본 실시예에서 챔버 프레임(110)의 내부 공간은 차단벽(170)에 의해 분위기 가스를 가열하는 공간(S21), 및 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S22)으로 구분된다. 물론 본 발명은 이에 한정되지 않으며 차단벽(170)이 여러 개 구비될 수 있으며, 다른 기능을 하는 분리된 공간이 더 구비될 수 있음은 물론이다. 또한, 분리된 공간에서는 하나의 공정만 진행될 수 있는 것은 아니다. 예컨대, 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S22)에서는 "가열 공정"만 진행되는 것이 아니라, 램프 가열부(140)의 온(ON)/오프(OFF)를 조절함으로써 그래핀 결정화를 위한 "냉각 공정"도 진행될 수 있다. In the present embodiment, the inner space of the chamber frame 110 is divided into a space S21 for heating the atmosphere gas by the blocking wall 170 and a space S22 for heating the thin metal plate 131 and the gas containing carbon Respectively. Of course, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that there may be a plurality of blocking walls 170, and a separate space having other functions may be further provided. In addition, a single process can not be performed in a separated space. For example, in the space S22 for heating the thin metal plate 131 and the gas containing carbon, not only the "heating step" is performed but the ON / OFF of the lamp heating unit 140 is controlled A "cooling process" for graphene crystallization may also proceed.

한편, 차단벽(170)에는 상기 두 공간(S21, S22)을 연결 또는 분리하는 개폐수단(171)이 더 구비될 수 있다. The blocking wall 170 may further include opening and closing means 171 for connecting or disconnecting the two spaces S21 and S22.

분위기 가스를 가열하는 공간(S21)과, 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S22)은 각각 다른 파장대역의 복사열을 방출하는 램프 가열부(140)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 분위기 가스를 가열하는 공간(S21)에는 중적외선 또는 가시광선을 방출하는 램프 가열부(140)를 사용하여 분위기 가스의 온도 올리고, 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S22)은 근적외선을 방출하는 램프 가열부(140)를 사용하여 금속박막(131)과 탄소를 포함하는 가스의 온도를 합성에 필요한 온도로 가열할 수 있다. 즉, "전 가열공정"과 "가열공정"을 별도의 공간에서 진행할 수 있다. "전 가열공정"에서는 중적외선 또는 가시광선을 이용하기 때문에 분위기 가스의 온도가 적정온도에 빨리 도달할 수 있고, "가열공정"에서는 근적외선을 이용하기 때문에 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스의 온도가 적정온도에 빨리 도달될 수 있다. The space S21 for heating the atmosphere gas and the space S22 for heating the thin metal plate 131 and the gas containing carbon may each include a lamp heating unit 140 that emits radiant heat of different wavelength band . For example, in the space S21 for heating the atmosphere gas, the temperature of the atmosphere gas is raised by using the lamp heating unit 140 which emits the medium infrared ray or visible light, and the gas including the thin metal plate 131 and the carbon is heated The temperature of the metal thin film 131 and the gas containing carbon can be heated to a temperature necessary for the synthesis using the lamp heating unit 140 which emits near infrared rays. That is, the "preheating step" and "heating step" can be carried out in separate spaces. In the "preheating step ", the temperature of the atmospheric gas can be quickly reached to an appropriate temperature because the medium infrared ray or the visible light is used, Can be quickly reached to an appropriate temperature.

따라서, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(2)는 챔버 내부에 차단벽을 설치하여 그래핀 합성 장치의 공간을 분리하여 별도의 공정을 별도의 공간에서 진행함으로써, 그래핀 합성 공정의 전체 속도를 향상시킬 수 있다.
Therefore, in the graphene synthesizing apparatus 2 according to the present embodiment, a blocking wall is provided in the chamber to divide the space of the graphene synthesizing apparatus and perform a separate process in a separate space, Can be improved.

이하, 도 7 내지 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(3)를 설명한다. 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내며, 전술한 실시예들과의 차이점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, a graphene synthesizing apparatus 3 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. The same reference numerals denote the same components, and the present embodiment will be described focusing on differences from the above-described embodiments.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(3)를 개략적으로 나타낸 단면도, 도 8은 도 7의 Ⅷ에 대응되는 금속박막의 개략적인 단면도, 도 9는 도 7의 Ⅸ에 대응되는 금속박막에 형성된 그래핀의 개략적인 단면도이다. 7 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 3 according to another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a schematic sectional view of a metal thin film corresponding to VIII of FIG. 7, and FIG. 9 corresponds to IX of FIG. Sectional view of a graphene formed on a metal thin film to be formed.

상기 도면들을 참조하면, 본 실시예에 따른 합성장치(3)는 그래핀 합성 공간을 정의하는 챔버 프레임(110), 가스 공급부(120), 가스 배출부(130), 및 램프 가열부(140)를 포함하고, 챔버 내부에 배치된 금속박막 보호부(180)를 포함한다. Referring to the drawings, the synthesis apparatus 3 according to the present embodiment includes a chamber frame 110 defining a graphene synthesis space, a gas supply unit 120, a gas discharge unit 130, and a lamp heating unit 140, And a metal thin film protector 180 disposed inside the chamber.

본 발명에서 금속박막(31)에 그래핀(32)을 합성하는 방식은 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식을 따른다. 본 실시예에서 그래핀(32)이 합성되기 전의 금속박막(31)이 감긴 제1롤(10), 및 그래핀(32)이 합성된 후의 금속박막(31)이 감긴 제2롤(20)은 모두 챔버 내부에 배치된다. In the present invention, a method of synthesizing the graphene 32 in the metal thin film 31 is a roll-to-roll method. The first roll 10 wound with the metal thin film 31 before the graphene 32 is synthesized in the present embodiment and the second roll 20 wound with the thin metal film 31 after the graphen 32 is synthesized, Are all disposed inside the chamber.

제1롤(10) 및 제2롤(20)에 감긴 금속박막(131)은 챔버 내부에 배치되기 때문에, 그래핀 합성 과정에서 고온으로 가열된 가스에 의해 손상 받을 수 있다. 따라서, 그래핀 합성 시 롤-투-롤 방식으로 챔버 내부를 이동하는 금속박막(131)의 제1,2롤(10, 20)에 감긴 부분을 보호하기 위하여, 제1,2롤(10, 20)에 감긴 금속박막(131)을 커버하도록 금속박막 보호부(180)를 설치한다. Since the metal thin film 131 wound on the first roll 10 and the second roll 20 is disposed inside the chamber, the metal thin film 131 can be damaged by the gas heated to a high temperature during the graphene synthesis process. Therefore, in order to protect a portion wound on the first and second rolls 10 and 20 of the metal thin film 131 moving in the chamber by the roll-to-roll method during the graphene synthesis, the first and second rolls 10, The metal thin film protection part 180 is installed to cover the metal thin film 131 wound on the metal thin film protection part.

금속박막 보호부(180)는 제1롤(10)에 감긴 금속박막(131, 도 8참조)이 합성 공간(S3)으로 유출되고, 그래핀(132, 도 9참조)이 합성된 후 합성공간(S3)으로부터 다시 제2롤(20)로 유입될 수 있도록, 입구에 출입부(181)를 구비할 수 있다.The metal thin film protection part 180 is formed by the metal thin film 131 wound on the first roll 10 (see FIG. 8) to flow out into the synthesis space S3 and the graphene 132 (see FIG. 9) (181) at the inlet so that the second roll (20) can be introduced again from the second roll (S3).

만약 금속박막 보호부(180)가 그래핀의 합성 온도보다 낮은 온도에서 기화될 경우, 이는 그래핀 합성 과정에서 불순물로 작용할 수 있다. 따라서, 금속박막 보호부(180)는 그래핀의 합성 온도보다 높은 온도에서 기화되는 재료를 포함하는 것이 바람직하다.  If the metal thin film protector 180 is vaporized at a temperature lower than the synthesis temperature of graphene, it may act as an impurity in the graphene synthesis process. Accordingly, the metal thin film protector 180 preferably includes a material that is vaporized at a temperature higher than the synthesis temperature of graphene.

따라서, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(3)에 따르면, 그래핀 합성 공정에 따라 서로 다른 복사열을 방출하는 램프 가열부를 구비하기 때문에, 가열 시간 및 냉각 시간을 줄여 그래핀 합성 제조 공정을 단축할 수 있고, 그래핀 합성을 롤-투-롤 방식으로 진행할 수 있기 때문에 그래핀 대량 생산이 가능하다. 또한, 전술한 실시예와 비교할 때, 금속박막이 챔버 내부에만 배치되기 때문에, 그래핀 합성 동안에도 진공을 유지할 수 있어 더욱 안정적인 그래핀의 대량 생산이 가능하다.
Therefore, according to the graphene synthesizing apparatus 3 according to the present embodiment, since the lamp heating unit that radiates different radiant heat according to the graphening process is provided, the heating time and the cooling time can be reduced, And graphene synthesis can be carried out in a roll-to-roll manner, which enables mass production of graphene. Further, as compared with the above-described embodiment, since the metal thin film is disposed only inside the chamber, the vacuum can be maintained during graphene synthesis, thereby enabling mass production of more stable graphene.

이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(4)를 설명한다. 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내며, 전술한 실시예(3)와의 차이점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, a graphene synthesizing apparatus 4 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same reference numerals denote the same components, and the present embodiment will be described focusing on differences from the above-described embodiment (3).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(4)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 도면을 참조하면, 전술한 실시예와 마찬가지로, 그래핀 합성장치(4)는 그래핀 합성 공간을 정의하는 챔버 프레임(110), 가스 공급부(120), 가스 배출부(130), 램프 가열부(140) 및 챔버 내부에 배치된 금속박막 보호부(180)를 포함하고, 챔버 내부의 공간을 분할하는 차단벽(190)을 더 포함한다. 9 is a cross-sectional view schematically showing a graphene synthesizing apparatus 4 according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the graphene synthesizing apparatus 4 includes a chamber frame 110 defining a graphene synthesis space, a gas supply unit 120, a gas discharge unit 130, (140) and a metal thin film protector (180) disposed within the chamber, and further includes a blocking wall (190) that divides the space inside the chamber.

본 실시예에서 챔버 프레임(110)의 내부 공간은 차단벽(190)에 의해 분위기 가스를 가열하는 공간(S41), 및 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S42)으로 구분된다. 물론 본 발명은 이에 한정되지 않으며 차단벽(170)이 여러 개 구비될 수 있고, 다른 기능을 하는 공간이 더 구비될 수 있음은 물론이다. 한편, 차단벽(190)에는 상기 두 공간(S41, S42)을 연결 또는 분리하는 개폐수단(191)이 더 구비될 수 있다. The interior space of the chamber frame 110 in the present embodiment is divided into a space S41 for heating the atmosphere gas by the blocking wall 190 and a space S42 for heating the thin metal plate 131 and the gas containing carbon Respectively. Of course, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that a plurality of blocking walls 170 may be provided, and a space for performing other functions may be further provided. The blocking wall 190 may further include opening and closing means 191 for connecting or disconnecting the two spaces S41 and S42.

본 실시예에서 금속박막 보호부 보호부(180)는 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S42)에 배치되어 롤-투-롤 공정으로 그래핀 합성이 이루어진다. In this embodiment, the metal thin film protective portion protector 180 is disposed in the space S42 for heating the metal thin plate 131 and the gas containing carbon, and is subjected to graphene synthesis in a roll-to-roll process.

분위기 가스를 가열하는 공간(S41)과, 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S42)은 각각 다른 파장대역의 복사열을 방출하는 램프 가열부(140)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 분위기 가스를 가열하는 공간(S41)에는 중적외선 또는 가시광선을 방출하는 램프 가열부(140)를 사용하여 분위기 가스의 온도 올리고, 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간(S42)은 근적외선을 방출하는 램프 가열부(140)를 사용하여 금속박막(131)과 탄소를 포함하는 가스의 온도를 합성에 필요한 온도로 가열할 수 있다. 즉, "전 가열공정"과 "가열공정"을 별도의 공간에서 진행할 수 있다. "전 가열공정"에서는 중적외선 또는 가시광선을 이용하기 때문에 분위기 가스의 온도가 적정온도에 빨리 도달할 수 있고, "가열공정"에서는 근적외선을 이용하기 때문에 금속박판(131) 및 탄소를 포함하는 가스의 온도가 적정온도에 빨리 도달될 수 있다. The space S41 for heating the atmosphere gas and the space S42 for heating the thin metal plate 131 and the gas containing carbon may each include a lamp heating unit 140 for emitting radiant heat of different wavelength band . For example, in the space S41 for heating the atmosphere gas, the temperature of the atmosphere gas is raised by using the lamp heating unit 140 which emits the medium infrared ray or visible light, and the gas including the thin metal plate 131 and the carbon is heated The space S42 for heating the metal thin film 131 and the carbon containing gas can be heated to a temperature required for the synthesis using the lamp heating unit 140 that emits near infrared rays. That is, the "preheating step" and "heating step" can be carried out in separate spaces. In the "preheating step ", the temperature of the atmospheric gas can be quickly reached to an appropriate temperature because the medium infrared ray or the visible light is used, Can be quickly reached to an appropriate temperature.

따라서, 본 실시예에 따른 그래핀 합성 장치(2)는 챔버 내부에 차단벽을 설치하여 그래핀 합성 장치의 공간을 분리하여 별도의 공정을 별도의 공간에서 진행함으로써, 그래핀 합성 공정의 전체 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 금속박막이 챔버 내부에만 배치되기 때문에, 그래핀 합성 동안에도 진공을 유지할 수 있어 더욱 안정적인 그래핀의 대량 생산이 가능하다. Therefore, in the graphene synthesizing apparatus 2 according to the present embodiment, a blocking wall is provided in the chamber to divide the space of the graphene synthesizing apparatus and perform a separate process in a separate space, Can be improved. Further, since the metal thin film is disposed only inside the chamber, the vacuum can be maintained even during graphene synthesis, which enables mass production of more stable graphene.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

1, 2, 3, 4: 그래핀 합성 장치 10: 제1롤
20: 제2롤 30: 그래핀 구조체
31: 금속박막 32: 그래핀
110: 챔버 프레임 120: 가스 공급부
130: 가스 배출부 140: 램프 가열부
150: 금속박막 출입부 160: 로드락 챔버
170: 차단벽 180: 금속박막 보호부
190: 차단벽1, 2, 3, 4: graphene composite device 10: first roll
20: second roll 30: graphene structure
31: metal thin film 32: graphene
110: chamber frame 120: gas supply part
130: gas discharge part 140: lamp heating part
150: metal thin film entrance part 160: load lock chamber
170: blocking wall 180: metal thin film protection part
190: blocking wall

Claims (16)

롤-투-롤 방식으로 금속박막에 그래핀이 합성되는 공간을 정의하는 챔버 프레임;
상기 챔버 프레임 내부로 탄소를 포함한 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 챔버 프레임 내부에 배치되고, 복사열을 방출하는 램프가 구비된 램프 가열부; 및
상기 챔버 프레임 내부의 공간을 분할하는 적어도 하나의 차단벽을 포함하고,
상기 차단벽에 의해 분리된 상기 챔버 프레임 내부의 공간은, 분위기 가스를 가열하는 공간, 및 상기 금속박막 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간을 포함하고,
상기 램프 가열부 중 상기 분위기 가스를 가열하는 공간에 배치된 램프 가열부는, 중적외선 또는 가시광선을 방출하며,
상기 램프 가열부 중 상기 금속박막 및 탄소를 포함하는 가스를 가열하는 공간에 배치된 램프 가열부는, 근적외선을 방출하는 그래핀 합성 장치.A chamber frame defining a space in which the graphene is synthesized in the metal foil in a roll-to-roll fashion;
A gas supply unit for supplying a gas containing carbon into the chamber frame;
A lamp heating unit disposed inside the chamber frame and having a lamp emitting radiant heat; And
At least one blocking wall dividing a space inside the chamber frame,
Wherein the space inside the chamber frame separated by the blocking wall includes a space for heating the atmosphere gas and a space for heating the metal thin film and the gas containing carbon,
A lamp heating unit disposed in a space for heating the atmospheric gas among the lamp heating units emits a medium infrared ray or a visible ray,
And a lamp heating unit disposed in a space for heating the metal thin film and the carbon-containing gas among the lamp heating units to emit near-infrared rays. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 챔버 프레임에는, 진공 시 닫히고, 그래핀 합성 시 상기 금속박막이 롤-투-롤 방식으로 통과할 수 있도록 열리는 유동성 갭이 구비되고, 상기 갭 양측에는 상기 금속박막의 이동에 대응하여 회전하는 회전수단이 구비된 금속박막 출입부;를 더 포함하는 그래핀 합성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the chamber frame is provided with a fluidity gap that is closed during vacuum and opens to permit the metal thin film to pass through the roll-to-roll system when graphene is synthesized, and on both sides of the gap, And a metal foil entry / exit unit provided with the means. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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