KR101876453B1 - 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트 및 탄소질 나노플레이트 복합체 - Google Patents

수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트 및 탄소질 나노플레이트 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소질 (carbonaceous) 나노플레이트 (nanoplate) 제조방법에 있어서, 1)물 (water)에 글루코스(glucose) 30~90중량%를 용해하는 단계; 2)상기 용해된 글루코스(glucose) 수용액을 내열내압용기인 빈(empty) 오토클레이브(autoclave) 내부에 놓인 용기에 넣는 단계; 3)주어진 온도에서 물 증기 포화상태일 때, 물 대비 글루코스 무게 비율이 5 이상 되게 하면서 포화압력을 유지하기에 필요한 여분의 물을 상기 용기 밖에 추가하는 단계; 4)상기 오토클레이브(autoclave)를 가열 가압시키는 단계로 구성될 수 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법에 관한 것이다.

Description

수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트 및 탄소질 나노플레이트 복합체 {METHOD OF PREPARING CARBONACEOUS NANOPLATE USING HYDROTHERMAL PROCESS AND CARBONACEOUS NANOPLATE PREPARED THEREBY AND CARBONACEOUS NANOPLATE COMPOSITES}
본 발명은 탄소질 나노플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트 및 탄소질 나노플레이트 복합체에 관한 것으로 더욱 상세하게는 산화 그래핀과 유사한 기하학적, 화학적 특징을 나타내며, 폴리머의 충전제로써 뛰어난 기능을 하는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트 및 탄소질 나노플레이트 복합체에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은, 흑연성(Graphitic) 물질을 구성하는 기초 단위로, 육각형을 이루고 있는 탄소 원자가 2차원적으로 결합한 하나의 층을 이룬 것을 일컫는 것으로, 이의 두께는 탄소원자 한 층으로서, 약 0.4 ㎚이다.
그래핀의 우수한 물성을 활용하기 위해서는 크기가 수 십 ㎚ 이상으로 큰 그래핀의 제조가 필요하나, 그래핀 층간에 작용하는 반데르발스 인력으로 인해 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) (또는 한 변의 길이가 수 십 nm 이상인 그래핀 나노분말)을 다량으로 제조하기 매우 어렵다.
스카치테이프를 이용하여 흑연으로부터 그래핀을 떼어내는 방법으로 그래핀을 제조하는 경우 대량생산이 불가능하고, 이 경우 시료는, 그래핀이라 할 수 없는 흑연(즉, 부분적으로 수 개의 그래핀 층이 적층된 다수의 그래핀 적층체)이 형성되는 것이 대부분이었다.
대신에 최근에는 산화그래핀으로 불리는 화학적인 수정 그래핀(chemical modified graphene)에 관해 그 자체의 예외적인 특성 때문에 다양한 영역에서 연구되어왔다.
산화그래핀은 도 1과 같이 기저면(base plane)과 모서리(edge)에 하이드록시, 에폭시, 카보닐 및 카르복실 그룹 등의 산소 기능기가 부착된 이차원 평면 구조를 갖는다.
상기 특유의 구조는 기능화(functionalization)를 위한 넓은 표면적, 안정한 수용성 콜로이드 서스펜션(colloidal suspension) 및 화학적 반응 사이트를 제공한다.
또한 산화그래핀은 열처리 또는 화학적인 환원을 통해 그래핀이 가지는 전기적 성질을 회복할 수 있다. 이런 특성은 산화그래핀이 고분자 복합체, 에너지 저장시스템, 수처리, 센서 및 바이오메티칼 디바이스와 같은 기존의 응용분야에서 다른 물질을 대체할 수 있다.
산화그래핀의 가장 일반적인 제조방법은 화학적 처리에 의한 화학적 박리법(chemical exfoliation)과 초음파, 볼밀링 등을 이용한 기계적 박리법(mechanical exfoliation)이 있다. 상세한 제조방법으로 1)그래파이트를 강한 산화제로 산화시키고 산소작용기 그룹으로 그래파이트 사이를 분리 2)순수한 산화그래핀을 얻기 위해 불순물은 물과 화합물로 제거 3)산화그래핀 단분자층(monolayer)은 초음파처리동안 수용액에서 콜로이드 상태를 형성한다. 상기 안정한 상태는 진공여과와 수열반응(hydrothermal process)을 통하여 거시적인 스케일의 제조를 진척시킨다.
화학적 박리(Chemical exfoliation)는 대량생산에 유용한 방법으로 여겨졌다. 그러나 근래에 산화그래핀 제조에 관한 비판적인 시각이 실용적인 응용분야에서 제기되고 있다. 예를 들어, KClO3, HNO3 또는 KMnO4, H2SO4처럼 강력한 산화제를 사용하는 일반적인 산화그래핀 제조방법은 완전한 산화반응을 위해 수 시간에서 수 일이 걸릴 수 있다. 이런 긴 반응시간은 생산효율성을 저하시킨다.
더욱이, 강산화물은 화학반응동안 폭발위험, 독가스, 환경오염을 일으킬 중금속 등이 생산될 수 있다. 중금속 성분이 포함된 산화그래핀은 생의학적인 응용에 제한적이고 합성 시 과도한 과열은 폭발을 야기할 수 있다.
또한, 산화제를 중화시키기 위해 많은 물이 필요하며, 따라서 반응 후에 많은 폐수가 배출된다. 요약하면, 전형적인 방법에 대한 상세한 정보는 표 1를 보면 알 수 있다.

Method		 KClO3,HNO3 based KMnO4,H2SO4 based
Brodie Staudenmaier Hofmann Hummers Modified-1 Modified-2 Modified-3
Reaction time 10h 1-10 days 4 days 2-10h 8h 5 days 12h
Toxic gas ClO2 ClO2 , NOx ClO2 , NOx NOx NOx
Exploder KClO3 KClO3 KClO3 Mn2O7 Mn2O7 Mn2O7 Mn2O7
Heavy metal - - - Mn2 + Mn2 + Mn2 + Mn2 +
Wasterwater(for 1kg prapheneoxide) - - - 204L 463L 167L
이상		 333L
이상
이러한 산화그래핀 합성 방법의 제한요인은 생산 비용을 크게 증가시킨다. 따라서, 대부분 화학회사 (Sigma-Aldrich, Graphene supermarket 등)는 1그램당 150~300달러에 산화그래핀을 판매한다. 한편, 합성방법에 의한 제조량은 실험실 규모로 가정할 때 대략 1 kg m-3 day-1 정도 된다. 이러한 저생산량과 높은 생산단가는 산화그래핀의 다양한 응용을 제한한다.
따라서, 간단하고 환경 친화적인 공정을 통해 기존의 산화 그래핀을 대체하는 새로운 재료를 개발하는 것이 필요하다. 상기 친환경 공정은 유해가스, 폭발성 물질, 중금속을 배출하지 않아야 한다. 또한, 원자재 단가 및 생산단가가 낮아야 한다. 상기 조건을 만족시키는 산화 그래핀과 유사한 형상 및 화학 구조를 갖는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)라는 새로운 물질을 제조하는 것이 목적이다.
대한민국 특허공개번호 제10-2010-0096463호 대한민국 특허공개번호 제10-2009-0126057호
본 발명의 목적은 간단하고 환경 친화적인 공정을 통해 산화 그래핀을 대체할 수 있는 산화 그래핀과 유사한 형상 및 화학 구조를 갖는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 관한 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 생산비용과 제조 시간을 감소시키고 저렴한 원료를 이용하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 산화 그래핀과 유사한 특징이 있는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기계적 특징이 향상된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 탄소질 (carbonaceous) 나노플레이트 (nanoplate) 제조방법에 있어서, 1)물 (water)에 글루코스(glucose) 30~90중량%를 용해하는 단계; 2)상기 용해된 글루코스(glucose) 수용액을 내열내압용기인 빈(empty) 오토클레이브(autoclave) 내부에 놓인 용기에 넣는 단계; 3)주어진 온도에서 물 증기 포화상태일 때, 물 대비 글루코스 무게 비율이 5 이상 되게 하면서 포화압력을 유지하기에 필요한 여분의 물을 상기 용기 밖에 추가하는 단계; 4)상기 오토클레이브(autoclave)를 가열 가압시키는 단계로 구성될 수 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 글루코스는 D(+)-글루코스(glucose)(C6H12O6)구조인 특징이 있으며, 상기 글루코스는 단위체(모노머)로 모노사카라이드(monosaccharides) 또는 수크로스(sucrose)를 포함한 폴리사카라이드(polysaccharides)으로 사용될 수 있는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 오토클레이브(autoclave)의 가열 가압의 상태는 180~250℃, 10~40atm 상태로 1~24시간동안 유지하는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 용기를 여러 개 준비하여 오토클레이브 내부에 수평 또는 수직으로 수납할 수 있는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 가열 가압에 의해 글루코스(glucose)가 1,6-언하이드로글루코스(1,6-anhydroglucose), 푸릴(furyl) 및 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-benzenetriol)로 변환되고 임계과포화점에서 퓨란(furan) 구조와 벤젠(benzene) 구조들이 직접 또는 사슬로 결합되어 2차원적인 수평성장을 하는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 추가된 여분의 물은 폐쇄된 오토클레이브(autoclave)에서 가압을 용이하게 하고 공정온도에서의 글루코스 수용액의 글루코스 함량을 조절하기 위한 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트는 벤젠고리 (benzene ring)와 퓨란고리 (furan ring)로 구성된 육각형 구조와 오각형 구조가 직접 또는 사슬로 결합된 2차원 평면구조로 내부 탄소원자에 에틸렌 옥사이드 및 하이드록시기가 부분적으로 결합되고 외부(edge) 탄소원자에 카르보닐기, 카르복실기 및 하이드록시기가 부분적으로 결합된 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 1개 층의 높이가 단원자 (one-atom) 사이즈이고 1~10층으로 적층된 두께를 가질 수 있으며, 두께 대비 길이 비인 종횡비가 10~1000인 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 길이 100~1000nm, 두께 0.5~6 nm, 종횡비(두께 대비 길이 비) 10~1000인 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트의 종횡비는 공정온도에서의 글루코스 수용액의 글루코스 함량에 따라 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 비율이 평균 1~3인 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 비율이 공정온도에 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 비율이 공정시간에 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트를 폴리머 충전제로서, 1) 상기 탄소질 나노 플레이트를 NMP용액에 초음파로 분산시키는 단계; 2) 상기 분산액에 폴리우레탄 펠렛을 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 3) 상기 혼합된 용액을 진공 챔버에서 6~10시간 동안 50~70℃에서 증발시키는 단계; 4)상기 증발단계 이후 12~14시간 동안 90~120℃에서 경화시키는 단계로 구성될 수 있는 제조방법으로 생산된 기계적 강도가 강화된 탄소질 나노플레이트 복합체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트 복합체는 상기 탄소질 나노 플레이트 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인장강도(Tensile strength)가 5.71~49.3%증가되는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트 복합체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄소질 나노 플레이트 복합체는 상기 탄소질 나노 플레이트 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인성(Toughness)이 30.1~421%증가되는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트 복합체를 제공한다.
본 발명은 고온 고압의 수열방법을 통해 단시간에 글루코스의 화학적 연결을 유도하여 산화 그래핀과 유사한 기하학적, 화학적 구조의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 흑연을 강력한 산화제로 산화시킨 후 중화 과정을 통해 제작하는 기존 방법과 달리 가격 및 생산량 측면에서 유리한 특징이 있다.
또한, 본 발명은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 폴리머 충전제로써 사용된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체는 기계적인 특성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 산화그래핀(graphene oxide)의 화학적 구조에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 화학적 구조에 관한 도면이다.
도 3은 수열반응을 위한 오토클레이브(autoclave) 및 그 내부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 온도에 따른 물의 증기압곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명인 가열가압하에 각각의 글루코스가 상호 연결에 의한 2차원적인 성장하는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 합성의 개요에 관한 것이다.
도 6은 공정시간에 따른 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 FT-IR 스펙트럼에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 13C NMR 스펙트럼에 관한 도면이다
도 8은 본 발명의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 제조방법에 의해 얻어진 결과물인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 관한 전면(a), 측면(b)에 관한 도면이다.
도 9는 (a)초기와 (b)1주일 이후의 탈이온수 (DI water)와 NMP용액에 분산 안정화된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 용액을 보여주는 도면이다.
도 10은 구리 그리드위에 부착된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 TEM 이미지에 관한 도면이다.
도 11은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 길이와 높이를 측정한 AFM 이미지이다.
도 12는 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 a)길이 b)높이 c)종횡비 분포도이다.
도 13은 본 발명인 (a)탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 (b)기존 산화 그래핀의 종횡비에 대한 분포이다.
도 14은 글루코스 분말, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 산화그래핀의 FT-IR에 관한 비교도면이다.
도 15는 a)글루코스 분말, b)탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 산화 그래핀의 라만 스펙트럼에 관한 도면이다.
도 16은 a)탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 b)산화 그래핀의 XPS 스펙트럼에 관한 도면이다.
도 17는 a)글루코스 분말 및 b) 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)와 산화 그래핀의 XRD 그래프에 관한 도면이다.
도 18은 본 발명인 탄소질 나노 플레이트 구성성분인 탄소/산소 원소 비율이공정 온도와 시간에 따른 변화를 나타내는 도면이다.
도 19는 AFM에 의해 측정된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 종횡비의 히스토그램 및 TEM에 의한 구조에 관한 도면이다. 모든 AFM 측정은 백번이상의 샘플측정으로 행함. 물 대 글루코스비율과 평균 종횡비는 a)4 및 15 b)5.5 및 55 c)6 및 75 d)9 및 150 e)11 및 340, f)13 및 100 또는 500. TEM이미지는 AFM 결과와 일치하고 물 대 글루코스 비율이 g)15, h)9 및 i)11에 해당됨
도 20은 20기압에서 물에 대한 글루코스 비율 대비 종횡비 곡선이다. 상기 그래프는 물에 대한 글루코스 비율에 따라 종횡비가 증가함을 나타낸다.
도 21은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 충전제가 포함된 폴리우레탄 복합체 a)0 중량% b)1 중량%에 관한 광학사진이다.
도 22는 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 함량에 따른 인장강도(tensile strength)의 변화를 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 함량에 따른 인성(toughness)의 변화를 보여주는 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 3은 수열반응을 위한 오토클레이브(autoclave) 및 그 내부의 구조를 보여주는 도면이다. 수열반응(hydrothermal process)은 고압에서 고온의 수용액상태로부터 물질(substance)의 결정화하는 방법으로 정의할 수 있다. 수열반응은 특별용기인 오토클레이브(autoclave)내의 수용액에 열을 가함과 동시에 용이하게 가압할 수 있는 장점을 가진다. 오토클레이브(autoclave)와 같은 폐쇄계에서 증발된 물은 계내 압력을 생성한다. 온도에 따른 증가압은 도4에 나타나 있고 물의 증기압은 온도 증가와 함께 기하급수적으로 증가한다. 따라서, 높은 온도와 압력의 극한 조건은 원료의 재결정 또는 물의 이온화 같은 화학 반응을 촉진할 수 있다.
본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 제조방법으로, 1)물(water)에 글루코스(glucose) 50~80중량%를 용해하는 단계; 2)상기 용해된 글루코스(glucose) 수용액을 내열내압용기인 빈(empty) 오토클레이브(autoclave) 내부에 놓인 용기에 넣는 단계; 3)주어진 온도에서 물 증기 포화상태일 때, 물 대비 글루코스 무게 비율이 5 이상 되게 하면서 포화압력을 유지하기에 필요한 여분의 물을 상기 용기 밖에 추가하는 단계; 4)상기 오토클레이브(autoclave)를 가열 가압시키는 단계로 구성될 수 있다.
상기 물은 바람직하게는 탈 이온수(D.I water)을 사용한다.
상기 글루코스는 D(+)-글루코스(glucose)(C6H12O6) 구조인 특징이 있으며, 상기 글루코스는 단위체(모노머)로 모노사카라이드(monosaccharides) 또는 수크로스(sucrose)를 포함한 폴리사카라이드(polysaccharides)으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 오토클레이브(autoclave)의 가열 가압은 180~250℃, 10~40atm 상태로 1~24시간동안 유지하며, 상기 오토클레이브(autoclave)에 여러개의 용기를 준비하여 수평 또는 수직으로 수납할 수 있다.
도 5는 본 발명인 가열가압하에 각각의 글루코스가 상호 연결에 의한 2차원적으로 성장하는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 합성의 개요에 관한 것이다.
상기 가열 가압에 의해서 모노사카라이드(monosaccharide)인 글루코스(glucose)가 1,6-언하이드로글루코스(1,6-anhydroglucose), 푸릴(furyl) 및 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-benzenetriol)로 분해되고 임계과포화점에서 중합반응으로 육각형 구조(hexagonal structure)생성하며 직접 또는 사슬로 결합하여 2차원적인 수평성장을 할 수 있다.
도 6은 시간에 따른 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 FT-IR 스펙트럼에 관한 도면이다. 2~3시간 사이에 임계 과포화에 시스템이 도달될 때, 결정핵형성(nucleation) 및 중합(polymerization)은 고분자와 자유 글루코스 단량체처럼 화합물사이에서 유발되는 사이즈의 확대에 기인한다. 어떤 반응이 더 쉽게 일어나는지에 의해 구조가 결정된다. 본 발명의 시트 구조에 관해서는 중합반응은 결정핵형성(nucleation) 보다 더 빠르고 표면은 물부족 때문에 중합반응에 관여할 수 없다. 결론적으로, 매우 얇고 넓은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)가 형성됨을 알 수 있다.
또한, 상기 추가된 여분의 물은 폐쇄된 오토클레이브(autoclave)에서 온도가 증가할수록 증기압이 기하급수적으로 증가하는 성질(도 4참조)을 이용하여 가압을 용이하게 하고 공정온도에서의 글루코스 수용액의 글루코스 함량을 조절하기 위한 것이다.
상기 제조방법에 의해서 생산된 탄소질 나노 플레이트는 벤젠고리 (benzene ring)와 퓨란고리 (furan ring)로 구성된 육각형 구조와 오각형 구조가 직접 또는 사슬로 결합된 2차원 평면구조로 내부 탄소원자에 에틸렌 옥사이드 및 하이드록시가 부분적으로 결합되고 외부(edge) 탄소원자에 카복시기 및 하이드록시가 부분적으로 결합된 것에 특징이 있다. (도2참조)
도 7는 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 13C NMR 스펙트럼에 관한 도면이다. 산화 그래핀과 달리 5각형 구조의 퓨란고리 (furan ring)의 존재를 알 수 있다.
보다 자세히 살펴보면, carbonyl(C=O,203ppm), carboxyl(C(O)O,175ppm), 및 hydroxyl groups(C-OH,70ppm)는 카보닐기, 카르복실기 및 하이드록시기의 특징을 나타내는 것인 반면에 C=C-O(151ppm) 및 C=C-Obonds(111ppm)는 퓨란기를 갖는 특징적인 신호이다. 퓨란기는 5각고리 아로마틱 링을 갖는 특징이 있으며 4개의 탄소와 1개의 산소로 이루어진다.
상기 제조방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)는 나노 사이즈 두께의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)가 복수로 적층되어 형성된 판상의 브라운 필름으로 생산되는 것에 특징이 있다.
상기 탄소질 나노 플레이트는 단원자 (one-atom) 두께이고 1~10층으로 적층된 형태로 존재한다.
도 8은 본 발명의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 제조방법에 의해 얻어진 결과물인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 전면(a), 측면(b)에 관한 도면이다.
도 9는 (a)초기와 (b)1주일 이후의 탈이온수 (DI water)와 NMP용액에 분산 안정화된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 용액을 보여주는 도면이다.
상기 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)는 초음파에 의해서 수용액상 또는 다양한 용메에 분산된 안정한 콜로이드 서스펜션 형태에서 단층의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 보여준다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 용액은 오랜 시간 이후에도 안정한 상태로 존재한다.
도 1은 산화그래핀(graphene oxide)의 화학적 구조에 관한 도면이다.
본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)는 기존의 산화 그래핀과 아주 유사한 구조를 갖는다. 도 2를 보면, 예상되는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 원자 구조로써 기하학적 및 화학적 구조면에서 산화 그래핀과 상당히 유사함을 알 수 있다.
본 발명의 특징은 일부 퓨란고리로 구성된 오각형 아로마틱 링구조를 제외하면 벤젠고리 (benzene ring)의 육각형 구조가 연속하여 직접 또는 사슬로 결합된 2차원 평면구조로 내부 탄소원자에 에틸렌 옥사이드 및 하이드록시가 부분적으로 결합되고 외부(edge) 탄소원자에 카복시기 및 하이드록시가 부분적으로 결합된 것에 공통적인 특징이 있다. 이런 구조적인 특징은 다음의 측정기구를 통해서 확인할 수 있다.
TEM 분석은 300kV의 가속 전압으로 JEM-3000F를 이용하여 수행하였다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 AFM 이미지는 XE-150의 비접촉 모드로 측정 하였다. 푸리에 변환 적외선 스펙트럼은 Nicolet 6700을 이용해 측정하였다. 라만스펙트럼(Raman spectra)은 micro Raman system (Horiba Jobin-Yvon LabRAM 300)을 사용하여 측정하였다. XPS 스펙트럼은 (Axis)-HSI를 사용하여 수행 하였다. X선 회절 데이터는 New D8 Advance 이용하여 측정하였다. 인장 시험은 복합 필름을 5mm 폭, 60mm 길이 및 200㎛의 두께로 절단하여, 디지털 힘 게이지 ALGOL 100N, JSV H1000를 이용해 실시하였다. SEM 분석은 히타치 S-4800 전계 방출형 전자 현미경을 사용하여 수행하였다.
본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 기하학적 구조는 TEM 및 AFM에 의해 증명된다.
도 10은 구리 그리드 위에 부착된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 TEM 이미지를 나타내는 도면이다. TEM 이미지는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 판상구조를 나타낸다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 길이는 200 nm 내지 600 nm이고 바람직하게는 350~650nm이다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)는 아주 얇아서 샘플 아래 구리 그리드가 식별된다. TEM 이미지의 대조에 따라, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 형태는 1 또는 2층이다.
도 11을 보면 본 발명의 AFM 이미지는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 사이즈 및 균일한 두께의 판상구조를 증명한다. AFM은 최장 길이와 가장 두꺼운 높이를 측정하고, 카본 시트의 종횡비는 이로부터 계산될 수 있다. 흰 지시선은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 길이가 725nm임을 알 수 있고 높이는 1.5nm이고 종횡비는 483을 나타낸다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 크기 분포를 확인하기 위해 백 개 이상의 샘플을 조사하였다.
도12는 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 사이즈 분포를 나타낸다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 평균길이는 350~900nm이고(도 12a), 평균 두께는 1.2~1.7nm(1 또는 2층)(도 12b)으로 TEM과 일치하고 평균 종횡비는 100~600(도 12c)이다. 최소한 탄소 나노플레이트의 종횡비가 10이상 800이하 임을 알 수 있다.
탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)와 산화 그래핀이 동일한 수준의 종횡비를 가지므로 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)가 산화그래핀처럼 높은 성능을 보여줄 수 있음을 알 수 있다. (도 13).
탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 화학 구조는 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 라만 분광법, X선 광전자 분광법, 및 X선 회절 장치에 의해 증명될 수 있다.
도 14는 글루코스 분말, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 산화그래핀의 FT-IR에 관한 비교도면이다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)와 산화 그래핀의 FT-IR 스펙트럼은 CO 신축 진동과 같은 피크 (1,023~1,400cm-1), sp2 결합 (1,613cm-1), C=O 진동 (1,705cm-1) 및 OH 스트레칭 (3,360cm-1)을 나타낸다 (도 14). 특히, 1,613cm-1에서 관찰되는 피크 (sp2 결합, C=C 결합) 및 1,705cm-1 (카르보닐, 카르복실기)는 글루코스 분말의 FT-IR 스펙트럼에서 발견되지 않으며, 이 결과는 탄소 이중 결합인, 산화 그래핀의 중요한 특성 및 새로운 작용기 그룹이 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 형성됨을 알 수 있다.
도 15는 a) 글루코스 분말, b)탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 산화 그래핀의 라만 스펙트럼에 관한 도면이다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 라만 스펙트럼은 산화 그래핀과 동일하게 G 피크 (1,580cm-1)와 D 피크(1,360cm-1)를 가진다. G 피크는 흑연소재에서 stretching C-C bond와 관련된 평면내의 광학 진동(degenerate zone center E2g mode)에 의해 발생되고, D피크는 육각 탄소 구조의 결함에 기인한다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 라만 스펙트럼 결과는 글루코스 분말과 다르다. 따라서, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 화학적 구조는 탄소 이중 결합을 갖는 육각 격자구조(hexagonal lattice)이고, 일부분은 산소 작용기 그룹에 의한 변형된 퓨란 구조임을 알 수 있다.
도 16은 a)탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 및 b)산화 그래핀의 XPS 스펙트럼에 관한 도면이다. XPS 스펙트럼은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 풍부한 산소 기능기가 존재함을 나타낸다. XPS 스펙트럼은 히드록실기 (285.6 eV), 에폭시기 (286.7 eV), 카르보닐기 (288.2 eV) 및 카르복실기 (289.4 eV)를 나타낸다. 이러한 기능기는 산화 그래핀에서도 동일하게 존재한다.
도 17은 a)글루코스 분말, b) 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate), 산화 그래핀의 XRD 그래프에 관한 도면이다. 탄소질 나노플레이트에는 글루코스에 존재하는 많은 결정들이 나타나지 않으며, 산화 그래핀과 같이 층상 구조의 특징이 나타난다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 층 간격은 0.573nm로 산화 그래핀의 0.835nm보다 작음을 알 수 있다.
또한 본 발명은 공정온도와 공정시간을 변화시켜 탄소질 나노플레이트의 구성성분인 탄소(C)와 산소(O)의 비율을 유연하게 조절할 수 있다. 공정온도와 공정시간에 따른 C/O 비율 변화를 XPS를 이용하여 관찰하였다. 도 18과 같이 공정온도와 공정시간이 증가할수록 C/O 비율이 증가한다.
도 19는 AFM에 의해 측정된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 종횡비의 히스토그램 및 TEM에 의한 구조에 관한 도면이다. 모든 AFM 측정은 백번이상의 샘플측정을 하였으며, 물 대 글루코스비율과 평균 종횡비는 a)4 및 15 b)5.5 및 55 c)6 및 75 d)9 및 150 e)11 및 340, f)13 및 100 또는 500의 조건으로 하고, TEM이미지는 AFM 결과와 일치하고 물 대 글루코스 비율이 g)15, h)9 및 i)11에 해당됨을 알 수 있다.
또한 본 발명은 다양한 크기의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 제조할 수 있다. 본 발명에 제시된 제조공정은 글루코스와 물의 비율에 따라 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 사이즈를 조절할 수 있다. 탄소 구 (종횡비 1)가 글루코스가 10중량%이하의 수용액조건에서 제조되는 기존의 연구와 비교해서, 종횡비가 10 이상인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)에 관한 본 발명은 글루코스가 50중량%이상인 수용액조건에서 제조된다. 따라서, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 사이즈 즉 종횡비는 수용액의 글루코스 함량에 따라 증가한다.
글루코스 수용액에서 물과 글루코스의 비율을 정확히 조정하기 위해, 오토클레이브(autoclave) 내의 조건은 정확히 고려되어야 한다. 1)여분의 수분(Water of extra water)과 글루코스 수용액 모두 농도 때문에 서로 다른 비율로 증발한다는 가정 하에, 20atm에서 더 이상 수분이 증발하지 않을 때 상기 비율이 사이즈를 결정한다. 2) 공정온도에서의 물에 대한 글루코스의 비율과 종횡비는 비례관계에 있다.(도 20)
또한 본 발명은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 충전제로서 1) 상기 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 NMP용액에 초음파로 분산시키는 단계; 2) 상기 분산액에 폴리우레탄 펠렛(P-3175A, Songstomer)을 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 3) 상기 혼합된 용액을 진공 챔버에서 6~10시간 동안 50~70℃에서 증발시키는 단계;4)상기 증발단계 이후 12~14시간 동안 90~120℃에서 경화시키는 단계를 거쳐서 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체를 얻을 수 있으며 기계적 강도가 강화된 특징을 갖는다.
도 21은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 충전제가 포함된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체 a)0 중량% b)1 중량%에 관한 실물 사진이다. 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 함량이 많을 수록 갈색이 짙어짐을 알 수 있다.
탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)는 넓은 평면과 산소 작용기 그룹 때문에 폴리머의 기계적 성질, 인장강도, 인장 탄성율 및 인성(toughness)을 강화시킬 수 있다. 용매 캐스팅 방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체의 기계적 강도는 인장시험에 의해 확인할 수 있다.
도 22는 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 함량에 따른 인장강도(tensile strength)의 변화를 보여주는 도면이다. 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체는 상기 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인장강도(Tensile strength)가 5.71~49.3%증가되는 것에 특징이 있으며 특히 0.5중량% 부근에서 가장 큰 인장강도를 갖는다. 반면에 폴리우레탄에 충전제로 산화그래핀를 사용할 경우는 함유량이 증가할 수록 점차 인장강도가 감소함하며, 환원된 산화그래핀을 사용할 경우는 0.5~1.0중량%에서 최대 10.7%증가함을 알 수 있다.
도 23은 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체의 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)의 함량에 따른 인성(toughness)의 변화를 보여주는 도면이다. 본 발명인 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 복합체는 상기 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인성(toughness)이 30.1~421%증가되는 것에 특징이 있으며 특히 0.5중량% 부근에서 가장 큰 인성를 갖는다.
반면에 폴리우레탄에 충전제로 산화그래핀을 사용할 경우는 0.5중량% 부근에서 최대 33.4%증가에 그치고, 환원된 산화그래핀을 사용할 경우는 0.5~1.0중량%에서 최대 129%증가함을 알 수 있다.
결과적으로, 폴리머(폴리우레탄)에 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate)를 충전제로 사용할 경우 2중량%를 넘지 않은 상태에서 사용할 경우 기계적 강도인 인장강도(Tensile strength) 또는 인성(toughness)은 다른 충전제로 동일한 함량의 산화 그래핀 또는 환원된 산화 그래핀을 첨가할 때보다 월등한 효과가 있음을 알 수 있다.
실시예
탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate, CNP)를 나노 필러(nano filler)로 사용하며 폴리우레탄(polyurethane)을 기저물질로 한다. 폴리우레탄(Polyurethane) 대비 나노 필러(nano filler)의 중량 함량비에 따라 나노 필러(nano filler)와 폴리우레탄 펠렛 (PU pellet)을 준비한다. 이 때 나노 필러(nano filler)와 폴리우레탄 펠렛(pu pellet)의 양이 1g이 되게 한다. 나노 필러(nano filler)를 NMP(20 mL)에 분산(sonication 1h 30min)시키고 나노 필러(Nano filler)/NMP 분산 용액에 폴리우레탄 펠렛(Polyurethane pellet)을 추가 후 장시간 와류(vortex)로 교반한다. 나노 필러와 폴리우레탄이 용해된 NMP (Nano filler+PU/NMP) 분산 용액을 메탄올 용액에 조금씩 떨어뜨려 응집시킨다. 응집된 나노복합소재를 130℃진공에서 건조 후 0.2g을 잘라내어 hot press를 이용해 170℃, 1 ton으로 15분 압착 커팅(cutting) 후에 인장강도(tensile strength) 및 인성(toughness)실험을 한다.
비교예 1
실시예와 조건이 동일하며 다만, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 대신에 산화 그래핀(Grapehen oxide(Hummers method), GO)를 사용한다.
비교예 2
실시예와 조건이 동일하며 다만, 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 대신에 환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide(by hydrazine), rGO)를 사용한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (17)

  1. 탄소질 (carbonaceous) 나노플레이트 (nanoplate) 제조방법에 있어서,
    1)물 (water)에 글루코스(glucose) 30~90중량%를 용해하는 단계;
    2)상기 용해된 글루코스(glucose) 수용액을 내열내압용기인 빈(empty) 오토클레이브(autoclave) 내부에 놓인 용기에 넣는 단계;
    3)주어진 온도에서 물 증기 포화상태일 때, 물 대비 글루코스 무게 비율이 5 이상 되게 하면서 포화압력을 유지하기에 필요한 여분의 물을 상기 용기 밖에 추가하는 단계;
    4)상기 오토클레이브(autoclave)를 가열 가압시키는 단계로 구성되되,
    상기 오토클레이브(autoclave)의 가열 가압의 상태는 180~250℃, 10~40atm 상태로 1~24시간동안 유지하고,
    상기 추가된 여분의 물은 폐쇄된 오토클레이브(autoclave)에서 가압을 용이하게 하고 공정온도에서의 글루코스 수용액의 글루코스 함량을 조절하여,
    상기 가열 가압에 의해 글루코스(glucose)가 1,6-언하이드로글루코스(1,6-anhydroglucose), 푸릴(furyl) 및 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-benzenetriol)로 변환되고 임계과포화점에서 퓨란(furan) 구조와 벤젠(benzene) 구조들이 직접 또는 사슬로 결합하는 중합반응이 상기 용해된 글루코스(glucose)의 결정핵형성(nucleation) 보다 더 빠르게 진행되어 물부족에 의한 수직방향 성장보다 수평방향으로 성장하는 것에 특징이 있는 얇고 넓은 탄소질 나노플레이트(carbonaceous nanoplate) 제조할 수 있는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 글루코스는 D(+)-글루코스(glucose)(C6H12O6)구조인 특징이 있으며, 상기 글루코스는 단위체(모노머)로 모노사카라이드(monosaccharides) 또는 수크로스(sucrose)를 포함한 폴리사카라이드(polysaccharides)으로 사용될 수 있는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서
    상기 용기를 여러개 준비하여 오토클레이브 내부에 수평 또는 수직으로 수납할 수 있는 것에 특징이 있는 수열반응을 이용한 탄소질 나노플레이트 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 하나의 항의 제조방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트에서,
    상기 탄소질 나노 플레이트는 벤젠고리 (benzene ring)와 퓨란고리(furan ring)로 구성된 육각형 구조와 오각형 구조가 직접 또는 사슬로 결합된 2차원 평면구조로 내부 탄소원자에 에틸렌 옥사이드 및 하이드록시가 부분적으로 결합되고 또한 외부(edge) 탄소원자에 카르보닐기, 카르복실기 및 하이드록시가 부분적으로 결합되어 있고,
    상기 2차원 평면구조의 두께는 단원자(one-atom) 사이즈의 1개층이 1~10개층으로 적층된 구조로 두께는 0.5~6 nm, 종횡비(두께 대비 길이 비)는 10~1000인 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트의 종횡비는 공정온도에서의 글루코스 수용액의 글루코스 함량에 따라 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 원소비율이 평균 1~3인 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 원소비율이 공정온도에 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트 구성성분의 탄소/산소 원소비율이 공정시간에 비례하는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트.
  15. 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 하나의 항의 제조방법에 의해 제조된 탄소질 나노플레이트를 폴리머 충전제로서,
    1) 상기 탄소질 나노 플레이트를 NMP용액에 초음파로 분산시키는 단계;
    2) 상기 분산액에 폴리우레탄 펠렛을 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계;
    3) 상기 혼합된 용액을 진공 챔버에서 6~10시간 동안 50~70℃℃에서 증발시키는 단계;
    4)상기 증발단계 이후 12~14시간 동안 90~120℃에서 경화시키는 단계로 구성될 수 있는 제조방법으로 생산된 기계적 강도가 강화된 탄소질 나노플레이트 복합체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트 복합체는 상기 탄소질 나노 플레이트 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인장강도(Tensile strength)가 5.71~49.3%증가되는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트 복합체.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 탄소질 나노 플레이트 복합체는 상기 탄소질 나노 플레이트 함유량이 0.25~1.00중량%에서 인성(Toughness)이 30.1~421%증가되는 것에 특징이 있는 탄소질 나노플레이트 복합체.
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WO2021150043A1 (ko) * 2020-01-23 2021-07-29 서울대학교산학협력단 상압에서 유기-유기 복합 탄소질 나노플레이트를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 유기-유기 복합 탄소질 나노플레이트

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5841125B2 (ja) * 2010-03-26 2016-01-13 ユニバーシティ オブ ハワイ ナノ材料で強化された樹脂および関連材料

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090015449A (ko) * 2007-08-08 2009-02-12 현대자동차주식회사 수크로스 탄소 전구체로부터 결정성이 우수한 기공성그래파이트 탄소의 제조방법
KR101006903B1 (ko) 2008-06-03 2011-01-13 연세대학교 산학협력단 다층 그라펜 중공 나노구의 제조방법
KR101188334B1 (ko) 2009-02-24 2012-10-09 서재근 물고기 포획용 어항
KR20160034157A (ko) * 2014-09-19 2016-03-29 솔브레인 주식회사 판상형 탄소 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 이차 전지용 전극

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5841125B2 (ja) * 2010-03-26 2016-01-13 ユニバーシティ オブ ハワイ ナノ材料で強化された樹脂および関連材料

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chemical Engineering Journal. 2016, Vol. 283, pp. 789-805 (2015.08.08.)*
J. Mater. Res. 2016, Vol. 31, pp. 455-467 (2016.02.29.)*

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