KR101891586B1 - 그래핀 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 그래핀 제조방법은, 황산 및 질산의 혼합액에 흑연을 투입하여 상기 흑연의 층간으로 상기 혼합액이 침투하도록 교반시켜 혼합물을 형성하는 제1교반단계, 상기 혼합물에 산화제를 추가하여 상기 흑연의 표면이 산화되도록 혼합하는 제2교반단계, 상기 제2교반단계를 거친 상기 혼합물에서 상기 흑연을 회수한 후 별도의 반응액을 추가하여 상기 흑연을 1차로 팽창시키는 제1팽창단계, 상기 제1팽창단계를 거친 상기 흑연에 플라즈마 공정, 마이크로웨이브 공정(microwave) 또는 급속가열 공정(Rapid Thermal Annealing : RTA) 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 흑연을 2차로 팽창시키는 제2팽창단계 및 상기 제2팽창단계를 거치며 팽창된 상기 흑연을 분산하고 박리하여 그래핀 플레이크(Graphene flake)를 얻는 추출단계를 포함한다.
Description
본 발명은 그래핀 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그래핀의 제조 시 흑연을 화학적으로 팽창시킨 후 연속하여 전자기파를 이용한 팽창과정을 수행함으로써 흑연을 고르게 팽창시켜 순도 높은 그래핀을 박리할 수 있는 그래핀 제조방법에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은 최근 발견된 2차원 탄소나노구조 물질로서 탄소원자가 sp2 구조로 결합된 육각결정구조(honeycomb crystal)이다.
그래핀은 양자홀 효과에 의한 높은 전기전도도와 뛰어난 기계적 특성, 높은 열전도도 등 우수한 특성으로 각광받고 있다.
그래핀은 크게 천연흑연으로부터 플레이크 형태로 얻는 방법과 화학기상증착법(CVD) 방법을 통하여 얻게 되는 형태의 2가지가 존재하고, 전자는 그래핀 플레이크, 후자는 CVD 그래핀이라고 일반적으로 부른다.
그래핀 플레이크를 얻기 위한 방법으로 기계적 박리법, 화학적 박리법이 있다. 실제 생산을 위해서는 화학적 박리법이 주로 연구되고 있으며, 화학적 박리법에서도 산화 그래핀 플레이크를 생산하기 위한 대표적인 방법으로 Hummers method와 이를 변형시킨 modified Hummers method가 많이 이용되고 있다.
비산화 그래핀 플레이크를 얻기 위한 방법으로 천연 흑연에 황산이나 질산 등의 강산을 흑연 층간 사이에 산을 삽입(Intercalation) 시키고 산화제나 열충격, 전자파 등을 가해 층간에 삽입된 물질을 팽창하게 하여 흑연 층간이 팽창하게 되어 웜(Worm) 형태의 팽창 흑연을 제조하는 방법을 많이 사용한다.
그리고 이렇게 팽창된 흑연을 소니케이션(Sonication), 밀링(Milling), 등의 방법을 통하여 박리하고 분산하여 그래핀을 제조하는 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 여기에 분산제가 첨가되어서 분산성을 향상시키거나 표면기능화를 할 수가 있다.
그러나 상기 팽창 흑연은 흑연의 층간이 팽창된 구조로 흑연 단일 층이나 복수 층의 그래핀을 제조하기 위해서는 충분한 박리를 위한 장시간의 공정 시간이 필요하며, 일부 흑연 층간 산이 미 삽입되거나 삽입된 물질이 팽창하지 못하여 흑연이 그래핀으로 분리되지 못하는 문제가 있다.
이러한 문제로 균일하고 우수한 특성의 그래핀 제조의 어려움이 있으며, 그래핀이 산업에 적용되기 위해서는 우수한 품질의 그래핀을 대량 생산이 가능한 공정개발이 시급한 실정이다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 흑연을 화학적으로 팽창시켜 얻어진 팽창 흑연을 플라즈마 공정이나 마이크로웨이브(Microwave) 공정 등을 추가하여 2차 팽창함으로써 미 팽창된 부위를 팽창시켜 팽창률을 극대화하고, 두께가 얇고 균일도가 좋은 고품질의 그래핀을 얻을 수 있는 그래핀 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀 제조방법은, 황산 및 질산의 혼합액에 흑연을 투입하여 상기 흑연의 층간으로 상기 혼합액이 침투하도록 교반시켜 혼합물을 형성하는 제1교반단계, 상기 혼합물에 산화제를 추가하여 상기 흑연의 표면이 산화되도록 혼합하는 제2교반단계, 상기 제2교반단계를 거친 상기 혼합물에서 상기 흑연을 회수한 후 별도의 반응액을 추가하여 상기 흑연을 1차로 팽창시키는 제1팽창단계, 상기 제1팽창단계를 거친 상기 흑연에 플라즈마 공정, 마이크로웨이브(microwave) 공정 또는 급속가열 공정(Rapid Thermal Annealing : RTA) 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 흑연을 2차로 팽창시키는 제2팽창단계 및 상기 제2팽창단계를 거치며 팽창된 상기 흑연을 분산하고 박리하여 그래핀 플레이크(Graphene flake)를 얻는 추출단계를 포함한다.
또한, 상기 제2팽창단계 이전에 상기 제1교반단계, 상기 제2교반단계 및 상기 제1팽창단계를 연속하여 순차적으로 반복하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 제1교반단계, 상기 제2교반단계, 상기 제1팽창단계 및 상기 제2팽창단계를 연속하여 순차적으로 반복 수행 후 상기 추출단계를 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 팽창된 상기 흑연을 중화 및 건조하는 수세단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화제는 과망간산칼륨, 염소산칼륨, 과염소산 또는 과산화수소 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반응액은 고농도의 과산화수소, 아세톤, 질산나트륨, 과망간산칼륨, 염소산칼륨, 티오바르비탈산(thiobarbituric acid) 또는 물(water) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 그래핀 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 흑연의 층간에 질산과 황산을 침투시킨 후 반응액을 투입하여 상기 흑연을 1차 팽창시킨다. 1차 팽창된 흑연은 삽입된 물질이 팽창이 제대로 되지 않은 미 팽창 부위가 상당부분 존재하게 되고, 이는 전체적인 팽창 흑연의 품질 저하로 이어진다.
따라서, 추가적인 마이크로웨이브 공정, 플라즈마 공정 또는 급속가열 공정(RTA)을 통해 2차 팽창시킴으로써, 흑연의 미 팽창된 부위를 팽창시켜 팽창률을 극대화하고, 두께가 얇고 균일도가 좋은 고품질의 그래핀을 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조방법을 나타낸 순서도;
도 2는 도 1의 제조방법에서 제1팽창단계 및 제2팽창단계를 거친 흑연을 나타낸 도면;
도 3은 화학적 반응에 의한 1차팽창 또는 마이크로웨이브(microwave) 공정에 의한 1차팽창을 한 흑연과 화학적 반응과 전자기파에 의한 2차팽창을 연속하여 거친 흑연의 상태를 각각 나타낸 도면; 및
도 4는 도 3의 흑연을 라만(Raman)분석한 그래프.
도 2는 도 1의 제조방법에서 제1팽창단계 및 제2팽창단계를 거친 흑연을 나타낸 도면;
도 3은 화학적 반응에 의한 1차팽창 또는 마이크로웨이브(microwave) 공정에 의한 1차팽창을 한 흑연과 화학적 반응과 전자기파에 의한 2차팽창을 연속하여 거친 흑연의 상태를 각각 나타낸 도면; 및
도 4는 도 3의 흑연을 라만(Raman)분석한 그래프.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 그래핀 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1의 제조방법에서 제1팽창단계 및 제2팽창단계를 거친 흑연을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 흑연의 층간에 삽입물질을 주입시켜 1차 팽창시킨 후 미 팽창된 부위를 2차로 팽창시켜 팽창률을 극대화하고, 두께가 얇고 균일도가 좋은 고품질의 그래핀을 추출할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 실시예로 그래핀 제조방법은 크게 제1교반단계(S01), 제2교반단계(S02), 제1팽창단계(S03), 제2팽창단계(S05), 수세단계(S04) 및 추출단계(S06)를 포함한다.
상기 제1교반단계(S01)는 그래핀 제조에 필요한 흑연을 황산 및 질산 혼합액에 1: 30 내지 1:100의 비율로 넣어 혼합물을 형성한 후 교반한다.
상기 황산과 질산혼합액은 상기 흑연의 층간에 침투하는 삽입물질로 사용되며, 상기 황산과 질산혼합액의 층간 침투에 의해 흑연의 층간 박리가 일어나도록 한다. 이때, 황산과 질산은 1:1 내지 5:1의 비율이바람직하다.
이와 같이 상기 제1교반단계(S01)는 기 설정된 비율의 황산과 질산 혼합액에 상기 흑연을 투입시키고, 상기 혼합액이 흑연의 층간으로 침투가 이루어지도록 일정 시간 동안 교반을 실시한다.
한편, 상기 제2교반단계(S02)는 상기 혼합물에 별도의 산화제를 소량 추가하여 혼합물의 층간 삽입이 잘 이루어지고 흑연의 에지(edge)를 기능화한다.
구체적으로 상기 제2교반단계(S02)는 상기 혼합물에 소량의 상기 산화제를 추가적으로 첨가 함으로서 상기 흑연의 에지를 기능화하여 흑연 층의 재결합을 방지하고 SO3 2-, NO3 -가 보다 많이 층간 삽입되도록 일정기간 교반한다.
여기서, 상기 산화제는 과망간산칼륨, 염소산칼륨, 과염소산, 과산화수소 등으로 구성될 수 있으며, 상기 혼합물에 투입됨으로써 상기 흑연의 표면을 산화시킬 수 있다.
한편, 상기 제1팽창단계(S03)는 상기 제2교반단계(S02)를 거친 상기 혼합물에 별도의 반응액을 추가한다.
구체적으로 상기 제1팽창단계(S03)는 상기 질산과 황산 혼합액에 포함된 상기 흑연에서 별도의 필터를 통해 상기 흑연만을 회수한 후 상기 흑연에 상기 반응액을 첨가한다.
여기서 상기 혼합물에서 회수된 상기 흑연은 내부에 상기 질산과 황산 이온이 침투한 상태이며, 상기 반응액의 첨가에 의해 화학반응이 발생하여 고온의 열이 발생한다.
이때, 짧은 반응시간에 고온의 열과 함께 흑연 내부에 층간 삽입물이 기화하며, 상기 흑연의 층간을 팽창시킨다.
이에 따라. 상기 흑연은 층간에 삽입된 질산과 황산이 화학적으로 반응함으로써 팽창하게 된다.
여기서, 상기 반응액은 고농도의 과산화수소, 아세톤, 질산나트륨, 과망간산칼륨, 염소산칼륨, 티오바르비탈산(thiobarbituric acid) 또는 물(water) 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 상기 흑연의 층간에 침투된 상기 질산 및 황산이온과 반응하여 기화시킬 수 있는 물질로 구성된다.
이와 같이 상기 제1팽창단계(S03)에서 팽창된 상기 흑연은 도 2에 도시된 바와 같이 흑연의 팽창에 의해 그래핀 사이의 간격이 증가한 것을 알 수 있다.
이때, 도 2는 상기 제1팽창단계(S03)를 거친 흑연을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이다.
이때, 상기 제1팽창단계(S03)에 의해 팽창된 상기 흑연은 충분히 고르게 팽창되지 못하였으며, 이에 따라 저품질의 그래핀을 얻게된다.
따라서, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 상기 제1교반단계(S01), 상기 제2교반단계(S02) 및 상기 제1팽창단계(S03)를 순차적으로 반복하여 수행할 수도 있다.
이에 따라 상기 제1팽창단계(S03)를 반복적으로 수행하여 화학적으로 상기 흑연을 팽창시킬 수 있다.
한편, 상기 제2팽창단계(S05)는 상기 제1팽창단계(S03)에서 상기 흑연을 화학적으로 1차 팽창시킨 후 진행하는 과정으로, 상기 제1팽창단계(S03)를 거친 상기 흑연을 세척 건조 후 플라즈마 공정, 마이크로웨이브 공정 또는 급속가열 공정(Rapid Thermal Annealing : RTA) 중 어느 하나를 수행하여 상기 흑연을 2차로 팽창시킨다.
구체적으로, 상기 제2팽창단계(S05)는 상기 제1팽창단계(S03)를 거친 상기 흑연을 급속 가열함으로써 미 팽창된 부분을 급격하게 팽창시킨다. 이에 따라 1차 팽창된 상기 흑연의 미 팽창된 영역이 추가 팽창한다.
이에 따라 상기 제2팽창단계(S05)에 의해 상기 흑연은 추가적으로 미 팽창된 부분이 팽창하며 다층의 그래핀이 고른 형태로 박리될 수 있다.
또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 제1팽창단계(S03)에 비해 추가적으로 팽창함에 따라 다층의 레이어 간격이 증가하여 고품질의 그래핀이 박리될 수 있다.
본 실시예에서 상기 제2팽창단계(S05)에서 전자기파의 일종인 마이크로웨이브를 이용하여 상기 흑연을 2차로 팽창시킨다.
도 2의 (b)를 살펴보면, 상기 제2팽창단계(S05)에서 팽창된 상기 흑연을 주사전자현미경으로 촬영한 것으로, 상술한 도 2(a)와 비교하여 살펴보면, 동일한 단위영역에서 1차 팽창에서 미 팽창된 영역이 추가 팽창한 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 제2팽창단계(S05)를 거치면서 상기 흑연의 레이어 구조는 상호 간격이 증가하게 되며, 이에 따라 회수되는 그래핀의 순도가 증가할 수 있다.
따라서 상기 제2팽창단계(S05)는 상술한 제1팽창단계(S03) 이후 진행하며, 1차팽창단계에서 팽창되지 않은 영역까지 팽창시킬 수 있으며, 이에 따라 고품질의 그래핀을 회수할 수 있다.
이어서, 상기 제2팽창단계(S05)를 거친 상기 흑연은, 상기 추출단계(S06)를 거치며 그래핀을 획득한다.
구체적으로 상기 추출단계(S06)는 상기 제2팽창단계(S05)를 거친 상기 흑연을 박리하는 단계로 별도의 솔벤트에서 분산과 동시에 박리를 진행하거나 초음파 등의 방법으로 교반시킴으로써 그래핀 플레이크(Graphene flake)를 획득할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 화학적 반응을 통한 상기 제1팽창단계(S03)를 거친 후 마이크로웨이브 공정이나 플라즈마 공정, RTA(Rapid Thermal Annealing) 등을 이용하여 열을 제공함으로써 상기 흑연을 추가적으로 팽창시키는 제2팽창단계(S05)를 거친다.
이에 따라 상기 흑연을 다층으로 고르게 팽창시켜 순도 높은 그래핀을 획득할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에서 상기 제1교반단계(S01), 상기 제2교반단계(S02) 및 상기 제1팽창단계(S03)를 연속하여 반복적으로 수행한 후 상기 제2팽창단계(S05)를 진행할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제2팽창단계(S05) 역시, 상기 제1팽창단계(S03) 이후 연속하여 수행하며, 상기 제1교반단계(S01), 상기 제2교반단계(S02), 상기 제1팽창단계(S03) 및 상기 제2팽창단계(S05)를 순차적으로 반복 수행할 수도 있다.
이에 따라, 상기 흑연을 팽창시켜 고품질의 그래핀을 획득할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에 있어서, 상기 제1팽창단계(S03) 또는 상기 제2팽창단계(S05) 이후 팽창된 상기 흑연을 중화 및 건조하는 수세단계(S04)를 더 포함할 수 있다.
상기 수세단계(S04)는 상기 흑연의 팽창 이후 포함된 이물질을 제거하고 추가적인 공정을 진행하기 위해 건조하는 과정이다.
본 실시예에서 상기 수세단계(S04)는 상기 제1팽창단계(S03) 이후 진행되지만, 추가적으로 제2팽창단계(S05) 이후 진행될 수도 있다.
다음으로, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 제조방법에서 제1팽창단계(S03) 및 제2팽창단계(S05)를 연속하여 수행한 흑연과, 단순히 화학적 팽창 또는 마이크로웨이브 공정에 의한 1차 팽창만을 수행한 흑연의 차이에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 화학적 반응에 의한 1차팽창 또는 전자기파에 의한 1차팽창을 한 흑연과 화학적 반응과 마이크로웨이브 공정에 의한 2차팽창을 연속하여 거친 흑연을 최종 박리한 그래핀 플레이크 상태로 각각 투과전자현미경으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 그래핀 플레이크를 라만 분석한 그래프이다.
먼저, 도 3의 (a)를 살펴보면, 상기 제1교반단계(S01)와 상기 제2교반단계(S02)를 거친 상기 흑연에 상기 반응액을 추가하여 1차로 팽창시킨 상태의 흑연을 분산과 초음파 처리를 하여 그래핀 플레이크로 제작한 후 투과 전자 현미경으로 촬영한 이미지이다.
그리고 도 3의 (b)는 상기 흑연을 상기 반응액이 아닌 마이크로웨이브를 이용하여 1차로 팽창된 흑연을 (a)와 동일한 방법으로 그래핀 플레이크를 만든 후 분산한 이미지이며, 도 3의 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조방법을 통해 상기 흑연을 1차 및 2차 팽창시키고 (a)와 동일한 방법으로 그래핀 플레이크를 얻은 후의 이미지이다.
도시된 바와 같이 상기 그래핀 플레이크는 레이어 개수가 단위영역 내에서 개수가 서로 다른 것을 알 수 있다.
특히, 상기 그래핀 플레이크가 단순한 화학적 팽창 및 마이크로웨이브 공정을 통한 팽창만을 수행한 경우 단위영역에서 각각 21 Layer, 40 Layer정도임을 알 수 있다.
이에 반해 본 발명과 같이 상기 제1팽창단계(S03)를 통해 화학적 팽창을 수행한 후 다시 상기 제2팽창단계(S05)를 통해 마이크로웨이브 공정을 이용한 팽창을 수행한 경우, 상대적으로 작은 숫자인 5 Layer 이하인 것을 확인하였다.
즉, 단순히 화학적 팽창을 수행하거나 마이크로웨이브 공정을 이용한 팽창보다, 본 발명과 같이 화학적 팽창을 이용한 1차 팽창 이후 추가적으로 마이크로웨이브 공정 또는 플라즈마 공정을 이용한 2차 팽창을 수행한 흑연이 층간 간격이 현저하게 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이 상기 제1팽창단계(S03) 및 상기 제2팽창단계(S05)를 연속하여 수행함에 따라 상기 흑연의 층간 박리가 용이하며, 층수가 작고 균일한 순도 높은 그래핀 플레이크를 제조할 수 있다.
추가적으로, 도 4를 살펴보면 도 3에서 각각 추출된 흑연을 라만(Raman)_분광법을 이용하여 측정된 값을 나타낸 그래프로 D-peak와 G-peak가 나타남을 알 수 있다.
일반적으로 라만 분광법은 그래핀의 레이어 및 순도에 대한 측정값을 나타낼 때 널리 사용되고 있으며, D-peak은 흑연에서 추출된 그래핀내의 결함이나 링클(wrinkle)등을 나타내는 것이고 G-peak 는 그래핀의 결정성을 나타낸다.
따라서 상기 흑연으로부터 추출된 그래핀의 순도를 나타내기 위해서 라만 분광법을 통해 도출된 G-peak에서의 세기와 D-peak에서의 세기를 비율로 나타내며, 이에 대한 측정값을 통해 그래핀의 순도를 알 수 있다.
즉, 상기 흑연으로부터 추출된 그래핀은 I(G) / I(D)로 순도를 나타낼 수 있으며, 본 실시예에서 도시된 바와 같이 단순히 화학적 팽창만을 수행하여 추출된 그래핀이나, 또한, 단순히 전자기파인 마이크로웨이브를 이용한 팽창만을 수행하여 추출된 그래핀의 경우 G-peak값이 높기는 하지만 D-peak 값이 크기 때문에 순도가 떨어진다.
이에 반하여 본 발명에 따른 그래핀 제조방법을 통해 상기 흑연을 1차팽창 및 2차팽창하여 추출된 그래핀의 경우 G-peak 값에 상관없이 D-peak 값이 제로에 가깝기 때문에 실제 순도에 있어서 월등한 효과가 있는 것을 알 수 있다.
이는 플라즈마 처리의 경우 고속의 플라즈마 입자가 그래핀 플레이크와 접촉하게 되면 어닐링 효과가 나타나게 되고, 마이크로웨이브 공정의 경우는 마이크로웨이브를 흡수하는 부위에서는 국소적으로 고온 어닐링 효과가 나타나게 된다. RTA의 경우도 고온 어닐링 효과로 인해서 결함을 치료하고 결정성을 높이는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 흑연을 단순히 화학적 팽창 하거나 전가지파를 이용하여 팽창시켜 추출되는 그래핀을 추출하는 것이 아니라, 상기 제1팽창단계(S03)를 통해 화학적으로 상기 흑연을 팽창시킨 후 연속하여 상기 제2팽창단계(S05)를 통해 전자기파를 이용한 팽창을 수행함으로써, 상기 흑연의 미 팽창된 부위를 팽창시켜 팽창률을 극대화하고, 두께가 얇고 균일도가 좋은 고품질의 그래핀를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
S01: 제1교반단계
S02: 제2교반단계
S03: 제1팽창단계
S04: 세수단계
S05: 제2교반단계
S06: 추출단계
S02: 제2교반단계
S03: 제1팽창단계
S04: 세수단계
S05: 제2교반단계
S06: 추출단계
Claims (6)
- 황산 및 질산의 혼합액에 흑연을 투입하여 상기 흑연의 층간으로 상기 혼합액이 침투하도록 교반시켜 혼합물을 형성하는 제1교반단계;
상기 혼합물에 산화제를 추가하여 상기 흑연의 표면이 산화되도록 혼합하는 제2교반단계;
상기 제2교반단계를 거친 상기 혼합물에서 상기 흑연을 회수한 후 고농도의 과산화수소, 아세톤, 질산나트륨, 과망간산칼륨, 염소산칼륨 또는 티오바르비탈산(thiobarbituric acid) 중 어느 하나로 이루어진 반응액을 추가하여 상기 흑연을 1차로 팽창시키는 제1팽창단계;
상기 제1팽창단계를 거친 상기 흑연에 플라즈마 공정, 마이크로웨이브 공정(microwave) 또는 급속가열 공정(Rapid Thermal Annealing : RTA) 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 흑연을 2차로 팽창시키는 제2팽창단계; 및
상기 제2팽창단계를 거치며 팽창된 상기 흑연을 분산하고 박리하여 그래핀 플레이크(Graphene flake)를 얻는 추출단계; 를 포함하며,
상기 제1팽창단계에서는 상기 제2교반단계에서 상기 혼합물에서 회수한 상기 흑연에 상기 혼합액 또는 상기 산화제와 상이한 별도의 상기 반응액을 투입하여 화학적인 반응을 이용해 상기 흑연을 팽창시키고,
상기 제2팽창단계는 상기 제1팽창단계에서 화학적인 반응을 통해 팽창된 상기 흑연에 열을 가해 추가적으로 팽창시키며,
상기 제2팽창단계 이전에 상기 제1교반단계, 상기 제2교반단계 및 상기 제1팽창단계를 연속하여 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1교반단계, 상기 제2교반단계, 상기 제1팽창단계 및 상기 제2팽창단계를 연속하여 순차적으로 반복 수행 후 상기 추출단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법. - 제1항에 있어서,
팽창된 상기 흑연을 중화 및 건조하는 수세단계를 더 포함하는 그래핀 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 산화제는,
과망간산칼륨, 염소산칼륨, 과염소산 또는 과산화수소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법. - 삭제
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