KR101912294B1 - Method for manufacturing graphene, dispersed composite of graphene and method for manufacturing dispersed composite of graphene - Google Patents

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Abstract

그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법 에 관한 것으로, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 그래핀 제조방법, 이를 포함하는 그래핀 분산 조성물, 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a graphene production method, a graphene dispersion composition, and a production method thereof, comprising the steps of: preparing a graphite intercalation compound by heat treating natural graphite and a mixture of alkali metals; Mixing the graphite intercalation compound with a pyridine-based solvent; And a step of sonicating the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent, a graphene dispersion composition containing the graphene dispersion composition, and a method for producing the same.

Description

그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHENE, DISPERSED COMPOSITE OF GRAPHENE AND METHOD FOR MANUFACTURING DISPERSED COMPOSITE OF GRAPHENE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a graphene dispersion composition, a graphene dispersion composition, and a method for producing the graphene dispersion composition,

본 발명은 그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene manufacturing method, a graphene dispersion composition, and a manufacturing method thereof.

E3로 총칭되는 에너지 (Energy), 경제 (Economy) 그리고 환경 (Environment)분야는 미래의 인류가 보다 높은 수준의 삶을 살기 위해 해결해야 할 당면 과제이다. 특히 국가기반사업의 IT/BT/ET 분야에서 전기적, 열적, 기계적으로 우수한 그래핀은 응용기술분야의 핵심기술로써 차세대 핵심 소자로 인식되고 있다. Energy, Economy, and Environment, collectively referred to as E3, are the challenges that future humans must address in order to live a higher level of life. Especially, in the field of IT / BT / ET in the country-based business, graphene, which is superior in electrical, thermal and mechanical properties, is regarded as a core technology in the field of application technology and is recognized as a next generation core device.

그래핀의 우수한 전기적 물성은 디스플레이 및 전기, 전자, 바이오분야의 핵심소자로 활용가능성이 제시되고 있으며, 특히 반도체 소자의 시장은 이미 2007년도에 100조원을 넘어섰다. 더욱이, RF 전자소자의 경우 전체 시장규모는 연평균 6.2%(2007-2011년) 성장하고 있으며, 2007년 9조원 정도에서 2011년 12조원 규모로 증가할 것이 예상되고 있다. 또한 그래핀의 기계적, 물리화학적 특성은 2차 전지 및 슈퍼캐패시터 분야에 응용할 수 있으며, 교환국/기지국 전원용, 무공해차량(연료전지자동차, 전기자동차, 하이브리드 자동차)용, 고출력, 고성능의 중/대형 산업용 등으로 향후 주요 활용분야로 확대될 것으로 예상된다.The excellent electrical properties of graphene are expected to be used as a key element in display, electric, electronic and bio fields. In particular, the market for semiconductor devices has already surpassed 100 trillion won in 2007. Moreover, the total market size of RF electronic devices is growing at an average annual rate of 6.2% (2007-2011), and is expected to increase from KRW 9 trillion in 2007 to KRW 12 trillion in 2011. The mechanical and physicochemical properties of graphene can be applied to secondary battery and super capacitor applications. It can be used for switching center / base station power supply, pollution-free vehicles (fuel cell automobile, electric vehicle, hybrid car), high power, And it is expected to expand to major applications in the future.

그래핀은 기계적 박리 (Mechanical Exfoliation), 에피텍시 (Epitaxial Growth), 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition), 흑연 산화-환원 (Graphite Oxide-Reduction), 흑연 층간화합물 (Graphite Intercalation Compound) 등의 방법에 의해 제조할 수 있다. Graphene can be produced by methods such as mechanical exfoliation, epitaxial growth, chemical vapor deposition, graphite oxide-reduction, and graphite intercalation compound . ≪ / RTI >

기계적 박리법은 간단한 제조 공정에 의해 고품질의 그래핀을 제조할 수 있으나 제조된 그래핀의 매우 낮은 수율 및 불균일한 그래핀 시트의 크기는 상업적으로 응용하기에 적합하지 않다. The mechanical stripping method can produce high quality graphene by a simple manufacturing process, but the very low yield of the graphene produced and the size of the uneven graphene sheet are not suitable for commercial application.

에피텍시 및 화학기상증착법을 이용하여 제조된 그래핀은 흑연의 극심한 산화환원 공정에 의해 제조된 흑연층간화합물에 비해 기계적, 열적, 전기적으로 우수한 그래핀 시트를 합성할 수 있으나 약 1000 ℃의 고온공정으로 인한 높은 제조비용 및 협소한 반응기 공간으로 인한 낮은 수율은 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 특히, 액상공정 기반 고품질 그래핀의 복합화의 경우 그래핀의 낮은 표면전하로 인하여 그래핀간의 강한 응집력이 발생된다. 이로 인하여 선정된 용매에서 매우 낮은 분산 특성이 나타나고, 융복합소재의 기계적, 전기적 물성의 저하를 동반하여 현실적 적용 및 학문적 연구에 상당한 장애를 가지고 있다.The graphene produced by epitaxial and chemical vapor deposition can synthesize graphene sheets which are superior in terms of mechanical, thermal and electrical properties compared with the graphite intercalation compound produced by the extreme redox process of graphite, High manufacturing costs due to process and low yield due to narrow reactor space still remain as a challenge. In particular, in the case of high-quality graphene-based composites based on liquid-phase processes, strong cohesion between graphenes occurs due to low surface charge of graphene. As a result, very low dispersion characteristics are exhibited in the selected solvent, and the mechanical and electrical properties of the fused composite material are deteriorated, which has considerable obstacles to practical application and academic research.

현재 그래핀의 표면 개질을 통한 분산특성 향상에 관한 많은 연구 논문이 발표되어 왔다. 일반적으로 그래핀의 표면 개질은 화학적인 산처리나 초음파를 통하여, 그래핀 표면에 산소(Oxygen), 질소(Nitrogen) 등과 관련된 다양한 기능기의 도입을 통하여 가능하며, 이러한 접근은 그래핀 고유한 분자 구조에 상당한 손상을 줄 수 있다. 이에, 전기적, 열적, 물리적 성질에 크게 영향을 미친다. Many research papers have been published on improvement of dispersion properties through surface modification of graphene. In general, surface modification of graphene can be achieved by introducing various functional groups related to oxygen (Oxygen) and nitrogen (Nitrogen) on the surface of graphene through chemical acid treatment or ultrasonic wave, It can cause considerable damage to the structure. Therefore, it greatly affects the electrical, thermal, and physical properties.

또한 계면활성제와 블록 공중합체를 이용한 접근의 경우, 소수성 부분이 그래핀 표면에 물리적 흡착이 되고, 친수성 부분이 용매 쪽을 향하여 쌍극자(dipole)를 형성하며 안정적인 그래핀을 분산시킬 수 있다. 예로 SDS(sodium dodecyl sulfate), 트윈 20, 트리톤 X-100, NaDDS(sodium dodecyl sulfate), OTAB(octadecyltrimethylamonium bromide) 등의 연구결과가 있다. 그러나 짧은 사슬 계면활성제를 이용한 표면 개질은 매트릭스 고분자에 비해 전도성 막 형성(film formation)시 현격하게 낮아지는 전기전도도로 인하여 계면활성제를 이용한 표면 개질에는 바람직하지 않을 수 있다. 게다가 이러한 접근은 그래핀/고분자 복합체 적용에 물리적 특성을 현격히 저하시키며, 계면활성제의 흡착, 탈착 평형 및 그래핀의 강한 인력으로 인해 장기적 안정성에 크게 문제가 되고 있다. 블록 공중합체는 소수성/친수성의 특성을 함께 가지고 있는 양쪽성 특성으로 그래핀의 표면을 개질할 수 있다. 그 예로 블록 공중합체인 폴리스티렌-폴리아크릴산(PS-PAA)과 그래핀을 분산하는 연구가 진행됐다. [J. Am. Chem. Soc., 125, 5650 (2003)] 또한 탄소나노튜브에 강산과 함께 초음파를 이용하여 비닐계 고분자를 탄소나노튜브에 그라프팅을 하여 분산특성을 향상하였지만, 심각한 물성 저하를 초래하였다. [특허 제689866호]In addition, in the approach using the surfactant and the block copolymer, the hydrophobic moiety is physically adsorbed on the surface of the graphene, and the hydrophilic moiety forms a dipole toward the solvent to disperse the stable graphene. For example, there are research results such as SDS (sodium dodecyl sulfate), Tween 20, Triton X-100, NaDDS (sodium dodecyl sulfate) and OTAB (octadecyltrimethylammonium bromide). However, surface modification using a short chain surfactant may be undesirable for surface modification with surfactants due to the electrical conductivity which is significantly lowered during conductive film formation than the matrix polymer. In addition, this approach significantly degrades the physical properties of the graphene / polymer composite application and poses a major challenge to long-term stability due to the adsorption of the surfactant, the desorption equilibrium and the strong attraction of the graphene. Block copolymers can modify the surface of graphene with amphoteric properties that have both hydrophobic / hydrophilic properties. For example, research has been conducted to disperse polystyrene-polyacrylic acid (PS-PAA) and graphene, which are block copolymers. [J. Am. Chem. Soc., 125, 5650 (2003)] In addition, although the dispersion characteristics were improved by grafting a vinyl polymer to carbon nanotubes by using ultrasonic waves together with strong acids in the carbon nanotubes, serious property deterioration was caused. [Patent No. 689866]

그 외 생체 고분자를 이용하여 p-상호작용, 소수적 상호작용, 반데르발스 힘, 아민 작용기에 의한 이온결합, 수소결합을 이용하여 그래핀의 표면의 개질이 연구되었지만 상업적인 활용성에는 크게 제한이 되게 있다. Other biopolymers have been studied for modification of graphene surface using p-interactions, hydrophobic interactions, van der Waals forces, ionic bonds by amine functional groups, and hydrogen bonds, but their commercial viability is largely limited There is.

이에, 고수율의 무결점 그래핀의 제조, 및 그래핀의 물성저하 없이 분산특성을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.Therefore, there is a continuing need for studies to improve the dispersion characteristics without producing high-yield, zero-graphene graphene and without deteriorating the physical properties of graphene.

본 발명의 일 구현예는, 고수율로 무결점의 그래핀을 제조할 수 있는 무결점 그래핀의 제조 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for producing a defect-free graphene which can produce a graphene of a zero-defect at a high yield.

본 발명의 다른 일 구현예는, 다양한 용매에 무결점 그래핀이 안정적이고 균일하게 분산된, 무결점 그래핀의 분산 조성물, 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a dispersion composition of non-defective graphene in which non-defective graphene is stably and uniformly dispersed in various solvents, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 구현예는, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 그래핀 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is a method for producing graphite, comprising: heat treating a mixture of natural graphite and an alkali metal to produce a graphite intercalation compound; Mixing the graphite intercalation compound with a pyridine-based solvent; And ultrasonically treating the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent.

상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 온도는, 70℃ 이상, 및 200℃ 이하인 것일 수 있다.The step of heat-treating the mixture of natural graphite and an alkali metal to produce an intercalation compound of graphite may be performed at a temperature of 70 ° C or higher and 200 ° C or lower.

상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 시간은, 30분 이상, 및 90분 이하인 것일 수 있다.The step of heat treating the mixture of natural graphite and alkali metal to produce an intercalation compound of graphite may have a heat treatment time of 30 minutes or more and 90 minutes or less.

상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;는, 10-5 Torr 초과, 및 10-2 Torr 이하의 진공조건에서 수행되는 것일 수 있다.The step of heat treating the natural graphite and the mixture of alkali metals to prepare the graphite intercalation compound may be carried out under vacuum conditions of more than 10 -5 Torr and less than 10 -2 Torr.

상기 피리딘계 용매는, 피리딘 (Pyridine), 피리디늄(Pyridinium)계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.The pyridine-based solvent may include pyridine, a pyridinium compound, or a combination thereof.

상기 그래핀 제조방법은, 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 이후에, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.The graphene manufacturing method includes: mixing the graphite intercalation compound with a pyridine-based solvent; And then allowing the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent to be left to expand the graphite interlayer distance of the graphite intercalation compound.

상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;는, -41.6℃ 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하는 것일 수 있다.The step of allowing the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent to expand the graphite interlayer distance of the graphite intercalation compound is carried out at a temperature of -41.6 DEG C or higher and a temperature of 0 DEG C or lower for 3 hours or longer and 48 hours or shorter It can be left standing for hours.

상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;는, Ultrasonically treating the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent,

0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.0 < 0 > C and 10 < 0 > C, 10 minutes, and 24 hours or less.

상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는, 1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것일 수 있다.Wherein the molar ratio of natural graphite and alkali metal in the mixture (natural graphite: alkali metal) is 1: 0.1 or more, and the ratio of the natural graphite to the alkali metal in the mixture is 1: 0.1 or more; 1: 0.2 or less.

상기 그래핀 제조방법은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계; 이후에, 상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.The graphene manufacturing method comprises: ultrasonifying the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent; Thereafter, the ultrasonic treated graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent mixture may be dried to obtain a defect-free graphene.

본 발명의 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예에서 제조된 그래핀, 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는 그래핀 분산 조성물의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention includes the steps of mixing graphene, a graphene surface modifier, and a dispersion solvent prepared in one embodiment of the present invention; And applying a physical force to the mixed mixture. ≪ IMAGE >

상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것일 수 있다.And applying a physical force to the mixed mixture, whereby the surface modifier is physically or chemically attached to the graphene surface.

상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 비공유 상호작용을 통해 부착되는 것일 수 있다.And applying a physical force to the mixed mixture, whereby the surface modifier is attached to the graphene surface via noncovalent interaction.

상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;는, 교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 수행되는 것일 수 있다.Applying a physical force to the mixed mixture may be performed through stirring, ultrasonic treatment, or a combination thereof.

상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), The surface modifier may be 3,4,9,10-perylentetracarbonsauredianhydride (PTCDA), thiophene-diketopyrrolopyrrole (TDPP) , Poly (9,9-di- (N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA) , Poly (p-phenylenevinylene), poly (3-hexyl-thiophene), poly

폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.Cyclopenta [2,1-b (3,4-b '] dithiophene) -alt-4,7,7 (2-ethylhexyl) , 1,3-benzothiadiazole)] (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ (4 ', 7', 7 ', 7 ") -7-benzothiadiazole], PCPDTBT), poly [N-9'-heptadecanyl] -2,7- (4'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 3'- , 7'-di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PCDTBT), poly [9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole- 2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophendi] (Poly [[9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole -2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), poly (4,4-dioctyldicyano 3,2-b: 2'3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazol- 2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl, PSBTBT), poly [1- (6- {4,8-bis [(2- 3,4-b] thiophen-2-yl} -3-fluoro-4-methylthieno [3,4- b] Bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- 2-yl] -3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone], PBDTTT-CF), naphthalene diimide (NDI) , Perylene Diimide (PDI), Nafion (R), Carbazole, Thiazole, Selenophene, Fused thiophene, Naphthothiadiazole, Phenothiazine, Quinoxaline, or a combination thereof.

상기 분산 용매는, 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.The dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of pyridine, toluene, dimethylsulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (IPA), acetone, ethanol, methanol, Water, or a combination thereof.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예에서 제조된 그래핀; 및 상기 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및 분산 용매;를 포함하는 그래핀 분산 조성물을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, graphene produced in one embodiment of the present invention is used. And a surface modifier that is physically or chemically attached to the graphene; And a dispersion solvent.

상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.The surface modifier may be 3,4,9,10-perylentetracarbonsauredianhydride (PTCDA), thiophene-diketopyrrolopyrrole (TDPP) , Poly (9,9-di- (N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA) , Poly (p-phenylenevinylene), poly (3-hexyl-thiophene), poly [2,6- (4,4- Cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene) alt-4,7 (2,1,3-benzothiadiazol)] (2,1-b, 3,4-b '] dithiophene) -but-4,7 (2,1- 3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), poly [N-9'-heptadecanyl] -2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'- ', 1', 3'-benzothiadiazole) (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di- ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PCDTBT), poly [9- (1-octylnonyl) -9H- -2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophendiyl] (Poly [[9- 2,7-diyl-2,5-thiophenediyl-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), poly (4, (3,2-b: 2'3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazol- (Poly (4,4-dioctyldithieno (3,2-b: 2 ', 3'-d) silole) -2,6-diyl-6- (2,1,3-benzothiadiazole) , PSBTBT), poly [1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [ Yl} -3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen- (2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- b '] dithiophen-2-yl} -3-fluoro-4- methylthieno [3,4- b] thiophen- (PDI), Nafion (R), Carbazole, Thiazole (PDI), Naphthalene Diimide (NDI) Thiazole, selenophene, fused thio For example, fused thiophene, naphthothiadiazole, phenothiazine, quinoxaline, or a combination thereof.

상기 분산 용매는, 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.The dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of pyridine, toluene, dimethylsulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (IPA), acetone, ethanol, methanol, Water, or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예는, 고수율로 무결점의 그래핀을 제조할 수 있는 무결점 그래핀의 제조 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a method for producing a defect-free graphene, which can produce graphene of a zero defect point at a high yield.

본 발명의 다른 일 구현예는, 다양한 용매에 무결점 그래핀이 안정적이고 균일하게 분산된, 무결점 그래핀의 분산 조성물, 및 그 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a dispersion composition of non-defective graphene, in which non-defective graphene is dispersed stably and uniformly in various solvents, and a method of producing the same.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 무결함 그래핀의 제조방법에 대한 예시적인 공정 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 그래핀의 다양한 용매에서의 분산상태를 확인할 수 있는 디지털 카메라 사진, 및 물성 측정 데이터이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 흑연층간화합물의 디지털 카메라 사진(a), 초음파 처리 후의 혼합액의 디지털 카메라 사진(c) 및 건조된 무결함 그래핀의 디지털 카메라 사진(b)과, 제조된 무결함 그래핀의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진(d,e)과, pristine graphite, KC8 층간화합물, 그래핀 나노 시트(Graphene Nanosheet, GNS) 및 상기 실시예 1에서 제조된 그래핀에 대한 X-선 회절 분석 데이터(f) 및 Raman 분광기 측정 데이터(g)이다.
도 4는 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 및 본 발명의 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀의 광학 현미경 사진 및 AFM phase(a)와, Raman 분광기 측정 데이터(b)와, 알려진 그래핀 물성 관련 결과의 비교예 데이터(c)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀에 대한 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 표면 분석결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an exemplary process schematic diagram of a method of making defect-free graphene according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a digital camera photograph and physical property measurement data which can confirm the dispersion state of graphene prepared in Example 1 of the present invention in various solvents. FIG.
Fig. 3 is a photograph (a) of a digital camera of the graphite interlayer compound prepared in Example 1 of the present invention, a photograph (c) of a digital camera of a mixed solution after ultrasonic treatment and a photograph (b) of a digital camera of dried defect- (D, e) and pristine graphite, a KC8 interlayer compound, a Graphene Nanosheet (GNS), and a non-defective graphene prepared in Example 1 X-ray diffraction analysis data (f) for graphene and Raman spectroscopic measurement data (g).
Figure 4 shows the optical microscope photographs and AFM phase (a), Raman spectroscopic measurement data (b) and known micrographs of graphene oxide, reduced graphene oxide, and defect-free graphene prepared in Example 1 of the present invention, (C) is a comparative example data of pin physical property related results.
5 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface analysis result of defect-free graphene prepared in Example 1 of the present invention.
6 is a photograph of a digital camera obtained by confirming the dispersion characteristics of the dispersion composition of defect-free graphene prepared in Example 2 of the present invention.
7 is a photograph of a digital camera which confirms the dispersion characteristics of the dispersion-free graphene dispersion prepared in Example 3 of the present invention.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 일 구현예는, 순수한 그래핀 수준의 물성을 갖고 있는 무결점 그래핀의 제조방법과, 이러한 무결점 그래핀의 표면 개질을 통한 다양한 용매에서의 분산성이 확보된 무결함 그래핀의 분산 조성물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention relates to a method of producing a non-defective graphene having pure graphene-like physical properties and a dispersion method of a defect-free graphene having dispersibility in various solvents through surface modification of the non- And a manufacturing method thereof.

이를 통해 그래핀의 물성저하 없이 다양한 표면 개질제를 이용하여 극성/비극성의 다양한 분산 용매에 안정적인 분산 특성을 가지는 그래핀을 제조할 수 있다.Through this, it is possible to produce graphene having stable dispersion characteristics in various polar / non-polar dispersing solvents by using various surface modifiers without deteriorating physical properties of graphene.

이에, 이러한 무결점 그래핀은 그래핀의 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능하다.Accordingly, such non-defective graphene can be dispersed in various solvents while maintaining the inherent physical properties of graphene. Therefore, electrode materials such as lightweight / high strength composite materials, heat dissipation materials, materials for nano ink, secondary batteries, fuel cells, And / or coating materials.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예는, 천연흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 무결함 그래핀의 제조방법을 제공한다. 도 1은 이러한 무결함 그래핀의 제조방법의 제조 공정 모식도이다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 이에 한정하는 것은 아니다.Specifically, one embodiment of the present invention comprises the steps of: heat treating a mixture of natural graphite and an alkali metal to produce a graphite intercalation compound; Mixing the graphite intercalation compound with a pyridine-based solvent; And ultrasonically treating the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent. The present invention also provides a method for producing a defect-free graphene. Fig. 1 is a schematic view showing a manufacturing process of such a defect-free graphene fabrication method. However, the present invention is not limited thereto.

박리 용매로 피리딘계 용매를 사용함으로써, 알카리 금속이 삽입된 흑연층간화합물 제조시, 종래 박리 온도 대비 낮은 온도 및 저진공 조건에서 흑연층간화합물을 제조할 수 있어, 공정비용이 획기적으로 절감될 수 있다.By using a pyridine-based solvent as a peeling solvent, it is possible to produce a graphite intercalation compound at a low temperature and a low vacuum condition as compared with the conventional peeling temperature in the production of an alkali metal intercalated graphite intercalation compound, thereby remarkably reducing the process cost .

또한 피리딘을 이용한 박리는 층간화합물에 삽입된 알칼리 금속이 피리딘 솔루션에 이온 상태로 용해될 때, 흑연으로 전달된 전자를 흑연과의 화학적 반응을 일으키지 않고 피리딘 용매에 안정적으로 용해시키는 특성을 지니고 있어, 다른 분산용매에 비하여 그래핀의 물성의 유지할 수 있는 탁월한 특성을 가지고 있다.In addition, peeling using pyridine has a property of stably dissolving electrons transferred to graphite in a pyridine solvent without causing a chemical reaction with graphite when the alkali metal intercalated in the interlayer compound is dissolved in the pyridine solution in an ionic state, And has excellent properties that can maintain the physical properties of graphene as compared with other dispersion solvents.

또한, 피리딘계 박리 용매 하에서 박리를 수행함으로써, 산화/환원 과정을 거칠 필요 없이, 그래핀 고유의 물성을 그대로 유지하는 무결점 그래핀의 제조가 가능할 수 있다.Further, by carrying out the exfoliation in a pyridine-based exfoliating solvent, it is possible to manufacture a non-defective graphene which retains the inherent physical properties of the graphene without having to undergo oxidation / reduction processes.

보다 구체적으로, 상기 피리딘계 박리 용매는, 피리딘 (Pyridine), 피리디늄 (Pyridinium)계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.More specifically, the pyridine-based exfoliating solvent may include pyridine, a pyridinium compound, or a combination thereof.

상기 흑연층간화합물의 제조하는 단계의 시행 조건은, 200℃ 이하(구체적으로는 70℃ 이상, 및 200℃ 이하)의 온도, 및 10-5 Torr 초과 및 10-2 Torr 이하 수준의 진공조건인 것일 수 있다. 약 300 내지 400℃ 온도 및 약 10-7 내지 10-5 Torr 의 조건인 종래 공정 조건보다 저온, 및 저진공 조건에서 흑연층간화합물을 제조함으로써, 공정 비용이 획기적으로 절감될 수 있다. The conditions for carrying out the step of producing the graphite intercalation compound are a temperature of not more than 200 DEG C (specifically, not less than 70 DEG C and not more than 200 DEG C), and a vacuum condition of not less than 10 -5 Torr and not more than 10 -2 Torr . About 300 to 400 ℃ temperature and about 10-7 To 10 < -5 > Torr, the process cost can be drastically reduced by producing the graphite interlayer compound under the low temperature and low vacuum conditions.

상기 무결함 그래핀의 제조방법은, 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 이후에, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 흑연층간화합물의 흑연 층간(interlayer) 거리를 확장시킴으로써, 박리 효율이 향상될 수 있다. 이러한 층간 거리의 확장은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 용매의 녹는점 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하여 이루어질 수 있다. 예시적으로, 피리딘 용매의 경우 -41.6℃ 이상 및 0℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 층간 확장을 위한 상기 범위의 온도 한정의 이유는 층간화합물에 존재하는 알칼리 금속이 피리딘 용매에 알칼리 금속 이온으로 이온화되는 속도를 경감함이며, 방치 시간은 온도 및 층간 확장 정도에 따라 유연하게 조절될 수 있다.The method of manufacturing the defect-free graphene comprises: mixing the graphite intercalation compound with a pyridine-based solvent; And then allowing the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent to be left to expand the graphite interlayer distance of the graphite intercalation compound. By expanding the graphite interlayer distance of the graphite intercalation compound, the peeling efficiency can be improved. The expansion of the interlayer distance may be made by allowing the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent to stand at a temperature not lower than the melting point of the solvent and at a temperature of 0 ° C or lower for 3 hours or more and 48 hours or less. Illustratively, in the case of a pyridine solvent, it can be carried out at a temperature of -41.6 ° C or higher and 0 ° C or lower. The reason for the temperature limitation in the above range for the interlayer expansion is to reduce the rate at which the alkali metal present in the interlayer compound is ionized into the alkali metal ion to the pyridine solvent and the settling time can be flexibly adjusted according to the temperature and the interlayer expansion degree have.

상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;는, 0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 이러한 초음파 처리를 통해, 피리딘계 용매 하에서 흑연층간화합물로부터 결함의 발생 없이 그래핀의 박리가 이루어 질 수 있다.The ultrasonic treatment of the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent may be performed at a temperature of 0 ° C or higher, and 10 ° C or lower, for 10 minutes or longer, and for 24 hours or shorter. Through such ultrasonic treatment, graphene peeling can be performed without generating defects from graphite intercalation compounds in a pyridine-based solvent.

또한, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는, 1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것일 수 있다. 흑연층간화합물 제조시, 알카리 금속의 혼합량이 너무 적은 경우 균일한 층간화합물 형성에 문제가 발생할 수 있다. 반면, 알카리 금속의 혼합량이 너무 많은 경우 그래핀 박리시 그래핀 표면에 물성저하를 초래할 수 있다.Further, in the step of preparing graphite intercalation compound by heat-treating a mixture of natural graphite and alkali metal, the molar ratio of natural graphite and alkali metal (natural graphite: alkali metal) in the mixture is 1: 0.1 or more, And 1: 0.2 or less. When the amount of the alkali metal is too small in the preparation of the graphite intercalation compound, a problem may arise in formation of a uniform intercalation compound. On the other hand, when the mixing amount of the alkali metal is too large, physical properties may be deteriorated on the surface of the graphene when peeling off the graphene.

상기 무결함 그래핀의 제조방법은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계; 이후에, 상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 이는 그래핀 박리 후 용매를 제거하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계이다.The method of manufacturing the defect-free graphene comprises: ultrasonifying the mixed graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent; Thereafter, the ultrasonic treated graphite intercalation compound and the pyridine-based solvent mixture may be dried to obtain a defect-free graphene. This is a step of removing the solvent after graphen peeling and obtaining a defect-free graphene.

본 발명의 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예의 제조방법에 따라 제조된 무결함 그래핀, 무결함 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention includes the steps of mixing a defect-free graphene, a defect-free graphene surface modifier, and a dispersion solvent prepared according to the manufacturing method of one embodiment of the present invention described above; And applying a physical force to the mixed mixture. ≪ IMAGE >

제조된 무결함 그래핀의 표면 개질을 통해 다양한 분산 용매에서의 분산성을 향상시켜 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능할 수 있다.Since the surface modification of the produced defect-free graphene improves the dispersibility in various dispersion solvents, it can be used in various solvents while maintaining the inherent physical properties. Therefore, it is possible to use lightweight / high strength composite material, heat- Electrode materials for secondary batteries, fuel cells, and barrier / coating materials.

보다 구체적으로, 표면 개질제를 통한 무결함 그래핀의 비공유 기능기화, 물리적 부착, 또는 공유기능기화 등에 의해 표면이 개질될 수 있고, 개질제에 따라 다양한 친수성/소수성 분산 용매에의 분산 특성이 향상될 수 있다. 후술되는 실시예에 뒷받침되는 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에서는 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합, 및 유사한 물성을 갖는 다양한 용매에의 분산 특성이 우수한 표면 개질된 무결함 그래핀 분산 조성물을 제공하고자 한다.More specifically, the surface can be modified by non-covalent functionalization of the defect-free graphene through the surface modifier, physical attachment, or covalent functionalization, and the dispersibility in various hydrophilic / hydrophobic dispersion solvents can be improved depending on the modifier have. In one embodiment of the present invention, as shown in the following examples, the solvent is selected from the group consisting of pyridine, toluene, dimethylsulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (IPA), acetone ), Ethanol (ethanol), methanol (methanol), water, or a combination thereof, and various solvents having similar physical properties.

상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone], PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합일 수 있다. 보다 구체적으로는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 나피온 (Nafion®)인 것일 수 있다. 이러한 유기분자, 또는 전도성 고분자 표면 개질제를 통해 무결함 그래핀의 표면이 비공유 기능기화 등에 의해 개질되어, 상기 언급한 용매 내 분산성이 향상될 수 있다.The surface modifier may be 3,4,9,10-perylentetracarbonsauredianhydride (PTCDA), thiophene-diketopyrrolopyrrole (TDPP) , Poly (9,9-di- (N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA) , Poly (p-phenylenevinylene), poly (3-hexyl-thiophene), poly [2,6- (4,4- Cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene) alt-4,7 (2,1,3-benzothiadiazol)] (2,1-b, 3,4-b '] dithiophene) -but-4,7 (2,1- 3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), poly [N-9'-heptadecanyl] -2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'- ', 1', 3'-benzothiadiazole) (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di- ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PCDTBT), poly [9- (1-octylnonyl) -9H- -2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophendiyl] (Poly [[9- 2,7-diyl-2,5-thiophenediyl-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), poly (4, (3,2-b: 2'3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazol- (Poly (4,4-dioctyldithieno (3,2-b: 2 ', 3'-d) silole) -2,6-diyl-6- (2,1,3-benzothiadiazole) , PSBTBT), poly [1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [ Yl} -3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen- (2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- b '] dithiophen-2-yl} -3-fluoro-4- methylthieno [3,4- b] thiophen- (PDI), Nafion (R), Carbazole, Thiazole (PDI), Naphthalene Diimide (NDI) Thiazole, selenophene, fused thio (Fused thiophene), may be saw-naphthoquinone thiadiazole (Naphthothiadiazole), phenothiazine Im-triazine (Phenothiazine), quinoxaline (Quinoxaline), or a combination thereof. More specifically, 3,4,9,10-perylentetracarbonsauredianhydride (PTCDA), thiophene-diketopyrrolopyrrole (TDPP) , Poly (9,9-di- (N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA) Nafion.RTM .. The surface of the defect-free graphene can be modified by non-covalent functionalization or the like through such an organic molecule or a conductive polymer surface modifier, and the dispersibility in the above-mentioned solvent can be improved .

상기 제조방법에 있어서, 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 무결함 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 물리적 힘은 교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 인가될 수 있다. 이러한 단계를 통해, 조성물 내에서 표면 개질제가 무결함 그래핀의 표면에 물리적으로 결합되거나, 비공유기능기화 또는 공유기능기화 시킴으로써 용매 내 분산성이 향상된 분산 조성물이 제조될 수 있다.In the above production method, by applying a physical force to the mixed mixture, the surface modifier may be physically or chemically attached to the surface of the defect-free graphene. Specifically, the physical force may be applied through stirring, ultrasonic treatment, or a combination thereof. Through these steps, a dispersion composition in which the surface modifier is physically bonded to the surface of the defect-free graphene in the composition, or non-covalent functionalization or covalent functionalization improves the dispersibility in the solvent can be produced.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예의 제조방법에 따라 제조된 무결함 그래핀; 및 상기 무결함 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및 분산 용매;를 포함하는 무결함 그래핀의 분산 조성물을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a defect-free graphene produced according to the manufacturing method of one embodiment of the present invention; And a surface modifier that is physically or chemically attached to the defect-free graphene; And a dispersion solvent.

이는, 상기 본 발명의 다른 일 구현예에 따라 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물로써, 후술되는 실시예에 뒷받침되는 바와 같이, 제조된 무결함 그래핀의 표면 개질을 통해 다양한 분산 용매에서의 분산성을 향상시켜 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능할 수 있다.This is a defect-free graphene dispersion composition prepared according to another embodiment of the present invention. As shown in the following examples, the surface modification of the produced defect-free graphene enables the dispersion of fine grains in various dispersion solvents Various applications such as lightweight / high strength composite materials, heat dissipation materials, nano ink materials, electrode materials such as secondary batteries and fuel cells, and barrier / coating materials can be used by dispersing them in various solvents while maintaining their inherent physical properties by improving acidity It may be possible to expand into the field.

상기 표면 개질제, 및 용매에 관한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다.The above description of the surface modifier and the solvent is the same as described above, and thus will not be described.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실시예 1 : 무결함 그래핀의 제조Example 1: Preparation of defect-free graphene

그래파이트(pristine graphite) 1g과 칼륨(potassium metal) 0.407g(그래파이트 : 칼륨의 몰비 = 8:1)을 Pyrex tube에 채워넣은 후 30분간 진공 흡인 하여, 10-2 Torr의 진공 및 110℃에서 1시간동안 열처리를 하여 흑연층간화합물을 합성하였다. 제조된 흑연층간화합물은 밝은 금색을 띄고 있었다. 1 g of pristine graphite and 0.407 g of potassium metal (molar ratio of graphite to potassium = 8: 1) were charged into a Pyrex tube, vacuum-poured for 30 minutes, vacuumed at 10 -2 Torr, And then the graphite intercalation compound was synthesized. The prepared graphite intercalation compound had a bright gold color.

이후, 박리 용매로 피리딘(Pyridine, 구입처 : Sigma Aldrich) 100 mL 에 상기 흑연층간화합물 100 mg을 혼합한 후 피리딘의 녹는점인 -41.6℃ 이상, 및 0 ℃ 이하의 온도에서 24시간 보관하여, 흑연 층간 거리를 확장시켰다.Thereafter, 100 mg of the graphite intercalation compound was mixed with 100 mL of pyridine (Pyridine (purchased from Sigma Aldrich) as a peeling solvent, and the mixture was stored at a melting point of -41.6 ° C or higher and a temperature of 0 ° C or lower for 24 hours, The interlayer distance was extended.

이후, 흑연층간화합물의 층간 interlayer가 확장된 그래핀 나노시트를 5℃ water bath에서 1시간 동안 초음파 처리를 하여 무결점 그래핀을 제조하였다.Then, graphene nanosheets with interlayer interlayer extended graphite intercalation compounds were ultrasonicated in a water bath at 5 ℃ for 1 hour to prepare defect free graphene.

상기 실시예 1에서 초음파 처리 및, filtration 이후 오븐에서 건조시켜 (60 ~ 80 ℃) 무결점 그래핀 분말을 수득하였다.Ultrasonic treatment in Example 1 and filtration followed by drying in an oven (60 to 80 ° C) yielded a non-defective graphene powder.

실시예 2 : 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조Example 2: Preparation of dispersion composition of defect-free graphene

상기 실시예 1 이후, 무결점 그래핀 10 mg 과 표면개질제 (PTCDA, PDPP, PFDMA) 1 mg을 pyridine 용매 10 mL 에 분산시킨 후 60 ℃에서 24시간 교반하여 무결점 그래핀에 비공유 기능기화를 실시 하였다.After Example 1, 10 mg of non-defective graphene and 1 mg of surface modifier (PTCDA, PDPP, PFDMA) were dispersed in 10 mL of pyridine solvent and stirred at 60 ° C for 24 hours to perform non-covalent functionalization in non-cured graphene.

실시예 3 : 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조Example 3: Preparation of dispersion composition of defect-free graphene

상기 실시예 1 이후, Pyridine 분산용매에 무결점 그래핀을 분산 농도 1 mg/mL으로 분산된 그래핀과 표면개질제 (Nafion, D-521 dispersion, 5% w/w in water and 1-propanol) 4 mL을 다양한 분산용매 (Toluene, DMSO, IPA, Acetone, Ethanol, Methanol, DI) 12 mL 에 분산시킨 후 90분동안 water bath 초음파를 이용하여 무결점 그래핀의 비공유 기능기화를 실시 하였다.After Example 1, 4 mL of graphene and Nafion (D-521 dispersion, 5% w / w in water and 1-propanol) dispersed in a pyridine dispersion solvent at a dispersion concentration of 1 mg / Was dispersed in 12 mL of various dispersing solvents (Toluene, DMSO, IPA, Acetone, Ethanol, Methanol, DI) and noncovalent functionalization of non-cured graphene was performed using water bath ultrasonic for 90 minutes.

실험예Experimental Example

실험예 1Experimental Example 1

도 2는 상기 실시예 1에서 제조된 단/다층의 그래핀의 10 mg을 각각 10 mL hexane, Toluene, THF, EtOH, Pyridine, DMF, DMSO, DI의 용매에 혼합 후, 5 ℃의 water bath에서의 1시간 동안 초음파 처리 전후 사진, 및 물성 측정 데이터이다.FIG. 2 is a graph showing the results obtained by mixing 10 mg of the single / multi-layer graphene prepared in Example 1 in a solvent of 10 mL of hexane, toluene, THF, EtOH, pyridine, DMF, DMSO and DI, Photographs before and after the ultrasonic treatment for 1 hour, and physical property measurement data.

반응이 완료된 후 각각의 그래핀은 Raman 분광기(Raman spectroscopy)을 이용하여 그래핀의 물성을 측정하였다. 그래핀의 라만 분광기에서 가장 눈에 띄는 것은 1580 cm-1 부근의 G 피크와 2700 cm-1 부근의 2D 피크이다. 두 피크는 흑연의 경우에도 유사한 위치에서 발견된다. 이 두 피크 이외에 그래핀의 물성에 따라 1350 cm-1 부근에 D 피크가 발견이 되는데, 이는 결정 내의 결함에 의한 피크로서 그래핀의 경우에는 시편의 가장자리 부근이나 시료에 결함이 많은 경우에만 관찰이 된다. 이 데이터로부터 그래핀의 구조의 결정화도를 나타내는 D Peak to G Peak의 Intensity의 비를 계산하여 물성의 변화를 확인하였다. After completion of the reaction, each graphene was measured for physical properties of graphene using Raman spectroscopy. The most prominent in the Raphan spectroscope of graphene is the G peak near 1580 cm -1 and the 2D peak near 2700 cm -1 . Both peaks are found at similar positions in the case of graphite. In addition to these two peaks, a D peak is found near 1350 cm -1 depending on the physical properties of graphene. This is due to the defect due to crystal defects in grains. In the case of graphene, observation is only possible in the vicinity of the edge of the specimen, do. From this data, the ratio of the intensity of D Peak to G peak, which indicates the crystallinity of the graphene structure, was calculated and the change of physical properties was confirmed.

도 2에서 알 수 있듯이, Pyridine 용매의 경우 완벽히 고유물성을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 2, it was confirmed that the pyridine solvent completely retained its inherent physical properties.

실험예 2Experimental Example 2

도 3은 상기 실시예 1에서 제조된 흑연층간화합물의 디지털 카메라 사진(a), 초음파 처리 후의 혼합액의 디지털 카메라 사진(c) 및 건조된 무결함 그래핀의 디지털 카메라 사진(b)과, 제조된 무결함 그래핀의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진(d,e)과, pristine graphite, KC8 층간화합물, 그래핀 나노 시트(Graphene Nanosheet, GNS) 및 상기 실시예 1에서 제조된 그래핀에 대한 X-선 회절 분석 데이터(f) 및 Raman 분광기 측정 데이터(g)이다. 3 is a photograph (a) of a digital camera of the graphite interlayer compound prepared in Example 1, a photograph (c) of a digital camera of a mixed solution after ultrasonic treatment and a photograph (b) of a digital camera of dried defect- (D, e), pristine graphite, KC8 intercalation compound, Graphene Nanosheet (GNS), and graphene nanosheet (GNS) prepared in Example 1, Ray diffraction analysis data (f) and Raman spectroscopic measurement data (g).

라만분광기 측정 결과를 통하여, 제조된 그래핀에서 3개의 특성 peak (1350 cm-1: D, 1580 cm-1: G, 2700 cm- 1: 2D)를 관찰할 수 있었다. 1350 cm-1에서 관찰되는 D peak은 그래핀의 구조의 결함에 의해 유도되는 peak으로 알려져 있으며, 본 실시예에서 제조된 그래핀은 매우 낮은 구조적인 결함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 제조된 그래핀이 구조적인 결함없이 성공적으로 생성됨을 확인 할 수 있었다. Three characteristic peaks (1350 cm -1 : D, 1580 cm -1 : G, 2700 cm - 1 : 2D) were observed in the prepared graphene through Raman spectroscopy. The D peak observed at 1350 cm -1 is known to be a peak induced by a defect in the structure of graphene, and the graphene produced in this embodiment has a very low structural defect. These results confirm that the graphene produced successfully without structural defects.

더욱이, XRD를 통하여 층간화합물의 Intercalant로 K metal이 형성됨을 확인할 수 있었으며 제조공정 온도의 증가에 따라 흑연의 층간사이의 거리 (d002: 3.34 Å)로부터 나타나는 26.4°의 Intensity는 줄어들고 알칼리 금속 이온의 삽입에 의해 나타나는 15.5° (d002: 5.71 Å)의 Intensity는 증가함을 확인 할 수 있다. 상기 언급한 공정 온도 및 압력의 제어를 통하여 흑연의 층간사이를 더욱 확장할 수 있으며, 그래핀의 제조에 더욱더 긍정적인 효과를 기대할 수 있음을 확인할 수 있다.Furthermore, it was confirmed that K metal was formed as an intercalant of intercalation compound through XRD. As the manufacturing process temperature increased, the intensity of 26.4 ° appeared from the distance between graphite layers (d002: 3.34 Å) decreased and insertion of alkali metal ion (D002: 5.71 Å), which is indicated by the intensity of the incident light, increases. Through the control of the above-mentioned process temperature and pressure, it is possible to further expand the space between the graphite layers, and it can be confirmed that a more positive effect can be expected in the production of graphene.

실험예 3Experimental Example 3

도 4는, 상기 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀, 그래핀 옥사이드, 및 환원된 그래핀 옥사이드의 광학 현미경 사진, 및 AFM phase(a)와, Raman 분광기 측정 데이터(b)와, 알려진 그래핀 물성 관련 결과의 비교에 데이터이다.FIG. 4 shows optical microscope photographs of defect-free graphene, graphene oxide, and reduced graphene oxide prepared in Example 1, AFM phase (a), Raman spectroscopic measurement data (b) This is the data for comparison of pin physical property related results.

제조된 무결점 그래핀은 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드에 비해 현격하게 물성을 유지하고 있음을 Raman 분광법으로 확인할 수 있으며, 본 실시예에서 제조한 무결점 그래핀의 물성은, 현재까지 가장 물성이 좋은 Mechanical 박리한 그래핀과 거의 동등한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.Raman spectroscopy can confirm that the prepared defect-free graphene retains its physical properties remarkably in comparison with graphene oxide and reduced graphene oxide. The physical properties of the defect-free graphenes prepared in this example are as follows: It can be confirmed that it has almost the same physical properties as a good mechanical peeled graphene.

실험예 4Experimental Example 4

도 5는 상기 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀에 대한 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 표면 분석결과이다.5 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface analysis result of the defect-free graphene prepared in Example 1. FIG.

단/다층의 그래핀의 박리 후에도 284.5 eV의 C-C bonding energy의 값이 거의 변화가 없으며, 초기 그래파이트가 함유한 산소 (oxygen) 원자의 함량에 2% 미만으로 거의 증가하지 않음을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the C-C bonding energy value of 284.5 eV is almost unchanged even after peeling of the multi / multi-layer graphene, and that the content of oxygen atoms contained in the initial graphite hardly increases to less than 2%.

실험예 5Experimental Example 5

도 6은 상기 실시예 2에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다. TDPP를 이용하여 비결함 그래핀의 비공유기능기화에 따른 Photoluminacne (PL) quenching은 (우측 마지막 사진) 비공유기능기화가 형성됨을 확인시켜 준다.6 is a photograph of a digital camera obtained by confirming the dispersion characteristics of the dispersion composition of defect-free graphene prepared in Example 2 above. Photoluminacne (PL) quenching (non-covalent functionalization) of non-covalent functional grafts using TDPP confirms the formation of non-covalent functionalization.

실험예 6Experimental Example 6

도 7은 상기 실시예 3에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다. 분산용매의 변화에 따른 비결함 그래핀의 분산특성 변화를 확인 할 수 있다. 구체적으로, 극성/비극성의 다양한 분산용매에서 분산성이 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있다.7 is a photograph of a digital camera obtained by confirming the dispersion characteristics of the dispersion composition of defect-free graphene prepared in Example 3 above. The variation of the dispersion characteristics of the non-defective graphene according to the change of the dispersion solvent can be confirmed. Specifically, it can be confirmed that the dispersibility is very excellent in various dispersing solvents of polarity / non-polarity.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (19)

10-5 Torr 초과, 및 10-2 Torr 이하의 진공조건에서 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;
상기 흑연층간화합물을 피리딘과 혼합하는 단계;
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계; 및
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계;를 포함하고,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;는,
-41.6℃ 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하는,
그래핀 제조방법.
Preparing graphite intercalation compounds by heat treating a mixture of natural graphite and alkali metal under vacuum conditions of greater than 10 -5 Torr and less than 10 -2 Torr;
Mixing the graphite intercalation compound with pyridine;
Exposing the mixed graphite intercalation compound and pyridine to expand the graphite interlayer distance of the graphite interlayer compound; And
Ultrasonically treating the mixed graphite intercalation compounds and pyridine,
Exposing the mixed graphite intercalation compound and pyridine to expand the graphite interlayer distance of the graphite intercalation compound,
-41.6 DEG C or more, and 0 DEG C or less, 3 hours or more, and 48 hours or less,
Graphene.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 온도는,
70℃ 이상, 및 200℃ 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein the heat treatment temperature of the step of preparing graphite intercalation compound by heat-treating the natural graphite and the mixture of alkali metals,
70 < 0 > C, and 200 < 0 &
Graphene.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 시간은,
30분 이상, 및 90분 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
The method of claim 1,
The heat treatment time of the step of preparing the graphite intercalation compound by heat-treating the natural graphite and the alkali metal mixture,
30 minutes, and 90 minutes or less,
Graphene.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에서,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계;는,
0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것인,
그래핀 제조방법.
The method of claim 1,
Ultrasonically treating the mixed graphite intercalation compounds and pyridine,
At a temperature of 0 ° C or more, and 10 ° C or less, for 10 minutes or more, and for a time of 24 hours or less.
Graphene.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서,
상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는,
1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
The method of claim 1,
Heat-treating the natural graphite and the mixture of alkali metals to prepare graphite intercalation compounds,
The molar ratio of natural graphite and alkali metal in the mixture (natural graphite: alkali metal)
1: 0.1 or more, and 1: 0.2 or less.
Graphene.
제 1항에서,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계; 이후에,
상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는,
그래핀 제조방법.
The method of claim 1,
Ultrasonicing the mixed graphite intercalation compound and pyridine; Since the,
Drying the ultrasonic treated graphite intercalation compound and the pyridine mixture to obtain defect-free graphene;
Graphene.
제 1항에서 제조된 그래핀, 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계;
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
Mixing the graphene, the graphene surface modifier, and the dispersion solvent prepared in claim 1;
Applying a physical force to the mixed mixture
Graphene dispersion composition.
제 11항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해,
상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Applying a physical force to the mixed mixture,
Wherein the surface modifier is physically or chemically attached to the graphene surface.
Graphene dispersion composition.
제 12항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해,
상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 비공유 상호작용을 통해 부착되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
The method of claim 12,
Applying a physical force to the mixed mixture,
Wherein the surface modifier is attached to the graphene surface via non-covalent interaction.
Graphene dispersion composition.
제 11항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;는,
교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 수행되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Applying a physical force to the mixed mixture,
Wherein the treatment is carried out through agitation, stirring, ultrasonic treatment, or a combination thereof.
Graphene dispersion composition.
제 11항에서,
상기 표면 개질제는,
3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The surface-
3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid (PTCDA), Thiophene-Diketopyrrolopyrrole (TDPP), Poly (9, N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl, PFDMA), poly (para- Poly (3-hexyl-thiophene), poly [2,6- (4,4-bis- (2- (2,1-b) 3,4-b '] thiophene) -alt-4,7 (2,1,3-benzothiadiazol)] (Poly [ Cyclopenta [2,1-b; 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7 (2,1,3-benzothiadiazole)] - , PCPDTBT), poly [N-9'-heptadecanyl] -2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'- 3 '-benzothiadiazole)] (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4', 7'-di- 3'-benzothiadiazole)], PCDTBT), poly [9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] 2,6-dihydro-5H-pyrazol-3-yl) -phenyl] -2,3-benzothiadiazol-4,7-diyl-2,5-thiophendiyl] (Poly [[9- (1-octylnonyl) 2,5-thiophenediyl-2,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), poly 2'3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazol-4,7- b: 2 ', 3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl, PSBTBT) Methyl-benzo [1,2-b: 4,5-b '] thiophen-2-yl} -3-fluoro- (2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1, < / RTI & 2-b: 4,5-b '] dithiophen-2-yl} -3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen- (Naphthalene Diimide, NDI), Perylene Diimide (PDI), Nafion (R), Carbazole, Thiazole, Selenophene, Fused thiophene Fused thiophene, I The shoot thiadiazole (Naphthothiadiazole), phenothiazine Im-triazine (Phenothiazine), quinoxaline (Quinoxaline), or to a combination thereof,
Graphene dispersion composition.
제 11항에서,
상기 분산 용매는,
피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The above-
The solvent is preferably selected from the group consisting of Pyridine, Toluene, Dimethyl Sulfoxide (DMSO), Isopropyl alcohol (IPA), Acetone, Ethanol, Methanol, The combination,
Graphene dispersion composition.
제 1항에서 제조된 그래핀; 및
상기 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및
분산 용매;를 포함하는
그래핀 분산 조성물.
Graphene prepared in claim 1; And
A surface modifier that is physically or chemically attached to the graphene; And
A dispersion solvent;
Graphene dispersion composition.
제 17항에서,
상기 표면 개질제는,
3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)),
폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물.
The method of claim 17,
The surface-
3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid (PTCDA), Thiophene-Diketopyrrolopyrrole (TDPP), Poly (9, N, N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl, PFDMA), poly (para- Poly (p-phenylenevinylene), poly (3-hexyl-thiophene), poly
Cyclopenta [2,1-b (3,4-b '] dithiophene) -alt-4,7,7 (2-ethylhexyl) , 1,3-benzothiadiazole)] (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ (4 ', 7', 7 ', 7 ") -7-benzothiadiazole], PCPDTBT), poly [N-9'-heptadecanyl] -2,7- (4'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 3'- , 7'-di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PCDTBT), poly [9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole- 2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophendi] (Poly [[9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole -2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), poly (4,4-dioctyldicyano 3,2-b: 2'3'-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazol- 2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl, PSBTBT), poly [1- (6- {4,8-bis [(2- 3,4-b] thiophen-2-yl} -3-fluoro-4-methylthieno [3,4- b] Bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- 2-yl] -3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone], PBDTTT-CF), naphthalene diimide (NDI) , Perylene Diimide (PDI), Nafion (R), Carbazole, Thiazole, Selenophene, Fused thiophene, Naphthothiadiazole, Phenothiazine, Quinoxaline, or a combination thereof.
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