KR101915202B1 - 그래핀 합성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 합성 방법에 관련된 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 방법은, 촉매 금속 박을 마련하는 단계와, 상기 촉매 금속 박의 표면에 방청 물질을 도포하는 단계와, 상기 방청 물질이 도포된 상기 촉매 금속 박을 CVD 챔버에 삽입하는 단계와, 상기 CVD 챔버 내에 진공을 형성하는 단계와, 상기 CVD 챔버의 내부를 가열하여 상기 방청 물질을 기화 또는 연소시켜 제거하는 단계와, 상기 CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하고 상기 촉매 금속 박의 표면에서 그래핀을 합성하는 단계를 포함한다.

Description

그래핀 합성 방법{Method for synthesizing graphene}
본 발명은 그래핀을 합성하는 방법에 관련된 것이다.
본 발명은 지식경제부의 산업원천기술개발사업의 일환으로 수행된 연구로부터 도출된 것이다.
[과제고유번호: 10033309, 연구과제명: 유연 나노박막용 대면적 전사 및 연속 생산 시스템 기술 개발 과제]
최근 전기 전도성이 뛰어나고 화학적 안정성이 우수하며, 투명성 및 연성을 가지는 신소재로서 그래핀(Graphene)이 각광받고 있다. 이러한 그래핀을 합성하기 위한 방법으로는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Depostion:CVD)이 사용되기도 한다. 그래핀 합성을 위한 화학 기상 증착법은 고온의 챔버에서 아르곤, 수소, 메탄의 혼합 기체를 촉매 금속과 접촉시키는 방법을 사용한다. 촉매 금속으로는 전이 금속, 주로 구리가 사용된다. 이러한 화학 기상 증착법에 따르면 그래핀이 촉매 금속의 표면에서 합성되며, 이후 촉매 금속을 제거해 줌으로써 그래핀만을 취할 수 있다.
한편, 그래핀의 원활한 합성을 위해서는 촉매 금속에 불순물의 함량이 매우 낮아야 하는데, 촉매 금속의 순도가 높을수록 촉매 금속의 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한 촉매 금속을 취급하는 중에 촉매 금속의 산화가 일어나지 않도록 촉매 금속을 방청 처리하는 작업이 필요한데, 이러한 방청 물질은 그래핀 합성을 저해할 수 있기 때문에 화학 기상 증착 공정 이전에 세정 공정 등을 통해서 방청 물질을 제거해 주는 별도의 작업이 요구될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 공정이 간이하면서도 효율적으로 그래핀의 수율을 증가시킬 수 있는 그래핀 합성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예의 그래핀 합성 방법은, 촉매 금속 박을 마련하는 단계와, 상기 촉매 금속 박의 표면에 방청 물질을 도포하는 단계와, 상기 방청 물질이 도포된 상기 촉매 금속 박을 CVD 챔버에 삽입하는 단계와, 상기 CVD 챔버 내에 진공을 형성하는 단계와, 상기 CVD 챔버의 내부를 가열하여 상기 방청 물질을 기화 또는 연소시켜 제거하는 단계와, 상기 CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하고 상기 촉매 금속 박의 표면에서 그래핀을 합성하는 단계를 포함한다.
또한 상기 방청 물질은 연소 가능한 유기 소재를 포함할 수 있다.
또한 상기 금속 박은 동박일 수 있다.
또한 상기 촉매 금속 박을 마련하는 단계는 전해 도금으로 동박을 형성하는 단계일 수 있다.
또한 상기 방청 물질을 도포하는 단계는 상기 동박을 방청유에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 동박은 표면 조도(Ra)가 3 마이크로미터 이하일 수 있다.
또한 상기 동박은 두께가 3 마이크로미터 이상이며, 연신율이 5 % 이상 인장 강도가 300 N/mm2 이상일 수 있다.
상기 동박은 순도가 99.8 % 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면의 그래핀 합성 방법에 따르면, 공정이 간이하면서도 효율적으로 그래핀의 수율을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면은 촉매 금속의 순도가 종래에 비해서 낮은 상태에서도 그래핀을 성공적으로 합성할 수 있다. 따라서 그래핀 합성에 소요되는 비용을 효과적으로 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 압연 동박의 개략적인 단면도이다.
도 3은 압연 동박을 방청처리하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 방청 물질이 도포된 동박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 동박을 CVD 챔버 내에 배치된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 CVD 챔버 내를 가열하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 CVD 챔버 내의 가열에 따라 방청 물질이 제거되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8는 CVD 챔버 내로 원료 가스를 주입하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 동박의 표면에 그래핀이 합성되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 전해 동박의 개략적인 단면도이다.
도 11은 표면 평탄화가 이루어지지 않은 전해 동박에 합성된 그래핀을 전사하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 도 10의 전해 동박을 표면 처리한 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 도 10의 전해 동박을 방청 처리하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14은 압연 동박과 전해 동박에 대한 라만 분석 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일부 실시예에 따른 그래핀 합성 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 합성 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 본 실시예에서는 그래핀의 합성을 위한 촉매 금속으로써 구리를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
도 1을 참조하면 본 실시예의 그래핀 합성 방법은, 동박을 마련하는 단계(S10), 동박을 방청처리하는 단계(S20), CVD 챔버에 동박을 삽입하는 단계(S30), CVD 챔버에 진공을 형성하는 단계(S40), CVD 챔버를 가열하는 단계(S50), 동박에 도포된 방청 물질을 연소시키는 단계(S60), 원료가스를 주입하는 단계(S70) 및 동박의 표면에서 그래핀을 형성하는 단계(S80);를 포함한다. 본 실시예의 각 단계는 논리적으로 선후 관계가 있는 경우를 제외하고는 반드시 열거된 순서로 진행될 필요가 있는 것은 아니다.
동박을 마련하는 단계(S10)는 화학 기상 증착법을 이용하여 그래핀을 합성하기 위하여, 촉매 금속에 해당하는 동박을 마련하는 단계이다. 화학 기상 증착법으로 그래핀을 합성하는 경우, 촉매 금속으로는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr) 중 어느 하나가 사용될 수 있는데 본 실시예에서는 구리 소재의 동박을 이용한다. 구리의 경우는 탄소의 용해도가 낮기 때문에, 촉매 금속으로서 구리를 사용하는 경우에는 그래핀이 단층으로 형성되는 특성이 있다. 이러한 특성으로 인하여 촉매 금속으로서는 동박이 주로 사용된다.
그래핀의 원활한 합성을 위해서는 99.9 % (중량 %) 이상의 순도를 가지는 압연 동박을 사용해야 한다는 것이 알려져 있다. 그런데 순도 99.9% 이상의 압연 동박은 순도 99.8% 압연 동박에 비해서 제조 단가가 매우 높아 그래핀 합성 비용을 상승시키는 원인이 될 수 있다. 고 순도의 압연 동박이 가지는 이러한 문제를 감안하여, 본 출원의 발명자는 그래핀 합성 공정에 99.9 %보다 낮은 순도를 가지는 동박을 이용하는 방법을 모색하였으며, 그 일환으로써 본 실시예의 그래핀 합성 방법에서는 순도 99.8 %의 압연 동박을 사용하였다.
도 2는 압연 동박의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다. 순도 99.8%의 압연 동박(10)은 구리 잉곳을 형성하고 이를 절단한 다음 롤러 등으로 압연하여 제조되기 때문에, 도 2에 도시된 바와 표면의 조도가 적고 평탄하게 형성된다. 또한 압연 동박(10)은 향후 동박의 취급 과정에서 받게 되는 외력, 열적 변형 등을 고려하여, 두께가 3 마이크로미터 이상, 인장강도가 300 N/mm2 이상 및 연신율이 5 % 이상이 되도록 제조되는 것이 바람직하다.
상기의 방법으로 촉매 금속으로서의 순도 99.8%의 압연 동박(10)이 마련되면, 그 동박의 산화를 방지하기 위한 방청 처리를 하는 단계(S20)가 수행된다. CVD 공정에 있어서 동박의 산화된 표면에서는 그래핀이 합성되지 않으므로, 이러한 방청 처리를 통해서 동박 취급 시에 산소와 접촉하여 산화하는 것을 막을 필요가 있다.
동박을 방청 처리하는 단계(S20)는 동박(10)의 표면에 방청 물질, 예컨대 방청유를 도포하는 단계이다. 본 실시예의 방청 물질은 이후에 CVD 챔버 내에서 연소될 수 있는 유기 재질의 방청유인 것이 바람직하며, 또한 금속 성분을 포함하지 않는 방청유인 것이 바람직하다.
도 3은 압연 동박을 방청 처리하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면 압연 동박(10)을 방청 처리하기 위하여 롤러(200)로 방청 물질(20)을 도포하는 방법이 이용될 수 있다. 압연 동박(10)에는 압연 공정에 사용된 압연유가 잔류하고 있을 수 있는데 방청 처리 이전에 압연유 처리하는 공정이 수행될 수 있다.
도 4는 방청 처리가 완료된 동박(10)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 방청 처리가 완료된 동박(10)은 표면이 방청 물질로 코팅되어 외부의 산소와의 접촉이 차단된다. 따라서 동박(10)은 산화하지 않지 않고 순수 금속의 상태를 유지한다.
동박(10)의 방청 처리가 완료되면 CVD 챔버 내로 동박을 삽입하는 단계(S30)가 수행된다. 도 5는 CVD 챔버(300) 내에 동박이 삽입된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 동박(10)은 그 표면의 방청 물질(20)이 제거되지 않은 상태로 CVD 챔버(300)에 삽입된다. CVD 챔버(300)는 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있도록 그 내부의 공간(301)가 진공, 고온의 분위기로 형성될 수 있다. 또한 CVD 챔버(300) 내에는 동박(10)이 CVD 챔버(300) 내에서 안정적으로 위치될 수 있도록 동박(10)을 지지하기 위한 거치대(미도시)가 마련될 수 있다.
CVD 챔버(300) 내에 방청 처리된 동박(10)이 안정적으로 위치되면, CVD 챔버(300) 내에 진공을 형성하는 단계(S40)가 수행된다. CVD 챔버(300)의 내부를 진공으로 하기 위하여 유출 유로(310)를 통해서 CVD 챔버(300) 내부의 공기를 빼내어 준다. 이때 CVD 챔버(300) 내부의 압력은 약 10-3 torr 정도의 저진공 상태로 유지될 수 있다.
CVD 챔버(300) 내에 진공 분위기가 형성된 다음, 혹은 진공 분위기의 형성과 병렬적으로, CVD 챔버(300)를 가열하는 단계(S50)가 수행된다. 도 6을 참조하면 가열부(320)가 작동하여 CVD 챔버(300)의 내부로 열(H)을 전달함에 따라서 CVD 챔버(300)의 내부의 공간(301)가 가열된다. 가열부(320)는 복사열로 CVD 챔버(300)를 가열하는 것일 수 있으며, 이 경우에 CVD 챔버(300)는 외부에 배치된 가열부(320)의 복사열이 내부로 유입될 수 있도록 투명한 석영 재질로 형성될 수 있다. 복사열을 이용하여 CVD 챔버(300)를 가열하는 경우에는 열을 CVD 챔버 내로 직접적으로 전달하므로 빠르게 CVD 챔버(300)를 고온으로 가열할 수 있다.
CVD 챔버(300)가 가열됨에 따라서, 동박(10)의 표면에 도포된 방청 물질(20)을 기화 또는 연소시켜 제거하는 단계(S60)가 수행된다. 도 7은 방청 물질(20)이 CVD 챔버(300) 내의 온도 상승에 따라서 제거되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다. CVD 챔버(300)는 그래핀의 합성을 위하여 대략 섭씨 880도 이상으로 온도가 상승되는데, 방청 물질은 CVD 챔버(300)의 온도가 상승하는 과정에서, 도 7에 도시된 바와 같이 기화 또는 연소되어 동박(10)의 표면에서 제거된다. 기화 또는 연소된 방청 물질(G1)은 유출 유로(310)를 통해서 CVD 챔버(300)에서 빠져 나간다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 동박(10)을 방청 처리된 상태 그대로 CVD 챔버(300)에 넣고 CVD 챔버(300) 내에서 방청 물질(20)을 제거해 주기 때문에 방청 물질(20)의 제거를 위한 별도의 세정 공정이 반드시 수반되지 않아도 된다. 또한 동박(10)이 산소와 접촉할 가능성을 효과적으로 차단됨으로써 동박(10)이 산화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
특히 방청 물질(20)이 유기 물질로 이루어져 CVD 챔버(300)의 온도 상승에 따라 연소되는 경우에는, CVD 챔버(300) 내에 잔류하던 산소가 방청 물질(20)의 연소에 소모되어 방청 물질(20)과 함께 제거된다. 이와 같이 CVD 챔버(300) 내의 산소가 제거되면 CVD 챔버(300) 내에서 동박(10)이 산화하는 것이 더욱 억제될 수 있다.
동박(10)의 표면에서 방청 물질(20)이 제거되면, CVD 챔버(300)에 원료 가스를 주입하고(S70), 그래핀을 합성하는 단계(S80)가 수행된다. 도 8은 CVD 챔버(300)에 원료 가스(G2)가 주입되는 것을 개략적으로 도시한 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이 원료 가스(G2)는 동박(10)의 표면이 노출된 상태 및 CVD 챔버(300)의 내부가 섭씨 880도 이상의 고온으로 유지된 상태에서 가스 주입 유로(330)를 통하여 주입된다. 그래핀 합성의 원료 가스(G2)로서 탄소를 포함하는 가스, 예컨대 메탄 가스(CH4)가 사용된다. 주입되는 원료 가스(G2)의 양은 5 sccm에서 200 lpm 범위 내에서 정해질 수 있으며, 원료 가스 이외의 수소, 질소 또는 불활성 기체 등이 원료 가스(G2)와 함께 CVD 챔버(300)로 주입될 수도 있다. 원료 가스(G2)가 고온의 환경에서 동박(10)과 접촉되면, 도 9에 도시된 바와 같이 동박(10)의 표면에서는 그래핀(50)이 합성된다.
동박(10)의 표면에서 그래핀(50)의 합성이 완료되면 CVD 챔버(300)로부터 그래핀(50)이 합성된 동박(10)을 취출하고 그래핀(50)을 피 전사체(미도시)에 전사한다. 그래핀(50)의 전사는 동박(10)의 표면에 형성된 그래핀(50)을 피 전사체에 접촉시켜 그래핀(50)이 피 전사체를 접착되도록 함으로써 이루어질 수 있다. 피 전사체로는 열 박리 테이프가 이용될 수 있다. 그래핀(50)이 피 전사체에 부착되면 동박(10)은 그래핀(50)으로부터 기계적으로 분리 또는 화학적 에칭으로 제거될 수 있다.
본 실시예에서와 같이 그래핀의 합성 과정은 방청 물질(20)의 제거에 이어 CVD 챔버(300) 내에서 연속적으로 진행되기 때문에, 동박(10)의 산화가 억제되어 동박의 산화에 따른 그래핀 합성 불량이 효과적으로 감소될 수 있다. 특히 동박(10)의 산화는 동박(10)에 포함된 불순물에 의해서 촉진되기도 하는데, 본 실시예에서와 같이 동박(10)과 산소의 접촉을 원천적으로 차단하는 경우에는 동박(10)에 미량의 불순물이 포함되어 있더라도 그래핀 합성이 가능할 수 있다.
순도 99.8%의 압연 동박을 이용한 본 실시예의 그래핀 합성 방법에 의해서 양질의 그래핀이 합성되었는지를 확인하기 위해서, 본 실시예에서 합성된 그래핀과 순도 99.9% 압연 동박을 이용하여 상술한 그래핀 합성 공정을 진행하여 얻은 그래핀의 면 저항(sheet resistance)을 측정하였다.
아래의 표 1은 순도 99.9 %의 압연 동박을 사용하여 합성된 그래핀에 대하여 위치를 달리해 가면서 면 저항을 측정한 결과이며, 표 2는 순도 99.8 %의 압연 동박을 이용하여 합성된 그래핀 대하여 위치를 달리해 가면서 면 저항을 측정한 결과이다. (아래의 표에서 면 저항의 단위는Ω/ □임)
1st 2nd 3rd 4th 5th
No. 1 555 3,783 3,153 2,342 5,321
No. 2 28,422 3,603 4,366 3,184 3,693
No. 3 3,175 3,387 2,935 2,014 1,602
No. 4 3,773 3,116 6,822 1,398 1,699
상기 표 1은 5회의 걸쳐서 테스트한 결과로서, 각 위치에서의 면 저항을 측정한 데이터이다.
1st 2nd 3rd 4th 5th
No. 1 255 248 258 245 259
No. 2 245 263 253 262 252
No. 3 261 272 240 254 288
No. 4 243 232 232 236 256
No. 5 254 221 230 256 272
이상의 테스트 결과에서 보듯이, 압연 동박(10)을 사용하여 그래핀을 합성했을 경우에 면 저항이 300 Ω/□ 미만으로 형성됨을 알 수 있다. 따라서 순도 99.8 %의 압연 동박을 사용하여 합성된 그래핀도 우수한 특성을 가지는 것을 확인하였다.
한편, 순도 99.9%의 동박은 전해 공정으로 제조가 어려우나, 순도 99.8 %의 동박의 경우는 압연 공정 이외에 전해 공정으로도 제조가 가능하다. 따라서 순도 99.8%의 압연 동박 대신에 동일한 순도의 전해 동박을 상술한 그래핀 합성 방법에 사용하더라도 그래핀이 원활하게 합성될 수 있음을 예상할 수 있다. 특히 전해 동박의 경우는 압연 동박에 비해서 제조 단가가 더욱 낮기 때문에 그래핀 합성 공정에 소요되는 비용을 더욱 낮출 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 이하에서는 상술한 실시예의 그래핀 합성 방법에 있어서 순도 99.8%의 전해 동박을 사용하는 방법에 대해서 설명한다.
도 10은 상술한 실시예의 그래핀 합성 방법에 있어서, 촉매 금속으로써 사용되는 순도 99.8 %의 전해 동박의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이 전해 동박(11)의 경우는 압연 동박과는 달리, 전해 방식에 의해서 동박의 두께 방향으로 구리 도금층이 성장되기 때문에 표면 조도가 압연 동박에 비해서 높은 경우가 많다.
본 출원의 발명자의 실험에 따르면, 표면 조도가 큰 전해 동박, 더욱 구체적으로는 표면 조도(Ra)가 3 마이크로미터를 넘을 경우에는 양질의 그래핀을 얻기 어려운 것으로 나타났다. 이는 전해 동박의 표면의 조도로 인하여 그래핀이 평탄하게 형성되지 못하기 때문으로 파악된다.
도 11는 표면 조도가 큰 전해 동박의 표면에서 합성된 그래핀을 전사하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11를 참조하면, 전해 동박(11)의 표면 조도가 큰 경우, 더욱 구체적으로 표면 조도가 3 마이크로미터를 넘는 경우에는 전해 동박(11)의 표면을 따라서 그래핀(50)이 굴곡지게 형성된다. 그런데 이와 같이 굴곡진 그래핀(50)은 전사 과정에서, 골(52)에 위치한 부분들이 전사체(70)와 접촉하지 않게 되어 제대로 전사되지 못하고 전해 동박(11)에 남아있게 된다. 따라서 전해 동박(11)의 표면 조도가 클 경우에는 합성된 그래핀을 균질하게 전사하기 어려워 그래핀의 최종 품질이 저하될 수 있다.
이러한 점을 감안하여 본 실시예에서는, 전해 동박(11)의 표면을 평탄화하는 공정을 더 구비할 수 있다. 전해 동박(11)의 표면을 평탄화하기 위한 방법으로는 기계적 연마, 화학적 처리 또는 전기 화학적 처리 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 전해 동박(11)의 표면을 평탄화하는 공정은 표면이 평탄화된 전해 동박(11')의 표면 조도(Ra 기준)가 3 마이크로미터 이하가 될 때까지 진행될 수 있다.
또한 전해 동박(11)을 형성함에 있어서 도금 조건, 예컨대 도금 용액의 농도, 전류 밀도, 온도 등의 조건을 조절함으로써 전해 동박(11)의 표면 조도가 3 마이크로미터 이하가 되도록 할 수도 있는데, 이 경우에는 구리 전해 도금과 함께 표면의 평탄화 작업이 동시에 이루어질 수 있으므로, 추가적인 평탄화 작업이 필요하지 않을 수도 있다.
평탄화된 전해 동박(11')의 경우에도 동박의 취급 과정에서 받게 되는 외력, 열적 변형 등을 고려하여, 전해 동박의 두께를 3 마이크로미터 이상, 인장강도를 300 N/mm2 이상 및 연신율이 5 % 이상의 물성을 가지는 것이 바람직하다.
도 13은 전해 동박(11')을 방청 처리하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 전해 동박(11')의 방청 처리를 위해서는 전해 동박(11')을 방청 물질을 담은 용액 조(210)에 침지시키는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 전해 동박(11')의 경우에 동박 표면을 평탄화하더라도 여전히 압연 동박(10)에 비해서 표면 조도가 클 수 있어서, 롤러로 방청 물질을 도포하면 동박 표면의 굴곡으로 인하여 방청 물질이 국소적으로 도포되지 않을 수 있기 때문이다.
이와 같이 전해 동박(11’)의 방청이 완료되면, 앞서의 압연 동박(10)을 이용한 그래핀 합성 방법에서 방청 처리된 압연 동박(10) 대신 방청 처리된 전해 동박(11’)을 도 5에 도시된 바와 같이 CVD 챔버에 삽입한다(S30). 그리고 앞서 서술한 그래핀 합성 방법과 동일하게 CVD 챔버에 진공을 형성하는 단계(S40), CVD 챔버를 가열하는 단계(S50, 도 6 참조), 동박에 도포된 방청 물질을 연소시키는 단계(S60, 도 7 참조), 원료가스를 주입하는 단계(S70, 도 8참조) 및 동박의 표면에서 그래핀을 형성하는 단계(S80, 도 9 참조)를 진행한다.
순도 99.8%의 전해 동박을 사용한 경우에도 그래핀이 성공적으로 확인하기 위하여, 순도 99.9%의 압연 동박을 사용하여 합성된 물질과 순도 99.8%의 전해 동박을 사용하여 합성된 물질에 대해서 라만 분석(Raman shift analysis)을 수행하였다.
도 14는 순도 99.9 %의 압연 동박을 이용하여 합성된 물질 및 순도 99.8 %의 전해 동박을 이용하여 합성된 물질에 대해서 라만 분석을 수행한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 순도 99.8 %의 전해 동박(11')을 사용한 경우에도, 순도 99.9 %의 압연 동박을 사용한 경우와 동일한 피크(PK1,PK2)가 형성됨을 알 수 있고, 이로 부터 순도 99.9 %의 압연 동박을 사용한 경우와 마찬가지로 그래핀이 성공적으로 형성됨을 확인할 수 있다.
또한 순도 99.8 %의 전해 동박(11')으로 합성된 그래핀에 대해서 면 저항을 측정한 결과, 면 저항 값이 약 400 Ω/□ 대로 순도 99.9%의 압연 동박을 이용하여 합성된 그래핀과 유사한 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있었다.
따라서 본 실시예의 그래핀 합성 방법은 순도 99.8%의 압연 동박(10)은 물론 순도 99.8%의 전해 동박(11’)을 촉매 금속으로 사용하더라도, 우수한 품질의 그래핀이 원활하게 합성될 수 있다. 따라서 동박의 순도의 미세한 변화에도 불구하고 그래핀이 원활하게 합성될 수 있어 그래핀의 수율이 향상될 수 있음은 물론, 순도 99.9%의 압연 동박을 사용하지 않고 그래핀의 합성이 가능하여 그래핀 합성 공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 따라서 그래핀을 대량으로 양산하는데 매우 유리할 수 있다.
이상 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이와는 다른 형태로 구체화될 수 있다.
예를 들어 이상에서는 동박(10)을 이용하여 그래핀을 합성하는 것으로 설명하였으나, 구리 외에 다른 금속으로 이루어지는 촉매 금속 박을 상기의 실시예에 적용할 수도 있다.
또한 상기의 실시예의 그래핀 제조 방법은 순도 99.8%를 넘는 압연 동박 및 전해 동박을 사용하여도 무방하다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 형태로 구체화될 수 있음은 물론이다.
10 ... 압연 동박
11,11' ... 전해 동박
20 ... 방청 물질
50 ... 그래핀

Claims (8)

  1. 촉매 금속 박을 마련하는 단계;
    상기 촉매 금속 박의 표면에 방청 물질을 도포하는 단계;
    상기 방청 물질이 도포된 상기 촉매 금속 박을 CVD 챔버에 삽입하는 단계;
    상기 CVD 챔버 내에 진공을 형성하는 단계;
    상기 CVD 챔버의 내부를 가열하여 상기 방청 물질을 기화 또는 연소시켜 제거하는 단계;
    상기 방청 물질을 제거한 후, 상기 CVD 챔버 내에 원료 가스를 주입하고 상기 촉매 금속 박의 표면에서 그래핀을 합성하는 단계를 포함하는 그래핀 합성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방청 물질은 연소 가능한 유기 소재를 포함하는 그래핀 합성 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 금속 박을 마련하는 단계는,
    전해 도금으로 동박을 형성하는 단계인 그래핀 합성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방청 물질을 도포하는 단계는,
    상기 동박을 방청유에 침지시키는 단계를 포함하는 그래핀 합성 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 동박은 표면 조도(Ra)가 3 마이크로미터 이하인 그래핀 합성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동박은 두께가 3 마이크로미터 이상이며, 연신율이 5 % 이상 인장 강도가 300 N/mm2 이상인 그래핀 합성 방법.
  8. 삭제
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