KR102164300B1 - Method and apparatus for separating graphene, and method and apparatus for forming graphene layer - Google Patents

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KR102164300B1
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 그래핀 분리 방법은, 종래의 과제를 해결하는 것으로, 그래파이트 입자와 그래핀과 용매를 포함하는 용기에 자장을 걸고, 상기 자장에 의해, 상기 용매 중에서, 상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀을 상이한 위치에 분리시키는 분리 공정과, 상기 용기에 형성된 토출구로부터, 상기 용매와 상기 그래핀을 취출하는 취출 공정을 포함한다. The graphene separation method of the present invention is to solve the conventional problem, by applying a magnetic field to a container containing graphite particles, graphene, and a solvent, by the magnetic field, in the solvent, the graphite particles and the graphene And a separation process of separating at different positions, and a extraction process of removing the solvent and the graphene from a discharge port formed in the container.

Description

그래핀 분리 방법, 그래핀 분리 장치, 그래핀층 형성 방법, 및, 그래핀층 형성 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING GRAPHENE, AND METHOD AND APPARATUS FOR FORMING GRAPHENE LAYER}Graphene separation method, graphene separation device, graphene layer formation method, and graphene layer formation device TECHNICAL FIELD [METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING GRAPHENE, AND METHOD AND APPARATUS FOR FORMING GRAPHENE LAYER}

본 발명은, 투명 전극, 전지 전극, 반도체 소자에 적용할 수 있는 그래핀의 분리, 및 그 분리 장치, 그래핀층의 형성 방법 및 그 형성 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a separation of graphene applicable to a transparent electrode, a battery electrode, and a semiconductor device, and a separation device thereof, a method of forming a graphene layer, and a formation device thereof.

그래핀은 매우 특이한 물성을 나타내는 물질로서, 주목을 받고 있다. 그래핀의 특이한 물성으로는, 고전자 이동도, 고열 전도성, 고강도, 고 광투과성 등이 있어, 많은 매력적인 물성을 가지고 있다. 이 특이한 물성은 새로운 일렉트로닉스 디바이스나 나노테크놀로지 재료로서 유용성이 기대되고 있다. Graphene is attracting attention as a material exhibiting very specific physical properties. The unique properties of graphene include high electron mobility, high thermal conductivity, high strength, and high light transmittance, and thus have many attractive properties. This unique property is expected to be useful as a new electronic device or nanotechnology material.

이 그래핀의 종래의 형성 방법으로서 화학 기상 증착법(특허문헌 1)이 있고, 화학 기상 증착법에 의해 제작된 그래핀을 기판에 전사하여, 투명 전극, 반도체 소자에 이용할 수 있다. As a conventional method for forming graphene, there is a chemical vapor deposition method (Patent Document 1), and graphene produced by the chemical vapor deposition method can be transferred to a substrate and used for transparent electrodes and semiconductor devices.

도 10∼도 13은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 화학 기상 증착법을 이용한 그래핀의 형성 방법을 나타낸다. 10 to 13 show a method for forming graphene using the conventional chemical vapor deposition method described in Patent Document 1.

도 10은, 화학 기상 증착법을 이용한 그래핀의 형성 방법을 나타낸다. 기판(1201) 상에, 촉매층(1202)을 형성한다. 기판(1201)으로는, 650㎛ 두께의 실리콘 기판(1201) 등이 사용된다. 촉매층(1202)을 형성하기 전에, 실리콘의 기판(1201)을 산화시켜, 100∼300nm 두께의 실리콘 산화물층이 형성되어도 된다. 10 shows a method of forming graphene using a chemical vapor deposition method. On the substrate 1201, a catalyst layer 1202 is formed. As the substrate 1201, a silicon substrate 1201 having a thickness of 650 μm or the like is used. Before the catalyst layer 1202 is formed, the silicon substrate 1201 may be oxidized to form a silicon oxide layer having a thickness of 100 to 300 nm.

촉매층(1202)은, 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어지는 금속 물질 중, 어느 1개의 물질을 스퍼터링함으로써, 기판(1201) 상에 형성할 수 있다. 촉매층(1202)은, 거의 100∼150nm 두께로 형성된다. The catalyst layer 1202 is formed on the substrate 1201 by sputtering any one of metal materials composed of nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), platinum (Pt), and ruthenium (Ru). Can be formed. The catalyst layer 1202 is formed to have a thickness of approximately 100 to 150 nm.

다음에, 촉매층(1202) 상에, 그래핀층(1203)을 형성한다. 그래핀층(1203)은, 예를 들면, 탄소를 포함하는 소스 가스(CH4, C2H2, C2H4, CO 등)를 화학 기상 증착시킴으로써 형성된다. 그래핀층(1203)은, 단일층 또는 이중층으로 형성될 수 있다. 그래핀층(1203)은, 거의 0.3∼2nm 두께로 형성될 수 있다. 또한, 그래핀층(1203) 상에, 보호층(1204)을 형성한다. Next, on the catalyst layer 1202, a graphene layer 1203 is formed. The graphene layer 1203 is formed by chemical vapor deposition of a source gas (CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , CO, etc.) containing carbon, for example. The graphene layer 1203 may be formed as a single layer or a double layer. The graphene layer 1203 may be formed to have a thickness of approximately 0.3 to 2 nm. In addition, a protective layer 1204 is formed on the graphene layer 1203.

보호층(1204)은, 그래핀층(1203)을, 후술하는 과정에서, 보호하기 위한 것이다. 보호층(1204)은, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 포토레지스트(PR), ER(electron resist, 전자 레지스트), SiOx, AlOx 중 어느 1개를 스핀 코팅함으로써, 200nm∼10㎛ 두께로 형성될 수 있다. The protective layer 1204 is for protecting the graphene layer 1203 in a process to be described later. The protective layer 1204 is formed in a thickness of 200 nm to 10 μm by spin coating any one of polymethyl methacrylate (PMMA), photoresist (PR), ER (electron resist, electronic resist), SiOx, and AlOx. Can be.

다음에, 보호층(1204) 상에, 접착층(1205)을 더 형성한다. 접착층(1205)으로는, 접착 테이프, 풀, 에폭시 수지, 열 박리 테이프, 수용성 테이프 중 어느 하나를, 100∼200㎛ 두께로 형성한다. 접착층(1205)은, 후술하는 바와 같이, 기판(1201)으로부터 촉매층(1202)을 포함하는 그래핀층(1203)을 물리적으로 분리할 때, 그래핀층(1203)을 지지하기 위한 것이다. Next, on the protective layer 1204, an adhesive layer 1205 is further formed. As the adhesive layer 1205, any one of an adhesive tape, glue, epoxy resin, thermal release tape, and water-soluble tape is formed to a thickness of 100 to 200 µm. The adhesive layer 1205 is for supporting the graphene layer 1203 when physically separating the graphene layer 1203 including the catalyst layer 1202 from the substrate 1201, as described later.

그 후, 기판(1201)을 촉매층(1202)으로부터 이격하여, 촉매층(1202)을 제거한다. 기판(1201)이 실리콘으로 형성된 경우, 기판(1201)의 저면을 나이프로 커팅하여, 커팅선을 형성한다. 또는, 기판(1201)의 에지 부분을 제거하고, 촉매층(1202)과 기판(1201) 사이에 갭을 형성시킨다. Thereafter, the substrate 1201 is separated from the catalyst layer 1202 and the catalyst layer 1202 is removed. When the substrate 1201 is formed of silicon, the bottom surface of the substrate 1201 is cut with a knife to form a cutting line. Alternatively, the edge portion of the substrate 1201 is removed, and a gap is formed between the catalyst layer 1202 and the substrate 1201.

다음에, 상기 커팅 선 또는 상기 갭에 친수성 액체를 접촉시키면, 친수성 액체는, 기판(1201)의 커팅 선 또는 갭에 침투하여, 기판(1201)과 촉매층(1202)의 접착력을 약화시켜, 기판(1201)을 촉매층(1202)으로부터 이격시키기 쉽게 한다. 친수성 액체로는, 물, 알코올, 아세톤을 사용할 수 있다. Next, when the hydrophilic liquid is brought into contact with the cutting line or the gap, the hydrophilic liquid penetrates the cutting line or gap of the substrate 1201 and weakens the adhesion between the substrate 1201 and the catalyst layer 1202, thereby reducing the substrate ( 1201) is easily separated from the catalyst layer 1202. Water, alcohol, and acetone can be used as the hydrophilic liquid.

다음에, 접착층(1205)을 리프팅하여, 기판(1201)을 촉매층(1202)으로부터 이격한다. 다른 방법으로서, 이온·밀링법으로, 기판(1201)을 직접 제거할 수도 있다. 화학적 에칭법으로, 기판(1201)을 제거할 수도 있다. 에천트는, 기판(1201)의 물질에 의존하는데, KOH, FeCl3, HCl, HF, 반응성 이온·에칭·에천트가 사용된다. Next, the adhesive layer 1205 is lifted to separate the substrate 1201 from the catalyst layer 1202. As another method, the substrate 1201 may be directly removed by an ion-milling method. The substrate 1201 may be removed by chemical etching. The etchant depends on the material of the substrate 1201, and KOH, FeCl3, HCl, HF, and reactive ion/etch/etchant are used.

다음에, 촉매층(1202)을 제거하는 방법으로는, 촉매층(1202)의 습식 에칭을 행한다. 기판(1201)을, FeCl3, HCl 및 물의 혼합물 중에 넣음으로써, 촉매층(1202)을 제거할 수 있다.Next, as a method of removing the catalyst layer 1202, wet etching of the catalyst layer 1202 is performed. The catalyst layer 1202 can be removed by putting the substrate 1201 in a mixture of FeCl3, HCl, and water.

다른 방법으로서, 반응 이온 에칭, 이온·밀링 등으로, 촉매층(1202)을 제거할 수도 있다. As another method, the catalyst layer 1202 may be removed by reactive ion etching, ion milling, or the like.

다음에, 결과물을 세정한다. 세정에 있어서, 이소프탈산(IPA), 탈(脫) 이온화(DI)수가 사용된다. 도 11은, 그래핀의 전사 방법을 나타내고, 더욱 상세하게는, 그래핀이 전사 기판(1301)에 접촉하도록, 결과물을 전사 기판(1301) 상에 정렬하는 단계를 도시한 도면이다. 전사 기판(1301) 상에, 접촉 용액(1302)을 도포한다. 접촉 용액(1302)으로는, DI수, 이소프로필 알코올, 에탄올, 메탄올, 광유 중 어느 하나가 사용된다. 다음에, 결과물을 전사 기판(1301) 상에 슬라이딩시키면서, 결과물을 전사 기판(1301) 상에 정렬시킨다. Next, the resultant is washed. In washing, isophthalic acid (IPA) and deionized (DI) water are used. 11 is a diagram illustrating a method of transferring graphene, and more particularly, a diagram illustrating a step of aligning a resultant on the transfer substrate 1301 so that the graphene contacts the transfer substrate 1301. On the transfer substrate 1301, a contact solution 1302 is applied. As the contact solution 1302, any one of DI water, isopropyl alcohol, ethanol, methanol, and mineral oil is used. Next, while sliding the resultant on the transfer substrate 1301, the resultant is aligned on the transfer substrate 1301.

전사 기판(1301)의 표면이 접촉 용액(1302)에 대하여 소수적 성질을 가지는 경우, 그래핀층(1203) 상에 접촉 용액(1302)을 도포하고, 전사 기판(1301)을 그래핀층(1203) 상에 정렬할 수도 있다. 다음에, 전사 기판(1301)을, 그래핀층(1203) 상에 슬라이딩시키면서, 전사 기판(1301)을 그래핀층(1203)에 맞춘다. When the surface of the transfer substrate 1301 has a hydrophobic property with respect to the contact solution 1302, the contact solution 1302 is applied on the graphene layer 1203, and the transfer substrate 1301 is applied on the graphene layer 1203. You can also sort on. Next, the transfer substrate 1301 is aligned with the graphene layer 1203 while sliding the transfer substrate 1301 on the graphene layer 1203.

도 12는, 그래핀층(1203)이 전사된 전사 기판(1301)을 나타낸다. 접촉 용액(1302)을 전사 기판(1301)으로부터 제거하기 위해서, 전사 기판(1301)을 거의 60℃에서 거의 6시간 열 처리하여, 접촉 용액(1302)을 제거하여 건조시킬 수 있다. 12 shows a transfer substrate 1301 to which the graphene layer 1203 is transferred. In order to remove the contact solution 1302 from the transfer substrate 1301, the transfer substrate 1301 may be heat-treated at approximately 60° C. for approximately 6 hours to remove the contact solution 1302 and dry.

도 13은, 그래핀층(1203)이 전사된 전사 기판(1301)을 나타낸다. 접착층(1205) 및 보호층(1204)을 순차적으로 제거한 것이다. 접착층(1205) 및 보호층(1204)의 제거는, 에칭, 또는 이온·밀링, 열 처리와 같은 방법으로 행할 수 있고, 상세한 설명은 생략한다. 13 shows a transfer substrate 1301 to which the graphene layer 1203 is transferred. The adhesive layer 1205 and the protective layer 1204 were sequentially removed. The removal of the adhesive layer 1205 and the protective layer 1204 can be performed by a method such as etching, ion milling, or heat treatment, and detailed descriptions are omitted.

다음에, 그래핀층(1203)으로부터, 화학적 잔류물을 제거하기 위해서, IPA, DI 수 등으로 세정한다. Next, in order to remove the chemical residue from the graphene layer 1203, it is washed with IPA, DI water, or the like.

이러한 방법으로, 그래핀층은 형성되지만, CVD로 제작한 그래핀층은 한번 실리콘 기판(1201) 상에 형성된 후에, 전사 기판(1301) 상에 옮겨지므로, 공정이 복잡하다. In this way, the graphene layer is formed, but the graphene layer produced by CVD is once formed on the silicon substrate 1201 and then transferred onto the transfer substrate 1301, so the process is complicated.

여기에서, 본 발명의 설명에서는, 1층으로 존재하는 그래파이트를 단층 그래핀, 2층부터 10층으로 존재하는 그래파이트를 복수 층 그래핀, 11층 이상의 층으로 존재하는 그래파이트를 그래파이트 입자로 한다. 그래핀으로만 기재한 경우는, 단층 그래핀과 복수 층 그래핀이 혼재한 상태를 나타낸다. Here, in the description of the present invention, graphite existing in one layer is a single layer graphene, graphite existing in two to 10 layers is multi-layered graphene, and graphite existing in 11 or more layers is used as graphite particles. When only graphene is described, it represents a state in which single-layer graphene and multi-layer graphene are mixed.

일본국 특허공개 2011-105590호 공보Japanese Patent Publication No. 2011-105590

그러나, 상기 종래와 같이 화학 기상 증착에 의해 그래핀층을 제작하기 위해서는, CVD시에 고온이 되기 때문에, 내열성이 없는 기판에 직접 그래핀층을 형성할 수 없다는 과제를 가지고 있었다. However, in order to prepare a graphene layer by chemical vapor deposition as described above, there is a problem in that the graphene layer cannot be directly formed on a substrate having no heat resistance because it becomes high temperature during CVD.

본 발명은, 종래의 과제를 해결하는 것으로, 기판이나 온도 조건을 이용하지 않고, 그래핀을 분리시키는 것을 가능하게 한 그래핀의 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method for separating graphene, which is capable of separating graphene without using a substrate or temperature condition to solve the conventional problem.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 그래핀 분리 방법은, 그래파이트 입자와 그래핀과 용매를 포함하는 용기에 자장을 걸고, 상기 자장에 의해, 상기 용매 중에서, 상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀을 상이한 위치에 분리시키는 분리 공정과, 상기 용기에 형성된 토출구로부터, 상기 용매와 상기 그래핀을 취출하는 취출 공정을 포함하는 그래핀 분리 방법. In order to solve the above problem, the graphene separation method of the present invention applies a magnetic field to a container containing graphite particles, graphene, and a solvent, and by the magnetic field, in the solvent, the graphite particles and the graphene are different from each other. A method for separating graphene comprising a separation process of separating at a location and a extraction process of extracting the solvent and the graphene from a discharge port formed in the container.

본 발명의 그래핀 분리 방법에 의하면, 원하는 층수의 그래파이트를 용이하게 얻을 수 있다. According to the graphene separation method of the present invention, graphite having a desired number of layers can be easily obtained.

도 1은, 실시의 형태에 있어서의 그래파이트의 분쇄 시스템의 모식도이다.
도 2는, 실시의 형태에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 층수가 혼재하는 그래핀의 SPM도이다.
도 3은, 실시의 형태에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 그래파이트 분말을 에탄올에 분산시킨 분산체의 모식도이다.
도 4(a)는 실시의 형태에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 자석을 주위에 설치한 용기에, 분산체를 투입한 평면 모식도, (b)는 (a)의 단면도, (c)는 (a) 때에 작용하는 힘의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시예 1에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 분산체를 교반하면서 기판에 분산체를 도포하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시예 1에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 분산체를 도포한, 에탄올을 건조시킨 후의 기판의 SPM도이다.
도 7은, 실시예 2에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 도 5의 노즐 형상을 변화시키고, 분산체를 교반하면서 기판에 분산체를 도포하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 실시예 2에 있어서의 그래핀의 분리 방법의 분산체를 도포 후에 에탄올을 건조시킨 기판의 SPM도이다.
도 9는, 도 7의 시린지 중심에서 노즐 중심의 거리 차와 얻어진 그래핀의 두께를 나타내는 도면이다.
도 10은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 화학 기상 증착법을 이용한 그래핀의 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 제조법에 의해 제조된 그래핀의 전사 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는, 특허문헌 1에 기재된 종래의 형성 방법에 의해 그래핀이 전사된 전사 기판을 나타내는 도면이다.
도 13은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 형성 방법에 의해 그래핀이 전사된 전사 기판을 나타내는 도면이다.
1 is a schematic diagram of a graphite pulverization system according to an embodiment.
Fig. 2 is an SPM diagram of graphene in which the number of layers is mixed in a method for separating graphene in an embodiment.
3 is a schematic diagram of a dispersion obtained by dispersing graphite powder in ethanol in a method for separating graphene according to an embodiment.
Fig. 4(a) is a schematic plan view in which a dispersion is put into a container in which a magnet is installed around a magnet in the method for separating graphene in an embodiment, (b) is a cross-sectional view of (a), and (c) is ( a) It is a diagram showing the relationship between the force acting at the time.
5 is a schematic diagram showing a state in which a dispersion is applied to a substrate while stirring the dispersion in the method for separating graphene in Example 1. FIG.
6 is an SPM diagram of a substrate after drying ethanol to which a dispersion of the method for separating graphene in Example 1 is applied.
Fig. 7 is a schematic diagram showing a state in which the nozzle shape of Fig. 5 of the method for separating graphene in Example 2 is changed and the dispersion is applied to the substrate while stirring the dispersion.
Fig. 8 is an SPM diagram of a substrate on which ethanol is dried after coating a dispersion of a method for separating graphene in Example 2.
9 is a view showing the difference in distance between the center of the syringe and the center of the nozzle of FIG. 7 and the thickness of the obtained graphene.
10 is a diagram showing a method for forming graphene using the conventional chemical vapor deposition method described in Patent Document 1. FIG.
11 is a diagram showing a transfer method of graphene produced by the conventional manufacturing method described in Patent Document 1. FIG.
12 is a diagram showing a transfer substrate to which graphene is transferred by the conventional forming method described in Patent Document 1;
13 is a diagram showing a transfer substrate to which graphene is transferred by the conventional forming method described in Patent Document 1. FIG.

이하 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(실시의 형태)(Embodiment)

그래파이트는, 탄소 원자가 6각형인 거북의 등딱지형상으로 배열하고, 이들 층이 겹쳐진 층상 구조를 가진 물질이다. 이러한 결정성을 가지는 그래파이트로는, 광물로서 산출되는 천연 흑연이나, CVD나 유기 필름을 고온에서 열 처리함으로써 인공적으로 제작되는 결정성이 높은 그래파이트(결정성 그래파이트)가 일반적이다. Graphite is a material having a layered structure in which carbon atoms are arranged in the shape of a turtle shell having hexagonal carbon atoms, and these layers are overlapped. As graphite having such crystallinity, natural graphite produced as a mineral or graphite with high crystallinity artificially produced by thermally treating CVD or an organic film at a high temperature (crystalline graphite) is common.

<그래파이트 원료><Graphite raw material>

이번에는, 유기 필름을 고온 열 처리하여 얻은 결정성 그래파이트를 원료로서 이용하여, 결정성 그래파이트를 분쇄하여, 그래핀을 제작했다. 이번에 이용한 결정성 그래파이트 이외의 천연 흑연이나 CVD로부터 얻어지는 결정성 그래파이트를 이용한 경우에도, 탄소 원자의 결합 에너지는 동일하기 때문에, 동일한 결과가 얻어진다고 생각된다. 또한, 결정성 그래파이트는, 상기에서 정의한 그래파이트 입자보다 층수가 많은 것이다. This time, using crystalline graphite obtained by high-temperature heat treatment of the organic film as a raw material, crystalline graphite was pulverized to produce graphene. Even in the case of using natural graphite other than the crystalline graphite used this time or crystalline graphite obtained from CVD, since the binding energy of the carbon atoms is the same, it is considered that the same result can be obtained. Further, crystalline graphite has a larger number of layers than the graphite particles defined above.

도 1은, 실시의 형태에 있어서의 그래파이트의 분쇄 시스템의 모식도이다. 원료인 결정성 그래파이트를, 원료 공급 탱크(101)에 넣고, 커터 밀(102)에 의해 조(粗)분쇄를 행함으로써, 직경 수 mm의 결정성 그래파이트 분말을 제작했다. 1 is a schematic diagram of a graphite pulverization system according to an embodiment. Crystalline graphite as a raw material was put into the raw material supply tank 101 and coarsely pulverized by a cutter mill 102 to produce crystalline graphite powder having a diameter of several mm.

그 후, 얻어진 결정성 그래파이트 분말을 제트 밀(103)에 공급하고, 에어 호스(105)로부터 공급되는 0.58MPa의 고압 에어로 분쇄 존(104)에 발생하는 제트 기류에 의해, 결정성 그래파이트를 미세하게 분쇄했다. Thereafter, the obtained crystalline graphite powder is supplied to the jet mill 103, and the crystalline graphite is finely formed by a jet stream generated in the pulverization zone 104 with 0.58 MPa high-pressure air supplied from the air hose 105. Crushed.

분쇄된 결정성 그래파이트 분말은, 제트 밀(103) 내에 발생하는 기류에 의해, 미세하고 경량인 결정성 그래파이트 분말만이 제트 밀(103) 내의 상부에 날아오르고, 또한, 20000RPM으로 고속 회전하는 분급기(106)를 통과한 분말만을 회수 탱크(107)에 회수했다. As for the pulverized crystalline graphite powder, only fine and light crystalline graphite powder flies to the upper part of the jet mill 103 by airflow generated in the jet mill 103, and a classifier that rotates at high speed at 20000 RPM. Only the powder passing through (106) was collected in the recovery tank (107).

또한, 에어의 배기 덕트(108)에는 필터(109)를 설치하고, 배기되는 에어에 포함되는 미세한 결정성 그래파이트 분말도 필터(109)에 의해 회수했다. 회수한 결정성 그래파이트 분말의 입경을 입도 분포계(마이크로 트랙 MT3300EX2, 니키소(日機裝)(주) 제)로 측정하여, 몇백 ㎛부터 몇십 ㎛의 입자인 것을 확인했다. In addition, a filter 109 was provided in the air exhaust duct 108, and fine crystalline graphite powder contained in the exhausted air was also recovered by the filter 109. The particle diameter of the recovered crystalline graphite powder was measured with a particle size distribution meter (Microtrac MT3300EX2, manufactured by Nikiso Co., Ltd.), and it was confirmed that the particles were several hundred µm to several tens of µm.

다음에, 상기 수법으로 제작한 분말에, 단층 그래핀, 복수층 그래핀이 포함되어 있는지를 검증했다. Next, it was verified whether the powder produced by the above method contained single-layer graphene and multi-layer graphene.

상기 수법으로 얻어진 분말을 에탄올 중에 분산하고, 실리콘 웨이퍼(200) 상에 도포 후, 에탄올을 건조시켜 SPM(주사형 현미경)으로 실리콘 웨이퍼(200) 상을 분석한 결과를 도 2에 나타낸다. 분석의 결과, 두께가 0.3nm인 단층 그래핀(201), 두께가 10.4nm인 복수층 그래핀(202) 및 두께가 560nm인 그래파이트 입자(203)의 존재를 확인했다. 각각의 면 방향의 장변의 사이즈는 수㎛부터 수십㎛이었다. The powder obtained by the above method was dispersed in ethanol, coated on the silicon wafer 200, dried with ethanol, and analyzed on the silicon wafer 200 with a scanning microscope (SPM). As a result of the analysis, it was confirmed the presence of single-layer graphene 201 having a thickness of 0.3 nm, multi-layer graphene 202 having a thickness of 10.4 nm, and graphite particles 203 having a thickness of 560 nm. The size of the long side in each plane direction ranged from several µm to several tens of µm.

제트 밀로 분쇄함으로써, 그래파이트의 층간이 박리하여, 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을 제작하는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 그러나, 결정성 그래파이트를 제트 밀에 의해 분쇄하는 것만으로는, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트 입자(203)가 혼재하고 있는 상태이다. 이 때문에, 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을 그래파이트 입자(203)로부터 분리할 필요가 있다. It can be seen that by pulverizing with a jet mill, the layers of graphite are peeled off, so that it is possible to manufacture a single layer graphene 201 and a multilayer graphene 202. However, only by pulverizing the crystalline graphite by a jet mill, the single-layered graphene 201, the multi-layered graphene 202 and the graphite particles 203 are mixed. For this reason, it is necessary to separate the single-layered graphene 201 and the multi-layered graphene 202 from the graphite particles 203.

도 3은, 도 1에 도시하는 제트 밀에 의해 제작한 그래파이트 분말을 용매인 에탄올(302)에 분산시킨 분산체(303)의 모식도를 나타낸다. 3 shows a schematic diagram of a dispersion 303 in which graphite powder produced by the jet mill shown in FIG. 1 is dispersed in ethanol 302 as a solvent.

분산체(303)는, 상기 결정성 그래파이트를 제트 밀에 의해 분쇄함으로써 얻어지는 것을 확인할 수 있는 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트 입자(203)를 포함하는 분말을 1mg 계량하여, 용량 13.5ml, 내경 φ20mm의 수조(301)에 투입 후, 에탄올(302)을 10ml 넣고, 100W, 28kHz의 조건에서 5분간 초음파 분산을 행하여, 에탄올 분산액을 제작했다. The dispersion 303 weighs 1 mg of a powder including single-layer graphene 201, multi-layer graphene 202 and graphite particles 203, which can be confirmed to be obtained by pulverizing the crystalline graphite by a jet mill. Then, after pouring into the water tank 301 having a capacity of 13.5 ml and an inner diameter of φ 20 mm, 10 ml of ethanol 302 was put, and ultrasonic dispersion was performed for 5 minutes under conditions of 100 W and 28 kHz to prepare an ethanol dispersion.

<분리 방법> <How to separate>

다음에, 이 분산체(303)를 시린지(401)(용기)에 넣고, 본 발명의 그래핀 분리 장치를 이용하여, 그래핀 및 에탄올(302)을 분리하는 방법을 설명한다. 도 4(a)는, 시린지(401)의 둘레에 자계원을 배치한 모식 평면도를 나타낸다. 도 4(b)는, 도 4(a)의 a-b 단면도이다. 본 발명의 그래핀 분리 장치는, 시린지(401)와, 자계원으로서의 N극 자석(402) 및 S극 자석(403)과, 교반 봉(404)(교반부)을 구비한다. 내경 50mm, 높이 100mm의 시린지(401)에, 내경 1mm의 노즐(405)(토출구)이 부착되어 있다. Next, this dispersion 303 is put in a syringe 401 (container), and a method of separating graphene and ethanol 302 using the graphene separation apparatus of the present invention will be described. 4(a) shows a schematic plan view in which a magnetic field source is disposed around a syringe 401. As shown in FIG. Fig. 4(b) is a sectional view a-b in Fig. 4(a). The graphene separating apparatus of the present invention includes a syringe 401, an N-pole magnet 402 and an S-pole magnet 403 as magnetic field sources, and a stirring rod 404 (stirring portion). A nozzle 405 (discharge port) having an inner diameter of 1 mm is attached to a syringe 401 having an inner diameter of 50 mm and a height of 100 mm.

시린지(401)의 주위에는, 세로 40mm, 가로 40mm, 높이 100mm의 직방체로, 1테슬라의 N극 자석(402)이, 시린지(401)측을 향해 설치되어 있다. 또한, 동 사이즈, 동 자속 밀도의 S극 자석(403)이, 시린지(401)측을 향해서 설치되어 있다. N극 자석(402)과, S극 자석(403)은, 시린지(401)를 중심으로, 대향하여 설치되어 있다. 시린지(401)의 중앙에는 교반 봉(404)이 설치되어 있다. Around the syringe 401, a rectangular parallelepiped having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a height of 100 mm, and a 1-Tesla N-pole magnet 402 is provided toward the syringe 401 side. Moreover, the S-pole magnet 403 of the same size and the same magnetic flux density is provided toward the syringe 401 side. The N-pole magnet 402 and the S-pole magnet 403 are provided to face each other with the syringe 401 as the center. A stirring rod 404 is installed in the center of the syringe 401.

N극 자석(402) 및 S극 자석(403)의 자속 밀도는, 최저 0.05테슬라 이상 필요하다. 이보다 작으면, 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을 그래파이트 입자(203)로부터 분리할 수 없다. 5테슬라 이상이 되면, 너무 강하여, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202), 그래파이트 입자(203)가 뭉쳐지게 되어, 분리할 수 없다. 따라서, 0.05테슬라 이상, 5테슬라보다 작은 자속 밀도가 필요하다. 바람직하게는, 0.5테슬라 이상, 3테슬라 이하이면, 시간적, 정밀도적으로 좋다. The magnetic flux density of the N-pole magnet 402 and the S-pole magnet 403 needs to be at least 0.05 Tesla or more. If it is smaller than this, the single layer graphene 201 and the multilayer graphene 202 cannot be separated from the graphite particles 203. If it is more than 5 Tesla, it is too strong, and the single-layered graphene 201, the multi-layered graphene 202, and the graphite particles 203 are aggregated and cannot be separated. Therefore, a magnetic flux density of 0.05 Tesla or more and less than 5 Tesla is required. Preferably, if it is 0.5 Tesla or more and 3 Tesla or less, it is good in terms of time and precision.

단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트(203)는, 이들 층수의 차이에 따라, 발생하는 반자성의 자화율이 변화한다. 이로써, 그래핀의 층수 차이에 따라, 분포되는 위치를 상이하게 할 수 있다. In the single-layered graphene 201, the multi-layered graphene 202, and the graphite 203, the magnetization rate of diamagnetic generated varies according to the difference in the number of these layers. As a result, according to the difference in the number of layers of graphene, the distribution position may be different.

교반 봉(404)은, 직경 1mm의 봉의 선단에 직경 10mm 높이 15mm의 3각추가 달려 있다. 이 교반 봉(404)을, 시린지(401)의 상부로부터 90mm 삽입하여 회전시켰다. 그 결과, 분산체(303)는 교반되어, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202), 그래파이트 입자(203)에 원심력이 걸린다. The stirring rod 404 is attached to a tip of a rod having a diameter of 1 mm and a triangular weight having a diameter of 10 mm and a height of 15 mm. This stirring rod 404 was inserted 90 mm from the top of the syringe 401 and rotated. As a result, the dispersion 303 is agitated, and a centrifugal force is applied to the single layer graphene 201, the multilayer graphene 202, and the graphite particles 203.

동시에, N극 자석(402)으로부터, S극 자석(403)을 향해서 자장이 발생하고 있으므로, 시린지(401) 중에서 회전하고 있는 분산체(303) 중, 두께가 1층인 단층 그래핀(201)이 가장 단위 중량당 반자성이 강하기 때문에, N극 자석(402)과 S극 자석(403)으로부터 떨어지려 하고, 중심선 상에 모이려고 한다. 층수가 적을수록, 반자성력이 강하다. At the same time, since a magnetic field is generated from the N-pole magnet 402 toward the S-pole magnet 403, among the dispersion 303 rotating in the syringe 401, the single-layered graphene 201 having a thickness of one layer is Since the diamagnetic per unit weight is the strongest, it tries to separate from the N-pole magnet 402 and the S-pole magnet 403, and tries to gather on the center line. The smaller the number of layers, the stronger the diamagnetic force.

이 관계를 도 4(c)에서 설명한다. 도 4(c)는, 도 4(a)와 마찬가지로, 모식 평면도이다. 원심력(601)과 반자성력(602)의 방향을 나타내고 있다. 원심력(식 1)과 반자성력(식 2)의 크기 관계에 의해 분리할 수 있다. This relationship will be described in Fig. 4(c). Fig. 4(c) is a schematic plan view similarly to Fig. 4(a). The directions of the centrifugal force 601 and the diamagnetic force 602 are shown. It can be separated by the magnitude relationship between the centrifugal force (Equation 1) and the diamagnetic force (Equation 2).

원심력=m×g×r … (식 1) Centrifugal force = m×g×r… (Equation 1)

Figure 112014053601341-pat00001
… (식 2)
Figure 112014053601341-pat00001
… (Equation 2)

여기에서, m은 그래핀의 질량, g는 중력, V는 체적, μ0은 진공에서의 투자율, ΔB/Δz는 반경 방향의 자계 변화, B는 자계, χ은 자화율, r은 수평면에서의 중심으로부터의 거리이다. Where m is the mass of graphene, g is the gravity, V is the volume, μ0 is the magnetic permeability in vacuum, ΔB/Δz is the magnetic field change in the radial direction, B is the magnetic field, χ is the susceptibility, and r is from the center in the horizontal plane. Is the distance.

반자성력(602)에 관하여, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202), 그래파이트 입자(203)는, 탄소만으로 이루어지는 물질이므로, 밀도는 같다. 그러나, 층수에 따라 자화율이 크게 상이하고, 단층이 가장 강하다. 원심력에 관해서, 동일한 밀도이며, 원심력은 반경 r에서의 위치로 결정된다. With respect to the diamagnetic force 602, the single-layer graphene 201, the multi-layer graphene 202, and the graphite particles 203 are materials made of only carbon, and thus have the same density. However, the susceptibility varies greatly depending on the number of layers, and the single layer is the strongest. Regarding the centrifugal force, it is the same density, and the centrifugal force is determined by the position at radius r.

그 결과, 교반 봉(404)을 회전시키는 힘(회전수)에 따라, 원심력(601)을 적절하게 하면, 반자성력(602)이 강한, 단층 그래핀(201)이 중앙에 모이고, 반경 방향의 중간부에, 복수층 그래핀(202)의 주변에, 그래파이트 입자(203)가 분포(분산)된다. As a result, if the centrifugal force 601 is appropriately adjusted according to the force (number of rotations) to rotate the stirring rod 404, the single-layered graphene 201 having a strong diamagnetic force 602 is collected in the center, and In the middle part, around the multi-layered graphene 202, graphite particles 203 are distributed (dispersed).

한편, 교반 봉(404)에 의한 회전에 의한 원심력에 의해, 전체가 교반되어, 복수층 그래핀(202) 및 그래파이트 입자(203)는 외주에 모이고, 단층 그래핀(201)은 중심으로 끌어당겨진다. On the other hand, by the centrifugal force caused by rotation by the stirring rod 404, the whole is agitated, the multilayer graphene 202 and the graphite particles 203 are collected on the outer periphery, and the single layer graphene 201 is attracted to the center. Lose.

그 결과, 중앙에 단층 그래핀(201)이 모인다. 노즐(405)로부터는 반자성이 강한 단층 그래핀(201)이 도포된다. 이에 따라, 그래핀(201)을 분리할 수 있다. 노즐(405)의 크기를, 단층 그래핀(201)이 모이는 범위 이내에 설치하면 된다. As a result, single-layered graphene 201 is collected in the center. From the nozzle 405, a single-layer graphene 201 having strong diamagnetic is applied. Accordingly, the graphene 201 can be separated. The size of the nozzle 405 may be installed within a range where the single-layer graphene 201 gathers.

한편, 원심력(회전수)을 제어하면, 단층 그래핀(201)뿐만 아니라, 복수층 그래핀(202)도 중심에 모이고, 그래파이트 입자(203)로부터 분리되어, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202)이 혼합된 것을 도포할 수도 있다. 이에 따라, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202)을 분리할 수 있다. On the other hand, when the centrifugal force (number of rotations) is controlled, not only the single layer graphene 201 but also the multilayer graphene 202 is collected in the center and separated from the graphite particles 203, the single layer graphene 201, the multilayer A mixture of graphene 202 may be applied. Accordingly, the single-layer graphene 201 and the multi-layer graphene 202 can be separated.

단, 원심력은 필수 요소는 아니다. 자장에 따라, 그래핀, 그래파이트를 분포시키므로, 자장만으로 상기 방법은 실현된다. 원심력을 걸어, 그래핀, 그래파이트가 보다 균질하게 분포되기 쉬워진다. 그 결과, 순도 좋게, 단층 그래핀(201)만을 도포, 형성하기 쉽다. 원심력을 이용하지 않는 경우, 본 발명의 그래핀 분리 장치는, 교반 봉을 구비하지 않아도 된다. However, centrifugal force is not an essential factor. Since graphene and graphite are distributed according to the magnetic field, the above method is realized only by the magnetic field. By applying a centrifugal force, graphene and graphite are more likely to be distributed more homogeneously. As a result, it is easy to apply and form only the single-layer graphene 201 with good purity. When centrifugal force is not used, the graphene separation apparatus of the present invention does not have to be provided with a stirring rod.

또한, 교반 봉(404)에 의해 교반시켜, 원심력을 도포 전에 걸고, 도포 중은 원심력을 걸지 않는다는 (교반하지 않는다는) 방법이어도 된다. Further, the method may be a method of stirring with a stirring rod 404, applying a centrifugal force before application, and not applying a centrifugal force during application (not stirring).

또한, 그래핀, 그래파이트로서, 그래핀만인 경우도 상기 방법은 실현된다. 그래핀보다 반자성이 약한 다른 입자가 포함되어 있어도, 상기 방법은 실현된다. In addition, as graphene, graphite, and graphene alone, the method is realized. Even if other particles with weaker diamagnetic properties than graphene are included, the method is realized.

(실시예 1)(Example 1)

도 5는, 본 발명의 그래핀층 형성 장치를 이용하여, 상기 분산체를 교반하면서 기판에 분산체를 도포하고 있는 모식도를 나타낸다. 본 발명의 그래핀층 형성 장치는, 그래핀 분리 장치와, 기판(501)을 유지하는 유지부와, 노즐(405)과 기판(501)을 상대적으로 이동시키는 이동부를 구비한다. 5 shows a schematic diagram of applying a dispersion to a substrate while stirring the dispersion using the graphene layer forming apparatus of the present invention. The graphene layer forming apparatus of the present invention includes a graphene separation device, a holding unit for holding the substrate 501, and a moving unit for relatively moving the nozzle 405 and the substrate 501.

교반 봉(404)의 회전수를 100rpm으로 하고, 5분 교반 후, 분산체와 노즐(405)로부터 기판(501) 상에 도출시키면서, 시린지(401)를 1ml/sec, 5mm/sec의 속도로 이동시켰다. 그 후, 에탄올을 건조시켜, 그래핀을 도포한 기판(501)을 얻었다. The rotation speed of the stirring rod 404 is set to 100 rpm, and after stirring for 5 minutes, the syringe 401 is drawn at a speed of 1 ml/sec and 5 mm/sec while being drawn out from the dispersion and the nozzle 405 on the substrate 501. Moved. Thereafter, ethanol was dried to obtain a substrate 501 coated with graphene.

토출 방법은, 가압 방식으로 가압하여, 용매를 도포했다. 단, 노즐(405)의 개구가 큰 경우에는, 자연스럽게 용매가 토출되어 버리므로, 노즐(405)에 셔터를 설치하여, 온 오프 제어한다. 또는, 비도포시는, 부압으로 해 두고, 도포시에 가압해도 된다. The discharge method was pressurized by a pressurizing method to apply a solvent. However, when the opening of the nozzle 405 is large, since the solvent is naturally discharged, a shutter is provided in the nozzle 405 to control on and off. Alternatively, at the time of non-application, it may be set to negative pressure and pressurized at the time of application.

도 6은 분산체를 도포하여, 에탄올을 건조시킨 후의 기판의 SPM 화상을 나타낸다. 도 6의 콘트라스트가 어두운 개소가 실리콘 웨이퍼 표면, 콘트라스트가 밝은 개소가 그래핀 및 그래파이트를 나타낸다. 6 shows the SPM image of the substrate after coating the dispersion and drying ethanol. In FIG. 6, a dark area indicates the surface of the silicon wafer, and a bright area indicates graphene and graphite.

표 1에, 도 6에 도시하는 라인의 개소에서, 고저차의 분석을 행한 결과를 나타낸다. Table 1 shows the results of analyzing the difference in height at the locations of the lines shown in FIG. 6.

<표 1><Table 1>

Figure 112014053601341-pat00002
Figure 112014053601341-pat00002

얻어진 그래핀의 두께를 SPM으로 분석한 결과, a개소의 고저차는 0.3nm이며, 단층 그래핀인 것을 알 수 있다. 또한, b개소는 고저차가 1.7nm로 5층의 복수층 그래핀, c개소는 고저차가 3.3nm로 9층의 복수층 그래핀인 것을 알 수 있다. 결과적으로, 자장 중에서, 원심력을 걸어, 무거운 그래파이트 입자(203)는 시린지(401)의 외주부에 모였다. 무게가 가볍고 두께가 얇은 단층 그래핀(201) 및 복수층 그래핀(202)을, 그래파이트 입자(203)로부터 분리하는 것이 가능해졌다. As a result of analyzing the thickness of the obtained graphene by SPM, it can be seen that the difference in height at a point is 0.3 nm, and that it is a single layer graphene. In addition, it can be seen that the location b is a multilayer graphene having a height difference of 1.7 nm and 5 layers of graphene, and the location c is a multilayer graphene having a height difference of 3.3 nm and 9 layers. As a result, centrifugal force was applied in the magnetic field, and the heavy graphite particles 203 were collected on the outer periphery of the syringe 401. It became possible to separate the single-layered graphene 201 and the multi-layered graphene 202, which are light in weight and thin in thickness, from the graphite particles 203.

또한, 단층 그래핀(201)을 분리하여, 별도의 장치로 기판에 도포해도 된다. In addition, the single-layer graphene 201 may be separated and applied to the substrate with a separate device.

(실시예 2)(Example 2)

도 7은, 도 5의 노즐(406)의 형상을 변화시켜, 분산체를 교반하면서 기판에 분산체를 도포하고 있는 모식도를 나타낸다. Fig. 7 shows a schematic diagram in which the shape of the nozzle 406 in Fig. 5 is changed and a dispersion is applied to a substrate while stirring the dispersion.

시린지(401)로부터 노즐(406)의 구멍에 연결되는 부분에 있어서, 역방향의 테이퍼를 부착한 돌기를 설치하고 있다. 돌기는, 상방으로 돌출하고, 돌기로부터 상기 용기의 주변 하방을 향하는 테이퍼가 설치되어 있다. 테이퍼 부분은, 노즐(406)로부터, 외주부를 향하는 방향으로 45도의 각도가 있는 높이 10mm의 형상으로 했다. 돌기가 있으면 바람직하고, 테이퍼 형상이 보다 바람직하다. In the portion connected from the syringe 401 to the hole of the nozzle 406, a protrusion with a taper in the reverse direction is provided. The protrusion protrudes upward, and a taper is provided from the protrusion toward the periphery downward of the container. The tapered portion was formed into a shape having a height of 10 mm with an angle of 45 degrees in the direction from the nozzle 406 toward the outer peripheral portion. If there is a projection, it is preferable, and a tapered shape is more preferable.

이 노즐(406)을 부착한 시린지(401)에, 단층 그래핀(201), 복수층 그래핀(202), 및 그래파이트 입자(203)의 분산체(303)를 에탄올(302)에 혼합하여, 100W, 28kHz의 조건에서 5분간의 초음파 분산을 행하고, 응집한 그래핀을 분산시킨 분산체(303)를 넣었다. In the syringe 401 to which the nozzle 406 is attached, a single layer graphene 201, a multilayer graphene 202, and a dispersion 303 of the graphite particles 203 are mixed with ethanol 302, Ultrasonic dispersion for 5 minutes was performed under conditions of 100 W and 28 kHz, and a dispersion 303 in which the aggregated graphene was dispersed was placed.

이 형상의 노즐(406)을 이용하여, 교반 봉(404)의 회전수를 100rpm으로 하고, 5분 교반 후, 1ml/sec로 액을 토출하면서, 시린지(401)를 5mm/sec의 속도로 이동시켰다. 그 후, 에탄올(302)을 건조시켜, 단층 그래핀(201)을 도포한 기판(501)을 얻었다. Using the nozzle 406 of this shape, the rotational speed of the stirring rod 404 is set to 100 rpm, and after stirring for 5 minutes, the syringe 401 is moved at a speed of 5 mm/sec while discharging the liquid at 1 ml/sec. Made it. Then, ethanol 302 was dried to obtain a substrate 501 coated with a single layer graphene 201.

도 8은 분산체(303)를 도포 후에 에탄올을 건조시킨 기판의 SPM 화상을 나타낸다. 이 조건에서는 수미크론의 그래핀이 점재하고 있는 것을 확인할 수 있다. Fig. 8 shows an SPM image of a substrate on which ethanol is dried after applying the dispersion 303. Under this condition, it can be confirmed that several microns of graphene are scattered.

표 2에, 도 8에 나타내는 라인의 분석 개소 d, e, f에서의 높이의 분석을 행한 결과를 나타낸다. Table 2 shows the results of the analysis of the height at the analysis points d, e, and f of the line shown in FIG. 8.

<표 2><Table 2>

Figure 112014053601341-pat00003
Figure 112014053601341-pat00003

얻어진 그래핀의 두께를 SPM으로 분석한 결과, 분석 개소 e의 고저차는 0.3nm, 분석 개소 f는 고저차가 0.3nm, 분석 개소 g는, 고저차가 0.4nm이므로, 단층 그래핀이 기판에 도포되어 있는 것을 알 수 있다. As a result of analyzing the obtained graphene thickness by SPM, the height difference of the analysis site e was 0.3 nm, the analysis site f had a height difference of 0.3 nm, and the analysis site g had a height difference of 0.4 nm, so a single layer graphene was applied to the substrate. Can be seen.

이 결과에서, 실시예 1에서 도포한 분산체(303)에는 단층 그래핀(201)과 복수층 그래핀(202)이 혼재하고 있는 상태였지만, 단층 그래핀(201)만을 다시 분리할 수 있었다. As a result, although the single-layered graphene 201 and the multi-layered graphene 202 were mixed in the dispersion 303 applied in Example 1, only the single-layered graphene 201 could be separated again.

노즐(406)에 있어서, 분산체(303)와 접하는 개소의 형상을 외주부를 향하는 측으로 45도의 각도를 가진 높이 10mm의 형상으로 함으로써, 단층 그래핀(201)만을 분리하여 도포하는 것이 가능해졌다. 테이퍼를 설치함으로써, 잘못하여 감겨넣어진 단층 그래핀(201) 이외의 것은 없어진다. In the nozzle 406, by making the shape of the location in contact with the dispersion 303 into a shape having a height of 10 mm having an angle of 45 degrees toward the outer peripheral portion, it has become possible to separate and apply only the single layer graphene 201. By providing a taper, anything other than the single-layered graphene 201 wound up by mistake disappears.

<시린지 중심과 노즐 중심에 대하여> <About the center of the syringe and the center of the nozzle>

시린지(401) 중의 분산체(303) 중의 각 입자의 분포를 다음에 나타낸다. 도 7의 구성에서, 시린지(401)에 대하여, 노즐(406)의 위치를 바꾸어, 분산체(303)를 도포하고, 도포 결과로부터, 각 입자를 조사한다. The distribution of each particle in the dispersion 303 in the syringe 401 is shown next. In the configuration of Fig. 7, the position of the nozzle 406 is changed to the syringe 401, the dispersion 303 is applied, and each particle is irradiated from the application result.

도 9는, 도 7의 구성에서, 시린지(401)의 중심으로부터 노즐(406)의 중심까지의 거리와, 도포로 얻어진 그래핀의 두께를 나타낸다. 도 9에서, 시린지(401)의 중심과 노즐(406)의 중심이 일치할 경우는, 가로축에서 0mm가 된다. 노즐의 위치를 바꾸고, 도포물을 분석한 결과를 도 9에 나타낸다. 9 shows the distance from the center of the syringe 401 to the center of the nozzle 406 and the thickness of graphene obtained by application in the configuration of FIG. 7. In Fig. 9, when the center of the syringe 401 and the center of the nozzle 406 coincide, the horizontal axis becomes 0 mm. Fig. 9 shows the results of analyzing the coating material by changing the position of the nozzle.

세로축은, 노즐(406)의 위치에서의 도포 후의 그래핀의 막 두께이다. 각각 100 개소 측정하여, 가장 많은 비율을 나타내는 두께를 플롯의 세로축으로 한 것이다. The vertical axis is the film thickness of graphene after application at the position of the nozzle 406. It measured 100 points each, and made the thickness which shows the largest ratio as the vertical axis of a plot.

시린지 중심에서 노즐 중심을 어긋나게 함으로써, 교반에 의한 원심력과 자장의 반자성 밸런스가 바뀐다. 시린지 중심과 노즐 중심을 맞춘 경우는, 0.3nm의 단층 그래핀이 100개소 측정하여, 82개소에서 단층 그래핀이 얻어지는데 반해, 1mm 어긋나게 하면 0.7nm의 복수층 그래핀이 100개소 측정하여, 77개소, 3mm 어긋나게 하면 1.6nm의 복수층 그래핀이 100개소 측정하여, 72개소, 5mm 어긋나게 하면 2.4nm의 복수층 그래핀이 100개소 측정하여, 68개소의 비율로 얻는 것이 가능해진다. By shifting the center of the nozzle from the center of the syringe, the centrifugal force due to stirring and the diamagnetic balance of the magnetic field are changed. When the center of the syringe and the center of the nozzle are aligned, 100 places of 0.3nm single-layer graphene are measured, and 82 places of single-layer graphene are obtained, whereas when shifted by 1mm, 100 places of 0.7nm multilayer graphene are measured. When the location is shifted by 3 mm, 100 locations of 1.6 nm multi-layered graphene are measured, 72 locations, and when shifted by 5 mm, 100 locations of 2.4 nm multi-layered graphene are measured, and it becomes possible to obtain at a ratio of 68 locations.

이 결과에서, 자장 중에서의 그래핀의 층수의 차이에 의한 원심력과 반자성의 변화에 따라, 그래핀의 층수마다 분리하여, 기판에 도포하는 것이 가능하다. 또한, 각각의 층수에 따른 그래파이트가 위치하는 장소에 노즐(405)을 설치함으로써, 취출할 수 있다. 또한, 취출한 액을 도포하여, 층을 형성할 수도 있다. From this result, it is possible to separate each number of graphene layers and apply them to a substrate according to changes in centrifugal force and diamagnetic properties due to the difference in the number of layers of graphene in the magnetic field. In addition, by installing the nozzle 405 in the location where the graphite according to the number of layers is located, it can be taken out. Further, a layer may be formed by applying the taken out liquid.

자속 밀도와 교반 속도의 관계에 대해서는, 자속 밀도가 약해지면, 지수 함수적으로 그래핀에 걸리는 자속 밀도가 감소한다. 이 때문에, 그래핀이 발생하는 반자력도 작아져, 분리되기 때문에 교반 속도를 약하게 하여, 교반 시간을 길게 할 필요가 있다. Regarding the relationship between the magnetic flux density and the stirring speed, when the magnetic flux density becomes weak, the magnetic flux density applied to graphene decreases exponentially. For this reason, since the antimagnetic force generated by graphene is also small and separated, it is necessary to decrease the stirring speed and lengthen the stirring time.

<변형예> <modification example>

또한, 상기 예에서는, 교반 봉(404)에 의한 원심력을 사용했는데, 원심력은 필수는 아니다. 자기력만으로, 각 입자를 분포시킬 수도 있고, 도포도 가능하다. Further, in the above example, the centrifugal force by the stirring rod 404 was used, but the centrifugal force is not essential. Each particle can be distributed only by magnetic force, and coating is also possible.

원심력이 있으므로, 보다 정밀도 좋게 입자를 분리할 수 있다. 또한, 도포전에 교반 봉(404)에 의해 용매를 교반하여 입자를 용매 중에 분산시키고, 용매 도포시에는, 교반 봉(404)을 정지시켜 도포할 수도 있다. Since there is a centrifugal force, particles can be separated more precisely. Further, prior to application, the solvent is stirred with the stirring rod 404 to disperse the particles in the solvent, and at the time of applying the solvent, the stirring rod 404 may be stopped and applied.

용매 도포 전에 교반하고, 도포 중은 교반을 중지시켜 두어도 된다. You may stir before application of the solvent, and stop stirring during application.

<전체로서><As a whole>

또한, 단층 그래핀(201), 복수 층 그래핀(202), 그래파이트 입자(203)에서의 분리, 도포에 관하여 설명했는데, 그래핀과 그래파이트의 분리의 경우에도 동일하게 실시할 수 있다. 단층 그래핀(201)과 복수 층 그래핀(202)을 그래핀으로 하여, 그래파이트로부터 분리할 수도 있다. In addition, the single-layer graphene 201, the multiple-layer graphene 202, and the graphite particles 203 have been described with respect to separation and application, but the same can be carried out in the case of separation of graphene and graphite. The single-layered graphene 201 and the multi-layered graphene 202 may be used as graphene and may be separated from graphite.

또한, 그래핀과 다른 재료가 포함되어 있으므로, 그래핀을 분리할 수 있다. 또한, 그 분리된 그래핀에서 그래핀층을 형성할 수도 있다. 그래핀은, 물질 중에서도 반자성력이 크고, 분리할 수 있다. 또한, 그래핀과 용매만인 경우에도, 상기 방법으로, 그래핀을 많이 포함하는 용매를 도포함으로써, 그래핀층을 형성할 수도 있다. In addition, since it contains a material different from graphene, graphene can be separated. In addition, a graphene layer may be formed from the separated graphene. Graphene, among substances, has a large diamagnetic force and can be separated. In addition, even in the case of only graphene and a solvent, a graphene layer may be formed by applying a solvent containing a large amount of graphene by the above method.

본 발명의 그래핀층 형성 방법은, 단층 그래핀 및, 복수층 그래핀을 분급하여, 원하는 층수의 그래핀을 간단히 기판에 형성할 수 있는 특징을 가지고, 일렉트로닉스 디바이스나 나노테크놀로지 재료로서 등의 반도체 디바이스나 투명 전극의 용도에도 적용할 수 있다. The method of forming a graphene layer of the present invention has a characteristic that single-layer graphene and multi-layer graphene can be classified, and graphene having a desired number of layers can be easily formed on a substrate, and semiconductor devices such as electronic devices and nanotechnology materials It can also be applied to the use of transparent electrodes.

101: 원료 공급 탱크 102: 커터 밀
103: 제트 밀 104: 분쇄 존
105: 에어 호스 106: 분급기
107: 회수 탱크 108: 배기 덕트
109: 필터 200: 실리콘 웨이퍼
201: 단층 그래핀 202: 복수층 그래핀
203: 그래파이트 입자 301: 수조
302: 에탄올(용매) 303: 분산체
401: 시린지(용기) 402: N극 자석
403: S극 자석 404: 교반 봉(교반부)
405: 노즐(토출구) 406: 노즐(토출구)
501: 기판 601: 원심력
602: 반자성력 1201: 기판
1202: 촉매층 1203: 그래핀층
1204: 보호층 1205: 접착층
1301: 전사 기판 1302: 접촉 용액
H: 반자성력 a∼g: 분석 개소
r: 반경
101: raw material supply tank 102: cutter mill
103: jet mill 104: grinding zone
105: air hose 106: classifier
107: recovery tank 108: exhaust duct
109: filter 200: silicon wafer
201: single layer graphene 202: multilayer graphene
203: graphite particles 301: water tank
302: ethanol (solvent) 303: dispersion
401: syringe (container) 402: N-pole magnet
403: S pole magnet 404: stirring rod (stirring portion)
405: nozzle (discharge port) 406: nozzle (discharge port)
501: substrate 601: centrifugal force
602: diamagnetic force 1201: substrate
1202: catalyst layer 1203: graphene layer
1204: protective layer 1205: adhesive layer
1301: transfer substrate 1302: contact solution
H: diamagnetic force a to g: analysis site
r: radius

Claims (14)

층수가 11층 이상의 그래파이트 입자와 층수가 10층 이하의 그래핀과 용매를 포함하는 용기에 자장을 걸고, 상기 자장에 의해, 상기 용매 중에서, 상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀을 상이한 위치에 분리시키는 분리 공정과,
상기 용기에 형성된 토출구로부터, 상기 용매와 상기 그래핀을 취출하는 취출 공정을 포함하는 그래핀 분리 방법.
Separation in which a magnetic field is applied to a container containing graphene particles having 11 or more layers and graphene and a solvent having 10 or less layers, and separates the graphite particles and the graphene at different positions in the solvent by the magnetic field Process,
Graphene separation method comprising a takeout step of taking out the solvent and the graphene from the discharge port formed in the container.
청구항 1에 있어서,
자계원을 상기 용기의 주위에 배치하고, 상기 용기의 하부 중앙에 상기 토출구를 형성한, 그래핀 분리 방법.
The method according to claim 1,
A magnetic field source is disposed around the container, and the discharge port is formed in the lower center of the container.
청구항 1에 있어서,
상기 토출구의 상기 용기 내부측의 주위에는, 상방으로 돌출한 돌기가 배치된, 그래핀 분리 방법.
The method according to claim 1,
A graphene separation method in which a protrusion protruding upward is disposed around the inside of the container of the discharge port.
청구항 1에 있어서,
상기 용매를 교반시키는 교반 공정을 더 포함하는 그래핀 분리 방법.
The method according to claim 1,
Graphene separation method further comprising a stirring process for stirring the solvent.
청구항 4에 있어서,
상기 분리 공정에서, 상기 용매를 교반시키고, 상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀에 작용하는, 상기 교반에 의한 원심력과 상기 자장에 의한 반자성력의 작용에 의해, 상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀을 분리하는, 그래핀 분리 방법.
The method of claim 4,
In the separation process, by stirring the solvent and acting on the graphite particles and the graphene, separating the graphite particles from the graphene by the action of a centrifugal force by the stirring and a diamagnetic force by the magnetic field, How to separate graphene.
청구항 1에 있어서,
상기 취출 공정에서, 상기 용매를 교반시키면서, 상기 그래핀과 상기 용매를 취출하는, 그래핀 분리 방법.
The method according to claim 1,
In the extraction process, while stirring the solvent, the graphene and the solvent are taken out.
청구항 1에 있어서,
상기 그래파이트 입자와 상기 그래핀은, 천연 흑연, 화학 기상 증착법으로 제작된 그래파이트, 유기 필름을 고온에서 열 처리함으로써 제작된 그래파이트 중 어느 하나 이상이 분쇄된 그래파이트 분말인, 그래핀 분리 방법.
The method according to claim 1,
The graphite particles and the graphene are graphene powder in which at least one of natural graphite, graphite produced by chemical vapor deposition, and graphite produced by thermally treating an organic film at a high temperature is pulverized graphene powder.
청구항 7에 있어서,
상기 분쇄된 그래파이트 분말을 기류 중에서, 분별증류하여, 상기 그래핀과 상기 그래파이트 입자를 얻는, 그래핀 분리 방법.
The method of claim 7,
The pulverized graphite powder is fractionally distilled in an air stream to obtain the graphene and the graphite particles.
삭제delete 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 상기 취출 공정에서 취출된 상기 그래핀을 기판에 도포하는 도포 공정을 가지는, 그래핀층 형성 방법. A method of forming a graphene layer, having a coating process of applying the graphene taken out in the extraction process according to any one of claims 1 to 8 to a substrate. 층수가 10층 이하의 그래핀과 층수가 11층 이상의 그래파이트 입자와 용매를 넣기 위한 용기와,
상기 용기의 주위에 위치하는 자계원을 가지고,
상기 용기는, 상기 용기의 하부에 배치된 토출구를 가지는, 그래핀 분리 장치.
A container for placing graphene with 10 or less layers and graphite particles with 11 or more layers and a solvent;
Having a magnetic field source located around the container,
The container, a graphene separation device having a discharge port disposed under the container.
청구항 11에 있어서,
상기 용기 내부에, 상기 그래핀과 상기 그래파이트 입자와 상기 용매를 확산시키는 교반부를 더 가지는, 그래핀 분리 장치.
The method of claim 11,
In the container, the graphene separation device further has a stirring portion for diffusing the graphene and the graphite particles and the solvent.
청구항 11에 있어서,
상기 토출구의 상기 용기 내부측의 주위에, 상방으로 돌출한 돌기가 설치되어 있는, 그래핀 분리 장치.
The method of claim 11,
A graphene separating device in which a protrusion protruding upward is installed around the inside of the container of the discharge port.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 그래핀 분리 장치와,
기판을 유지하는 유지부와,
상기 그래핀 분리 장치의 용기와, 상기 유지부를 상대적으로 이동시키는 이동부를 가지는, 그래핀층 형성 장치.
The graphene separation device according to any one of claims 11 to 13, and
A holding part for holding the substrate,
The graphene layer forming apparatus having a container of the graphene separation device and a moving part for relatively moving the holding part.
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