KR102173057B1 - 그래핀 제조장치 및 이를 이용한 그래핀 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도체에 전류를 흘려 열을 발생시키는 줄 히팅(Joule heating)을 이용한 그래핀 제조장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 그래핀 합성을 위한 공간이 마련되는 챔버; 및 상기 챔버 내부에서 서로 이격되게 배치되어, 상기 챔버 내부를 관통하는 촉매금속을 지지하고 그래핀 합성을 위해 전류를 공급받아 상기 촉매금속을 줄 히팅하는 제1 롤러부 및 제2 롤러부;를 포함하며, 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이를 통과하는 상기 촉매금속의 온도편차를 보상하기 위하여, 상기 제1 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제1 영역과 상기 제2 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치되는 특징을 개시한다.

Description

그래핀 제조장치 및 이를 이용한 그래핀 제조방법{APPARATUS FOR GROWING GRAPHENE AND METHOD OF GROWING GRAPHENE USING THEREOF}
본 발명은 그래핀 제조장치 및 이를 이용한 그래핀 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 도체에 전류를 흘려 열을 발생시키는 줄 히팅(Joule heating)을 이용한 그래핀 제조장치 및 이를 이용한 그래핀 제조방법에 관한 것이다.
탄소 원자들로 구성된 물질로는 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(CarbonNanotube), 그래핀(Graphene), 흑연(Graphite) 등이 존재한다. 이 중에서 그래핀은 탄소 원자들이 2 차원 평면상으로 원자 한 층으로 이루어지는 구조이다.
특히 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다.
이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다.
또한 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고, 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.
그러나 종래의 줄 히팅을 이용한 그래핀 제조장치 및 제조방법은 촉매금속의 공급과 회수를 위한 일련의 장비가 진공챔버 내부에 포함되어 있기 때문에, 그래핀 합성 전후 공정과의 연계공정이 효율적이지 못하였고, 진공 챔버가 불필요하게 비대해지는 문제가 있었다.
또한 종래의 줄 히팅을 이용한 그래핀 제조장치 및 제조방법은 양쪽 전극에 전류가 공급되어 촉매금속이 가열되면, 양쪽 전극을 통과하면서 저항에 의해 열이 방출되기 때문에, 전극에서 가장 먼 위치인 촉매금속의 중간영역 보다, 전극에 가까운 양쪽 단부로 갈수록 온도가 급격히 낮아지는 온도편차가 발생되며, 결국 균일한 형태의 그래핀을 합성하기 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1581362호(2015.12.30. 공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 줄 히팅하는 제1 롤러부 및 제2 롤러부 사이를 통과하는 촉매금속의 적어도 일부영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치하여, 제1 롤러부 및 제2 롤러부 사이에서 발생되는 촉매금속의 온도편차를 보상하여 전체 면적에 대하여 균일한 온도가 유지되도록 하는 그래핀 제조장치 및 이를 이용한 그래핀 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 그래핀 제조장치는 그래핀 합성을 위한 공간이 마련되는 챔버; 및 상기 챔버 내부에서 서로 이격되게 배치되어, 상기 챔버 내부를 관통하는 촉매금속을 지지하고 그래핀 합성을 위해 전류를 공급받아 상기 촉매금속을 줄 히팅하는 제1 롤러부 및 제2 롤러부;를 포함하며, 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이를 통과하는 상기 촉매금속의 온도편차를 보상하기 위하여, 상기 제1 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제1 영역과 상기 제2 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 촉매금속은 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지는 것일 수 있다.
또한 상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부의 하측에 배치되어, 상기 제1 롤러부 및 제2 롤러부로부터 상기 촉매금속의 하측으로 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치하는지 여부를 감지하는 변위센서; 및 상기 변위센서로부터 감지된 상기 촉매금속의 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치되도록 상기 제1 롤러부 또는 상기 제2 롤러부의 회전속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 챔버는, 상기 촉매금속을 내부로 유입하는 도입부; 및 그래핀이 합성된 상기 촉매금속을 외부로 배출하는 퇴출부;를 포함하며, 상기 도입부 및 상기 퇴출부에 배치되며, 상기 촉매금속의 이동을 안내하는 동시에 외부 공기의 유입이 차단되도록, 관통하여 이동되는 상기 촉매금속의 표면에 탄성적으로 접촉하는 가이드홀이 구비된 실링가이드;를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 실링가이드는 상기 촉매금속의 이동방향으로 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 실링가이드를 포함하며, 상기 한 쌍의 실링가이드 사이 공간을 진공분위기로 조성하는 보조진공펌프를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 실링가이드는, 상기 촉매금속이 관통되는 제1 관통홀이 형성된 가이드몸체; 상기 촉매금속이 관통되는 제2 관통홀이 형성된 가이드커버; 상기 가이드몸체와 상기 가이드커버 사이에 개재되며, 상기 가이드홀이 형성된 실링부재; 및 상기 실링부재를 사이에 두고 상기 가이드몸체와 상기 가이드커버를 체결하는 체결부재;를 포함한 것일 수 있다.
또한 상기 퇴출부를 관통하는 그래핀이 합성된 촉매금속의 그래핀 손실을 최소화하기 위하여, 상기 퇴출부에 배치되는 상기 가이드홀의 크기는 상기 도입부에 배치되는 상기 가이드홀의 크기보다 더 크게 형성될 수 있다.
또한 상기 챔버 내부에 배치되어, 상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부를 통과한 촉매금속의 그래핀 층 상에 보호층을 형성하기 위한 보호필름 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부를 서로 근접시키거나 이격시키며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이 간격을 조정하는 롤러이동부재를 더 포함할 수도 있다.
한편 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은, 상기 챔버 내에 상기 촉매금속을 공급하는 공급단계; 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이를 통과하는 상기 촉매금속의 온도편차를 보상하기 위하여, 상기 제1 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제1 영역과 상기 제2 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 상기 챔버 내에 상기 촉매금속을 배치하는 배치단계; 상기 촉매금속 상에 그래핀을 합성하는 합성단계; 및 상기 챔버로부터 상기 그래핀이 합성된 촉매금속을 회수하는 회수단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 배치단계에서는, 상기 촉매금속이 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가질 수 있다.
또한 상기 배치단계 이후에는, 상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부로부터 상기 촉매금속의 하측으로 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치하는지를 감지하는 감지단계; 및 상기 촉매금속의 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치되도록 상기 제1 롤러부 또는 상기 제2 롤러부의 회전속도를 제어하는 조정단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 합성단계 이후에는, 상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부를 통과한 촉매금속의 그래핀 층 상에 보호층을 형성하는 보호필름 형성단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치 및 그래핀 제조방법은 제1 롤러부 및 제2 롤러부 사이를 통과하는 촉매금속에 대하여 전극에서 가장 먼 중간영역을 중심으로 전극에 가까운 제1 영역과 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가짐에 따라, 제1 영역과 제2 영역 상호 간에 방사열을 서로 주고받음으로써, 제1 롤러부와 제2 롤러부를 사이를 통과하는 촉매금속의 전체 면적에 대하여 균일한 온도 프로파일을 형성할 수 있다. 결국 이로써 균일한 그래핀을 획득할 수 있다.
또한 본 발명은 촉매금속의 마주하는 제1 영역과 제2 영역 상호 간의 열적 보상뿐만 아니라 내부 공간에서의 온실작용을 도모할 수 있어, 제한된 전력 하에서도 촉매금속 전체적으로 높은 온도 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 본 발명은 제1 롤러부와 제2 롤러부의 사이를 통과하는 촉매금속의 긴 길이(면적)에 대하여 균일한 온도 프로파일을 유지할 수 있기 때문에, 종래와 비교하여 고품질의 그래핀의 수율을 크게 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명은 변위센서에 의해 감지된 값을 기반으로 제1 롤러부 및 제2 롤러부를 제어함으로써, 촉매금속의 마주하는 제1 영역과 제2 영역의 길이를 정확히 설정 및 조정할 수 있고, 이로 인하여 합성 과정 중에도 촉매금속의 온도 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 본 발명은 챔버 외부 즉, 대기압 상태에 공급부/회수부를 배치함으로써, 챔버의 공간절약과 이에 따른 축소설계가 가능하며, 그래핀 제조를 위한 준비 및 전후 공정에서의 관리가 수월한 이점이 있다.
또한 그래핀이 합성되는 챔버 내부와 그래핀이 합성된 촉매금속을 회수하는 회수부를 분리 배치함으로써, 회수부측의 합성된 그래핀이 오염되는 것을 방지할 수 있는 이점도 있다.
또한 본 발명은 챔버 내, 외측으로 이동하는 촉매금속을 안내하는 실링가이드를 포함함으로써, 촉매금속 및 그래핀이 합성된 촉매금속의 손상이나 손실 없이 안정적인 이동을 확보할 수 있고, 이와 동시에 외부 공기의 유입을 차단하여 진공 챔버 내부의 진공분위기를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치의 실링가이드를 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 종래 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 통과하는 촉매금속의 위치별 온도 프로파일과, 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 통과하는 촉매금속의 위치별 온도 프로파일을 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 롤러부와 제2 롤러부의 제어에 따른 촉매금속의 이동경로를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 롤러이동부재의 제어에 따른 촉매금속의 이동경로 변화 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제조장치는 챔버(100), 공급부(200), 회수부(300), 제1 롤러부(400), 제2 롤러부(500), 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(100)는 그래핀(G)을 형성하기 위한 내부공간이 마련된다.
또한 챔버(100)에는 그래핀(G) 합성을 위한 가스가 유입되는 가스유입구(101)와 가스가 배출되는 가스배출구(102)가 구비될 수 있다.
상기 챔버(100)의 가스유입구(101)를 통해서는 탄소를 함유한 가스인 반응가스(원료 가스)가 공급될 수 있다. 반응가스는 예를 들어 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로 헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한 상기 챔버(100)의 가스유입구(101)를 통해서는 반응가스 이외에도 반응가스를 촉매금속(M) 상으로 운반하기 위한 캐리어가스와 촉매금속(M) 표면의 불순물을 제거하기 위한 환원가스도 함께 공급될 수 있다. 상기 캐리어가스는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성가스가 사용될 수 있고, 상기 환원가스는 수소 등의 비 반응가스가 사용될 수 있다. 즉, 환원가스로 사용된 수소가스는 환원분위기를 유도하여, 촉매금속(M)와의 환원을 통해 촉매금속(M)에 있는 불순물을 조절함으로써 불순물을 제거할 수 있다.
한편 상기 챔버(100)의 가스배출구(102)를 통해서는 그래핀(G)의 합성 시 필요한 반응가스와, 캐리어가스 및 환원가스가 챔버(100) 내부에 채워지거나 배기될 수 있다.
또한 상기 챔버(100)의 가스배출구(102)에는 메인진공펌프(150)가 구비될 수 있다. 메인진공펌프(150)를 통해 챔버(100) 내부는 진공분위기로 조성될 수 있다.
또한 상기 챔버(100)에는 촉매금속(M)을 내부로 유입하는 도입부(110)와, 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 외부로 배출하는 퇴출부(120)가 구비될 수 있다.
한편 공급부(200)는 그래핀(G) 합성을 위한 촉매금속(M)을 공급하는 것으로, 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다. 다시 말해 공급부(200)는 진공분위기의 챔버(100) 내부가 아닌 대기압 상태인 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다.
일예로 공급부(200)는 공급롤러(201)를 포함할 수 있고, 상기 공급롤러(201)를 회전시킴에 따라 공급롤러(201) 상에 감겨진 촉매금속(M)가 풀리면서 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다.
이때 상기 공급롤러(201)은 줄 히팅되는 촉매금속(M)과 직접적으로 접촉될 수 있기 때문에, 촉매금속(M)과 접촉되는 부분에 대하여 절연 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이처럼 챔버(100)의 내부가 아닌 외부에 공급부(200)를 배치함으로써, 공급부(200)가 배제됨에 따른 챔버(100)의 공간절약과 이에 따른 축소설계가 가능하다는 이점이 있다.
한편 회수부(300)는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 회수하는 것으로, 공급부(200)와 마찬가지 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다. 다시 말해 회수부(300)는 진공분위기의 챔버(100) 내부가 아닌 대기압 상태인 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다.
일예로 회수부(300)는 회수롤러(301)를 포함할 수 있고, 상기 회수롤러(301)를 회전시킴에 따라 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 회수롤러(301)에 감는 방식으로 회수할 수 있다.
이때 상기 회수롤러(301) 역시 줄 히팅되는 촉매금속(M)과 직접적으로 접촉될 수 있기 때문에, 촉매금속(M)과 접촉되는 부분에 대하여 절연 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이처럼 챔버(100)의 내부가 아닌 외부에 회수부(300)를 배치함으로써, 회수부(300)가 배제됨에 따른 챔버(100) 내부의 공간절약과 이에 따른 축소설계가 가능하다는 이점이 있다.
결국 공급부(200)의 공급롤러와 회수부(300)의 회수롤러(301)를 동일 방향 동일 회전속도로 회전시킴에 따라 상기 촉매금속(M)을 균일한 속도로 이동시킬 수 있다.
이때 공급부(200) 및 회수부(300)는 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
즉, 공급부(200)의 공급롤러(201)와, 회수부(300)의 회수롤러(301)의 회전속도는 제어부(600)를 통해 서로 독립적으로 제어함으로써, 촉매금속(M)의 공급 및 회수 속도를 조정할 수 있다. 또한 공급부(200)와 상기 제1 롤러부(400) 사이 구간을 지나는 촉매금속의 수평 상태를 균일하게 유지시킬 수 있고, 마찬가지 상기 제2 롤러부(500)와 회수부(300) 사이 구간을 지나는 촉매금속의 수평 상태를 균일하게 유지시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 공급부(200) 및 회수부(300)를 챔버(100) 외부에 배치함에 따라, 챔버(100)에는 공급부(200)로부터 공급되는 촉매금속(M)을 내부로 유입하는 도입부(110)와, 회수부(300)를 향해 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 외부로 배출하는 퇴출부(120)가 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치의 실링가이드를 나타낸 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 도입부(110) 및 퇴출부(120)에는 상기 촉매금속(M)의 이동을 안내하는 동시에 외부 공기의 유입이 차단되도록, 관통하여 이동되는 상기 촉매금속(M)의 표면에 탄성적으로 접촉하는 가이드홀(1110a)이 구비된 실링가이드(111,121)를 포함할 수 있다.
상기 실링가이드(111,121)는 도입부(110) 및 퇴출부(120)의 내부에 각각 배치되어, 실링가이드(111,121)로 인하여 도입부(110) 및 퇴출부(120)의 내측 공간이 격리되도록 구성될 수 있다.
실시예에 따른 실링가이드(111,121)는, 촉매금속(M)이 관통되는 제1 관통홀(1111a)이 형성된 가이드몸체(1111)와, 촉매금속(M)이 관통되는 제2 관통홀(1112a)이 형성된 가이드커버(1112)와, 상기 가이드몸체(1111)와 상기 가이드커버(1112) 사이에 개재되며, 관통되는 촉매금속(M)의 표면에 탄성적으로 접촉하는 가이드홀(1110a)이 형성된 실링부재(1110) 및 상기 실링부재(1110)를 사이에 두고 상기 가이드몸체(1111)와 상기 가이드커버(1112)를 관통하여 체결하는 체결부재(1113)를 포함할 수 있다. 미 설명부호 1110b,1111b,1112b는 체결부재(1113)가 체결되는 체결공이다.
상기 실링부재(1110)는 고무, 실리콘 중 어느 하나일 수 있다. 이에 한정되지 않고 실링부재(1110)는 자체 탄성력을 갖는 재료이면 어떠한 것이든 적용될 수 있다. 나아가 메타물질(Metamaterial), 옥제틱(Auxetic) 구조의 부재를 적용할 수도 있다.
또한 상기 실링부재(1110)에 형성된 가이드홀(1110a)은 촉매금속(M)의 단면 프로파일보다 작게 형성됨이 바람직하다. 결국 가이드홀(1110a)의 내주면은 통과하는 촉매금속(M)의 표면에 탄성적으로 밀착되고, 이로써 촉매금속(M)과 가이드홀(1110a) 사이를 통해 외부 공기가 내부로 유입되는 것이 차단된다.
또한 가이드홀(1110a)을 통과하는 촉매금속(M)은 가이드홀(1110a)에 탄성적으로 접촉되기 때문에, 이동 중 저항을 최소화하고, 스크래치 등의 표면 손상을 예방할 수 있다.
이때 상기 퇴출부(120)에 배치되는 실링가이드(121)측 가이드홀(1110a)의 크기는 상기 도입부(110)에 배치되는 상기 실링가이드(111)측 가이드홀(1110a)의 크기보다 더 크게 형성시키는 것이 바람직하다.
즉, 도입부(110)의 실링가이드(111)는 상기 공급부(200)로부터 유입되는 촉매금속(M)을 통과시키는 것이고, 퇴출부(120)의 실링가이드(121)는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 통과시키는 것으로, 그래핀(G)의 합성여부에 따른 촉매금속(M)의 단면 프로파일의 크기(두께)에 상응하도록, 상기 퇴출부(120)측 실링가이드(121)에 구비된 가이드홀(1110a)의 크기가 상기 도입부(110)측 실링가이드(121)에 구비된 가이드홀(1110a)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
예를 들어 도입부(110)측 실링부재(1110)에는 촉매금속(M)의 단면 프로파일과 상응하는 크기의 가이드홀(1110a)을 형성하고, 퇴출부(120)측 실링부재(1110)는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)의 단면 프로파일과 상응하는 크기의 가이드홀(1110a)이 형성될 수 있다.
이로 인하여 퇴출부(120)를 관통하는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)에 대해 그래핀(G)의 손실을 최소화할 수 있다.
한편 상기 실링가이드(111,121)는 도입부(110) 및 퇴출부(120)의 내부공간에서 촉매금속(M)의 이동방향에 대해 복수개가 구성될 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예에서는 도입부(110) 및 퇴출부(120)의 내부공간에 각각 한 쌍의 실링가이드(111,121)가 촉매금속(M)의 이동방향에 대해 이격되게 배치되어 있다.
이때 한 쌍의 실링가이드(111,121)의 사이 공간은 보조진공펌프(155)와 연결될 수 있다.
즉, 한 쌍의 실링가이드(111,121) 사이 공간을 진공분위기로 조성할 수 있으며, 한 쌍의 실링가이드(111,121) 사이 공간을 진공분위기로 조성하는 경우 각 실링가이드(111,121)에 개재된 실링부재(1110)에 의해 진공 압을 안정적으로 유지시킬 수 있다.
결국 대기압 상태에 마련된 공급부(200)로부터 촉매금속(M)이 챔버(100) 내부로 이동되는 과정에서, 고 진공분위기가 조성되는 챔버(100) 내부의 진공 압이 떨어지는 현상을 예방할 수 있다.
이때 상기 보조진공펌프(155)는 챔버(100) 내부를 진공분위기로 조성하기 위해 마련되는 메인진공펌프(150)와 달리, 도입부(110) 및 퇴출부(120)에 배치된 한 쌍의 실링가이드(111,121)의 사이 공간을 진공분위기로 조성하는 것으로, 저사양의 펌프가 구비될 수 있다.
한편 도시된 것과 달리, 보조진공펌프(155)를 배재하고, 한 쌍의 실링가이드(111,121)의 사이 공간은 상기 챔버(100)와 연결된 메인진공펌프(150)와 직접 연결될 수도 있다. 즉, 메인진공펌프(150)를 통해 챔버(100) 내부를 진공분위기로 조성하는 것과 동시에 도입부(110) 및 퇴출부(120)에 배치된 한 쌍의 실링가이드(111,121)의 내부 공간을 진공분위기로 조성할 수도 있다.
이상에서와 같이, 대기압 환경인 챔버(100) 외부에 공급부(200) 및 회수부(300)를 배치함에 따라, 촉매금속(M), 공급롤러(201), 공급모터, 회수롤러(301), 회수모터 등의 관련 장치들을 챔버(100) 내부에서 완전히 배제할 수 있기 때문에, 챔버(100) 내부의 공간절약과 축소설계에 있어서 보다 큰 효과가 발생된다.
또한 대기압 환경인 챔버(100) 외부에 공급부(200) 및 회수부(300)를 배치함에 따라, 그래핀(G) 제조를 위한 촉매금속(M)의 공정 준비 및 전후 공정과의 연계작업 등의 관리가 용이한 이점도 있다.
또한 그래핀(G)이 합성되는 챔버(100) 내부로부터 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 회수하는 회수부(300)를 분리 배치함으로써, 챔버(100) 내부에서 합성 중 발생되는 다양한 증발가스로부터 합성이 완료된 그래핀(G)이 오염되는 것을 차단시킬 수 있는 이점도 있다.
한편 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)은 촉매금속(M)에 대한 실질적인 그래핀(G) 합성영역을 제공하는 것으로, 챔버(100) 내부에서 서로 이격되게 배치되어, 챔버(100) 내부를 관통하는 촉매금속(M)을 지지하고 그래핀(G) 합성을 위해 외부 전원공급부(미도시)로부터 전류를 공급받아 상기 촉매금속을 줄(Joule) 히팅시킨다.
상기 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)은 챔버(100) 내부를 통과하는 촉매금속(M)을 지지하도록 설치될 수 있다. 즉, 지지하는 것과 동시에 촉매금속(M)과 긴밀하게 접촉되도록 구성됨에 따라, 촉매금속(M)으로 줄 히팅을 위한 전류를 원활하게 공급할 수 있다.
즉, 상기 제1 롤러부(400)는 제1 전극롤러(410) 및 제1 지지롤러(420)를 포함할 수 있고, 상기 제2 롤러부(500)는 제2 전극롤러(510) 및 제2 지지롤러(520)를 포함할 수 있다.
상기 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)는 동일한 구성을 가지는 것으로, 제1 롤러부(400)에 대해서만 상세히 설명한다.
상기 제1 전극롤러(410)는, 전원공급부로부터 전류를 공급받아 촉매금속(M)를 가열하는 것으로, 촉매금속(M)과 선 접촉 또는 면 접촉함으로써 촉매금속(M)을 안정적으로 접촉 지지할 수 있고, 균일한 전류를 공급할 수 있으며, 촉매금속(M)의 이동과 연동하여 구름 동작함으로써 촉매금속(M)의 슬립에 의한 손상도 예방할 수 있다. 이러한 제1 전극롤러(410)는 구리 재질로 구성될 수 있다.
상기 제1 지지롤러(420)는, 촉매금속(M)을 사이에 두고 상기 제1 전극롤러(410)을 대향하게 배치되는 것으로, 촉매금속(M)과 선 접촉 또는 면 접촉함으로써 촉매금속(M)을 안정적으로 접촉 지지할 수 있고, 마찬가지 촉매금속(M)의 이동과 연동하여 구름 동작함으로써 촉매금속(M)의 슬립에 의한 손상도 예방할 수 있다.
결국 제1 전극롤러(410)와 제1 지지롤러(420)는 촉매금속(M)의 하면과 상면을 안정적으로 밀착 지지하면서 촉매금속(M)의 이동을 안내하게 된다.
이때 상기 제1 전극롤러(410)와 상기 제1 지지롤러(410)는 간격조정부재(430)로 연결될 수 있다. 일예로, 간격조정부재(430)는 일단이 제1 전극롤러(410)의 회전축과 연결되고, 타단이 제1 지지롤러(420)의 회전축과 연결되며, 적어도 한쪽 단부에는 상기 제1 전극롤러(410) 또는 상기 제1 지지롤러(420)의 회전축이 슬라이딩 가능하도록 슬롯이 형성된 것으로 구현될 수 있다.
즉, 슬롯 상에서 제1 전극롤러(410) 또는 제1 지지롤러(420)의 회전축을 슬라이드 시킴에 따라 제1 전극롤러(410)과 제1 지지롤러(420)를 근접시키거나 멀어지게 이동시키면서, 제1 전극롤러(410)과 제1 지지롤러(420)의 사이 간격을 조정할 수 있다.
결국 촉매금속(M) 또는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)의 두께 정도에 따라, 상기 간격조정부재(430)를 이용하여 제1 전극롤러(410)과 제1 지지롤러(420) 및 제2 전극롤러(510)과 제2 지지롤러(520)의 사이간격을 조정할 수 있기 때문에, 촉매금속(M) 또는 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 안정적으로 접촉 지지시킬 수 있다. 또한 이로 인하여 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 길이도 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 제1 전극롤러(410)과 제1 지지롤러(420) 및 제2 전극롤러(510)과 제2 지지롤러(520)의 사이를 통과하는 촉매금속(M)과의 균일한 접촉 상태를 구현함으로써, 촉매금속(M)으로 보다 균일한 전류를 공급할 수 있고, 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 이동과 연동하여 안정적인 구름 동작을 구현함으로써, 촉매금속(M)의 슬립에 의한 촉매금속(M)의 손상을 더욱 예방할 수 있다.
이때 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)과 마찬가지, 상기 제1 지지롤러(420) 및 제2 지지롤러(520)에도 촉매금속(M)의 줄 히팅을 위한 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 제1 지지롤러(420) 및 제2 지지롤러(520) 역시 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)과 같이 구리 재질로 구성될 수 있다.
한편 상기 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)의 회전속도는 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
보다 상세하게는 제1 전극롤러(410) 및 제1 지지롤러(420)와, 제2 전극롤러(510) 및 제2 지지롤러(520)의 각 회전속도는 제어부(600)를 통하여 개별적으로 제어될 수 있다.
이때 제1 전극롤러(410)는 구동축을, 제1 지지롤러(420)는 피동축이 될 수 있고, 마찬가지 제2 전극롤러(510)는 구동축을, 제2 지지롤러(520)는 피동축이 될 수 있다.
이와 반대로 제1 지지롤러(420)가 구동축을, 제1 전극롤러(410)가 피동축이 될 수 있고, 마찬가지 제2 지지롤러(520)가 구동축을, 제2 전극롤러(510)가 피동축이 될 수 있다.
이상과 같이 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 회전속도를 서로 다르게 제어함으로서, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하는 촉매금속의 총 길이를 미세 조정할 수 있다. 이에 대한 추가 설명은 후술하여 보다 상세히 한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 제조장치는, 상기 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)의 사이 즉, 합성영역을 통과하는 촉매금속(M)의 온도편차를 보상하기 위한 수단을 제공한다.
즉, 상기 제1 롤러부(400)와 상기 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)에 대하여, 상기 제1 롤러부(400)와 가까운 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 상기 제2 롤러부(500)와 가까운 촉매금속(M)의 제2 영역(A2)이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치할 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 롤러부(400)와 상기 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)에 대하여, 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)에서 가장 먼 중간영역을 중심으로 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)에 가까운 양쪽에 위치하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 일정 간격을 두고 서로 마주하는 이동경로를 가질 수 있다.
실시예에 의하면, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)은 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 서로 마주하는 이동경로를 가진다.
도 3은 종래 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 통과하는 촉매금속의 위치별 온도 프로파일을 나타낸 그래프와, 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 통과하는 촉매금속의 위치별 온도 프로파일을 나타낸 그래프를 비교한 도면이다.
먼저 도 3(a)에 도시된 종래 제1 전극롤러 제2 전극롤러 사이에서 수평 경로를 유지하는 촉매금속(M)에 대하여, 그 위치별 온도 프로파일은 그래프 상에 점선으로 표시된다.
즉, 그래프의 점선 표시된 부분과 같이, 제1 전극롤러 및 제2 전극롤러에 의해 전류가 공급되어 촉매금속(M)이 가열되면, 제1 전극롤러 및 제2 전극롤러를 통과하면서 저항에 의해 열이 방출되기 때문에, 전극에서 가장 먼 위치인 촉매금속(M)의 중간영역 보다, 전극롤러에 가까운 양쪽 단부로 갈수록 온도가 급격히 낮아지는 온도편차가 발생된다.
결국 종래 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이의 수평 경로의 경우, 각 전극롤러를 통하여 촉매금속(M)이 줄 히팅되면, 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 전체 면적에 대하여 온도편차가 발생함으로서, 그래핀의 균일한 합성이 어렵다.
반면에 도 3(b)에 도시된 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하는 촉매금속(M)이 하측으로 늘어짐에 따라 제1 전극롤러(410)와 제2 전극롤러(510)에 가까운 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)가 서로 마주하는 이동경로를 가지는 촉매금속(M)에 대하여, 그 위치별 온도 프로파일은 그래프 상에 실선으로 표시된다.
이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)에 의해 전류가 공급되어 촉매금속(M)이 가열되는 초기에는, 전극롤러에서 가장 떨어진 촉매금속(M)의 중간영역 보다, 전극롤러에 가까운 양쪽 단부로 갈수록 온도가 낮아질 수 있다.
하지만 그래프의 실선 표시된 부분과 같이, 전극롤러에서 가장 떨어진 촉매금속(M)의 중간영역을 제외한, 전극롤러에 가까운 양쪽 단부로 이어지는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)가 일정 간격을 두고 서로 마주하여 배치되기 때문에, 서로 대향하는 촉매금속(M)을 향해 서로 방사열을 발산함에 따라 서로 간에 방사열을 주고 받는다. 결국 서로 마주하는 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 온도 프로파일이 실질적으로 상승된다.
이로 인하여 그래프에 표시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉매금속(M)의 온도 프로파일(실선)은 종래 촉매금속의 온도 프로파일(점선)과 비교하여, 촉매금속(M) 전체 면적에 대해 균일한 온도 프로파일을 보이게 되고, 이로써, 전체적으로 균일한 그래핀(G)을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 촉매금속(M)은 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500) 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라, 마치 U자 형상의 이동경로를 유지하기 때문에, 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 서로 마주하는 내부공간에는 열을 가두는 이른바, 온실 작용을 구현할 수도 있다.
결국 그래프에 표시된 바와 같이, 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 서로 마주하는 내부공간에서 발생되는 온실 작용으로 인하여, 본 발명에 따른 온도 프로파일(실선)이 종래 온도 프로파일(점선) 보다 전체적으로 높은 온도(T1<T2)를 유지할 수도 있다.
이로 인해 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 서로 마주하는 내부공간에 가둬진 열은 그래핀(G)이 합성되는 촉매금속(M)의 전체 면적에 대하여 보다 균일한 온도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 적은 에너지로도 높은 온도 프로파일을 유지할 수 있기 때문에, 균일한 그래핀(G)을 보다 효율적으로 제조할 수 있다.
또한 종래와 비교하여, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 긴 길이(면적)에 대하여 균일한 온도 프로파일을 유지할 수 있기 때문에, 고품질의 그래핀(G)의 수율을 크게 증대시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 롤러부와 제2 롤러부의 제어에 따른 촉매금속의 이동경로를 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치는 상기 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 통과하는 촉매금속(M)의 이동경로를 감지하는 변위센서(700)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 실시예에 따른 상기 변위센서(700)는, 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)의 하측에 배치되어, 상기 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)로부터 촉매금속(M)의 하측으로 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)와 일치하는지 여부를 감지할 수 있다.
예를 들어, 변위센서(700)는 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)의 하측으로 일정 거리 이격된 높이(H)에 배치되고, 상기 촉매금속(M)의 최하단부(중간부)의 높이(H1)를 측정함으로써, 촉매금속(M)의 처짐길이가 기준 처짐길이(L)와 일치하는지 여부를 감지할 수 있다.
이때 상기 제어부(600)는 상기 변위센서(700)로부터 감지된 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)와 일치되도록, 상기 제1 롤러부(400) 또는 상기 제2 롤러부(500)의 회전속도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)보다 길게 형성되는 경우에는 제1 롤러부(400)의 회전속도를 상대적으로 느리게 하거나 제2 롤러부(500)의 회전속도를 상대적으로 빠르게 함으로서 촉매금속(M)의 늘어진 길이를 기준 처짐길이(L)에 일치시킬 수 있고, 반대로 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)보다 짧게 형성되는 경우에는 제1 롤러부(400)의 회전속도를 상대적으로 빠르게 하거나 제2 롤러부(500)의 회전속도를 상대적으로 느리게 함으로서 촉매금속(M)의 늘어진 길이를 기준 처짐길이(L)에 일치시킬 수 있다.
결국 실시예에 따른 상기 기준 처짐길이(L)는 제1 롤러부(400)과 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)에 대해 전체적으로 균일한 온도 프로파일을 형성하는 최적의 처짐길이에 해당된다.
만약 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)보다 짧은 경우는, 촉매금속(M)의 서로 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 축소되는 것을 의미함으로, 상대적으로 좁은 영역에서 그래핀(G)의 합성이 이루어지게 되고, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 간의 효과적인 열전달이 확보되지 못할 수 있다.
반대로 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)보다 긴 경우는, 촉매금속(M)의 서로 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 확대되는 것을 의미함으로, 상대적으로 많은 영역에서 그래핀(G)의 합성이 이루어질 수 있으나, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 간의 과도한 열전달과 큰 온실작용으로 인하여 요구되는 온도 이상으로 촉매금속(M)이 가열될 수 있다.
이렇게 합성영역(A)을 통과하는 촉매금속(M)의 기준 처짐길이(L)를 지속적으로 유지함으로서, 촉매금속(M)의 전체적으로 균일한 온도 프로파일을 지속적으로 유지시키며, 그래핀(G)을 지속하여 균일하게 제조할 수 있다.
이상과 같이 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)이 자중에 의해 하측으로 늘어지도록 배치함으로써, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)은 공급부(200)의 공급속도 및 회수부(300)의 회수속도와 무관하게 장력이 배제된 상태이다. 이에 따라, 그래핀 합성 과정에서 무리한 장력으로 인하여 촉매금속이 끊어지는 현상을 예방할 수도 있다.
한편 상기와 같이 제1 롤러부(400)과 제2 롤러부(500)의 회전속도를 제어함에 따른 촉매금속(M)의 길이변화(처짐길이 변화)로 인하여, 상기 공급부(200)와 제1 롤러부(400) 사이 구간을 지나는 촉매금속과, 상기 회수부(300)와 제2 롤러부(500) 사이 구간을 지나는 촉매금속의 수평상태가 변화될 수 있다. 이를 위해 제어부(600)는 공급부(200) 및 회수부(300)를 개별적으로 제어함으로서, 공급부(200)와 제1 롤러부(400) 사이 구간을 지나는 촉매금속과, 회수부(300)와 제2 롤러부(500) 사이 구간을 지나는 촉매금속의 수평상태를 보상시킬 수 있다.
한편 도시되진 않았지만, 실시예에 따른 그래핀 제조장치는, 촉매금속의 온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수도 있다.
상기 온도센서는 촉매금속(M)의 온도를 실시간으로 측정하고, 이렇게 측정된 값을 상기 제어부(600)로 송신할 수 있다.
기본적으로 제어부(600)는 미리 설정된 기준온도(그래핀 합성 온도)와 일치되도록, 전력공급부(미도시)를 통해 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)으로 적정의 전력을 공급시키기 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 롤러이동부재의 제어에 따른 촉매금속(M)의 이동경로 변화 모습을 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제조장치는, 상기 제1 롤러부(400)과 상기 제2 롤러부(500)을 서로 근접시키거나 이격시키며, 상기 제1 롤러부(400)과 상기 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 사이 간격을 조정하는 롤러이동부재(450)를 포함할 수 있다.
일예로, 롤러이동부재(450)는 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)의 각 회전축과 연결되되, 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)의 각 회전축이 수평방향으로 슬라이딩 가능하도록 슬롯이 형성된 것으로 구현될 수 있다.
즉, 슬롯 상에서 제1 전극롤러(410) 및 제2 전극롤러(510)의 각 회전축을 수평방향으로 슬라이드 시킴에 따라 제1 전극롤러(410)과 제2 전극롤러(510)를 서로 근접시키거나 멀어지게 이동시킴에 따라, 제1 전극롤러(410)와 제2 전극롤러(510)의 사이 간격을 조정할 수 있다.
또한 상기 롤러이동부재(450)는 제1 지지롤러(420) 및 제2 지지롤러(520)에 구성될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어 롤러이동부재(450)를 구동시켜 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)을 근접하게 이동시키면, 촉매금속(M)의 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 서로 근접 이동되고 이와 동시에 처짐길이도 길어진다. 이렇게 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 간격(D)이 가까워짐에 따라, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 간의 열전달이 보다 활성화되고, 열을 가두는 온실 작용도 보다 향상된다.
반대로 롤러이동부재(450)를 구동시켜 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 서로 멀어지게 이동시키면, 촉매금속(M)의 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 서로 멀어지고 이와 동시에 처짐길이도 짧아진다. 이렇게 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 간격(D)이 멀어짐에 따라, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 간의 열전달이 상대적으로 저감되고, 열을 가두는 온실 작용도 상대적으로 저감된다.
결국 촉매금속(M)의 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 길이(L)뿐만 아니라 사이 간격(D)을 조정함으로써, 제한된 전력 하에서 요구되는 합성 온도까지 도달시키기 위한 보다 효율적인 장치 제어가 가능하다.
한편 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 그래핀 제조장치는, 챔버(100) 내부에 배치되어, 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)를 통과한 촉매금속(M)의 그래핀(G) 층 상에 보호필름층(F)을 형성하기 위한 보호필름 공급부(800)를 포함할 수 있다.
상기 보호필름(F)은 점착성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 촉매금속(M)의 그래핀(G) 층 상에 부착된다.
예를 들어 보호필름 공급부(800)는 상기 공급부(200) 및 상기 회수부(300)와 동일한 회전속도로 회전하는 공급롤러에 의해 구현될 수 있으며, 상기 제1 롤러부(400) 및 상기 제2 롤러부(500)를 통과하며 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 향해 보호필름(F)을 제공함에 따라 촉매금속(M)의 그래핀(G) 층 상에 보호필름(F)을 부착시킬 수 있다.
상기와 같이, 진공분위기의 챔버(100) 내부에서 그래핀(G) 층 상에 보호필름(F)을 부착시킨 상태에서 대기압 상태인 외부로 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 배출함에 따라, 그래핀(G)의 손실을 최소화시킬 수 있고, 우수한 품질의 그래핀(G)을 획득할 수 있다.
이하 전술한 그래핀 제조장치를 이용한 그래핀 제조방법을 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시에에 따른 그래핀 제조방법은 공급단계, 배치단계, 합성단계, 및 회수단계를 포함할 수 있다.
상기 공급단계는, 챔버(100) 내부에 촉매금속(M)을 공급하는 단계로써, 일예로, 공급부(200)의 공급롤러(201)를 구동시켜 챔버(100) 내부에 촉매금속(M)을 공급할 수 있다.
다음으로 상기 배치단계는, 챔버(100) 내부에 배치된 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 촉매금속(M)이 통과하면서, 상기 제1 롤러부(400)와 가까운 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 롤러부(500)와 가까운 촉매금속(M)의 제2 영역(A2)이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치하는 단계이다.
상세하게, 상기 챔버(100) 내부로 공급된 촉매금속(M)은 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하며 자중에 의해 상기 제1,2 롤러부(400)(500)로부터 하측으로 늘어지게 되고, 이에 따라 상기 제1 영역(A1)과 상기 제2 영역(A2)이 서로 마주하는 이동경로를 가질 수 있다.
이상과 같이, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 서로 마주하는 이동경로가 확보된 상태에서, 촉매금속(M)의 처짐길이(L: 도 4 참조)를 보다 정확히 세팅할 수 있다.
다시 말해, 초기 미리 설정되어 있는 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이 간격, 전원공급부로부터 전달되는 전력량 및 전력 공급시간(가열시간), 촉매금속(M)의 재료 및 프로파일 크기, 챔버(100) 내부의 반응가스의 종류 등의 합성 환경 하에서 해당 촉매금속(M)이 최적의 기준 처짐길이(L)를 유지하는지를 보다 정확히 세팅할 수 있다.
일예로, 변위센서(700)를 이용하여 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)로부터 하측으로 늘어진 촉매금속(M)의 길이가 미리 설정된 기준 처짐길이(L)와 일치하는지를 감지하는 감지단계와, 상기 촉매금속(M)의 늘어진 길이가 기준 처짐길이(L)와 일치되도록 상기 제1 롤러부(400) 또는 상기 제2 롤러부(500)의 회전속도를 제어하는 조정단계를 포함할 수 있다.
이상과 같이, 변위센서(700)를 이용한 촉매금속(M)의 기준 처짐길이(L)를 제어하는 조정단계는 그래핀(G) 합성 과정 중에도 지속적으로 할 수 있고, 이로 인하여 합성 중인 촉매금속(M)의 온도 프로파일을 지속해서 균일하게 유지시킬 수 있다.
다음으로 상기 합성단계는, 상기와 같이 챔버(100) 내부에 촉매금속(M)의 이동 경로 배치가 최종 완료되면, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 사이에 배치된 촉매금속(M)에 대하여 실제 그래핀(G)을 합성하는 단계이다.
즉, 상기 챔버(100) 내부에 그래핀(G)의 합성 시 필요한 반응가스를 주입하고, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)는 전원공급부로부터 전류를 공급받아 촉매금속(M)을 줄 히팅시키게 된다.
결국 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이에 배치된 촉매금속(M)이 가열되어 온도가 상승되고, 이 과정에서 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)에 가까운 촉매금속(M)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 일정 간격을 두고 서로 마주하여 방사열을 발산함에 따라, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)의 사이를 통과하는 촉매금속(M)의 전체 면적에 대하여 합성에 요구되는 균일한 온도 프로파일을 유지하게 된다.
이상과 같이 균일한 온도 프로파일을 유지하는 촉매금속(M)에 대하여 일정 시간 동안 그래핀(G) 합성이 이루어진다.
한편 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500) 사이에 배치된 촉매금속(M)에 대하여 그래핀(G) 합성이 완료된 이후에는, 보호필름 공급부(800:도 6참조)를 이용하여 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 통과한 촉매금속(M)의 그래핀(G) 층 상에 보호층(F)을 형성하는 보호필름 형성단계를 더 포함할 수도 있다.
다음으로 상기 회수단계는, 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 챔버 외부로 회수하는 단계로써, 이상과 같이 제1 롤러부와 제2 롤러부의 사이에 배치된 촉매금속에 대하여 그래핀(G) 합성 및 보호층(F) 형성이 완료되면, 회수부의 회수롤러를 구동시켜 챔버 외부로 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 회수하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치는, 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500) 사이를 통과하는 촉매금속(M)에 대하여 전극에서 가장 먼 중간영역을 중심으로 전극에 가까운 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 서로 마주하는 이동경로를 가짐에 따라, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 상호 간에 방사열을 서로 주고받음으로써, 제1 롤러부(400)와 제2 롤러부(500)를 사이를 통과하는 촉매금속(M) 전체 면적에 대하여 균일한 온도 프로파일을 형성할 수 있다. 결국 이로써 균일한 그래핀(G)을 획득할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치 및 그래핀 제조방법은, 촉매금속(M)의 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 상호 간의 열적 보상뿐만 아니라 내부 공간에서의 온실작용을 도모할 수 있어, 제한된 전력 하에서도 촉매금속(M) 전체 면적에 대하여 높은 온도 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치 및 그래핀 제조방법은, 변위센서(700)에 의해 감지된 값을 기반으로 제1 롤러부(400) 및 제2 롤러부(500)를 제어함으로써, 촉매금속(M)의 마주하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 길이를 정확히 설정 및 조정할 수 있고, 이로 인하여 그래핀(G) 합성 과정 중에도 촉매금속(M)의 온도 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치 및 그래핀 제조방법은, 챔버(100) 외부 즉, 대기압 상태에 공급부(200)/회수부(300)를 배치함으로써, 챔버(100)의 공간절약과 이에 따른 축소설계가 가능하며, 그래핀(G) 제조를 위한 준비 및 전후 공정에서의 관리가 수월한 이점이 있다.
특히 그래핀(G)이 합성되는 챔버(100) 내부로부터 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)을 회수하는 회수부(300)를 분리 배치함으로써, 챔버(100) 내부에서 합성 중 발생되는 다양한 증발가스로부터 합성이 완료된 그래핀(G)이 오염되는 것을 차단시킬 수 있는 이점도 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조장치 및 그래핀 제조방법은, 챔버(100) 내, 외측으로 이동하는 촉매금속(M)을 안내하는 실링가이드(111)(121)를 포함함으로써, 촉매금속(M) 및 그래핀(G)이 합성된 촉매금속(M)의 손상이나 손실 없이 안정적인 이동을 확보할 수 있고, 이와 동시에 외부 공기의 유입을 차단하여 진공 챔버(100) 내부의 진공분위기를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 챔버 150: 메인진공펌프
110: 도입부 120: 퇴출부
111,121: 실링가이드 1110: 실링부재
1110a: 가이드홀 155: 보조진공펌프
200: 공급부 300: 회수부
400: 제1 롤러부 410: 제1 전극롤러
420: 제1 지지롤러 500: 제2 롤러부
510: 제1 전극롤러 520: 제2 지지롤러
600: 제어부 700: 변위센서
800: 보호필름 공급부 M: 촉매금속
G: 그래핀 F: 보호필름

Claims (13)

  1. 그래핀 합성을 위한 공간이 마련되는 챔버; 및
    상기 챔버 내부에서 서로 이격되게 배치되어, 상기 챔버 내부를 관통하는 촉매금속을 지지하고 그래핀 합성을 위해 전류를 공급받아 상기 촉매금속을 줄 히팅하는 제1 롤러부 및 제2 롤러부;를 포함하며,
    상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이를 통과하는 상기 촉매금속의 온도편차를 보상하기 위하여, 상기 촉매금속이 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라 상기 제1 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제1 영역과 상기 제2 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부의 하측에 배치되어, 상기 제1 롤러부 및 제2 롤러부로부터 상기 촉매금속의 하측으로 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치하는지 여부를 감지하는 변위센서; 및
    상기 변위센서로부터 감지된 상기 촉매금속의 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치되도록 상기 제1 롤러부 또는 상기 제2 롤러부의 회전속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 촉매금속을 내부로 유입하는 도입부; 및
    그래핀이 합성된 상기 촉매금속을 외부로 배출하는 퇴출부;를 포함하며,
    상기 도입부 및 상기 퇴출부에 배치되며, 상기 촉매금속의 이동을 안내하는 동시에 외부 공기의 유입이 차단되도록, 관통하여 이동되는 상기 촉매금속의 표면에 탄성적으로 접촉하는 가이드홀이 구비된 실링가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실링가이드는 상기 촉매금속의 이동방향으로 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 실링가이드를 포함하며,
    상기 한 쌍의 실링가이드 사이 공간을 진공분위기로 조성하는 보조진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실링가이드는,
    상기 촉매금속이 관통되는 제1 관통홀이 형성된 가이드몸체;
    상기 촉매금속이 관통되는 제2 관통홀이 형성된 가이드커버;
    상기 가이드몸체와 상기 가이드커버 사이에 개재되며, 상기 가이드홀이 형성된 실링부재; 및
    상기 실링부재를 사이에 두고 상기 가이드몸체와 상기 가이드커버를 체결하는 체결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 퇴출부에 배치되는 상기 가이드홀의 크기는 상기 도입부에 배치되는 상기 가이드홀의 크기보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내부에 배치되어, 상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부를 통과한 촉매금속의 그래핀 층 상에 보호층을 형성하기 위한 보호필름 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부를 서로 근접시키거나 이격시키며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이 간격을 조정하는 롤러이동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
  10. 제1항에 기재된 그래핀 제조장치를 이용하며,
    상기 챔버 내에 상기 촉매금속을 공급하는 공급단계;
    상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이를 통과하는 상기 촉매금속의 온도편차를 보상하기 위하여, 상기 제1 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제1 영역과 상기 제2 롤러부와 가까운 상기 촉매금속의 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지도록 상기 챔버 내에 상기 촉매금속을 배치하는 배치단계;
    상기 촉매금속 상에 그래핀을 합성하는 합성단계; 및
    상기 챔버로부터 상기 그래핀이 합성된 촉매금속을 회수하는 회수단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배치단계는,
    상기 촉매금속이 상기 제1 롤러부와 상기 제2 롤러부 사이에서 하측으로 늘어짐에 따라 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주하는 이동경로를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배치단계 이후에 수행되며,
    상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부로부터 상기 촉매금속의 하측으로 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치하는지를 감지하는 감지단계;
    상기 촉매금속의 늘어진 길이가 기준 처짐길이와 일치되도록 상기 제1 롤러부 또는 상기 제2 롤러부의 회전속도를 제어하는 조정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 합성단계 이후에 수행되며,
    상기 제1 롤러부 및 상기 제2 롤러부를 통과한 촉매금속의 그래핀 층 상에 보호층을 형성하는 보호필름 형성단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220144686A (ko) * 2021-04-20 2022-10-27 주식회사 참그래핀 트윈챔버형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치
KR20230101545A (ko) 2021-12-29 2023-07-06 재단법인 파동에너지 극한제어 연구단 줄히팅 기반 롤투롤 그래핀 제조방법 및 그래핀 제조장치

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101168259B1 (ko) * 2012-03-05 2012-07-30 한국기계연구원 롤투롤 기반의 그래핀 연속 합성 장치
KR101581362B1 (ko) * 2012-04-09 2015-12-30 엘지전자 주식회사 줄 히팅을 이용한 그래핀의 제조 장치
KR101706957B1 (ko) * 2012-05-18 2017-02-15 엘지전자 주식회사 유도 가열을 이용한 그래핀의 제조 장치
KR101238450B1 (ko) * 2012-07-04 2013-02-28 에스 알 씨 주식회사 양면형 그래핀 제조장치 및 제조방법
WO2013191347A1 (ko) * 2012-06-19 2013-12-27 에스 알 씨 주식회사 연속 그래핀 제조장치
KR20140121664A (ko) * 2013-04-08 2014-10-16 엘지전자 주식회사 롤투롤 방식의 박막 제작 장치
KR101801272B1 (ko) * 2014-05-09 2017-11-30 주식회사 참트론 그래핀 필름 제조장치
KR101716785B1 (ko) * 2015-03-02 2017-03-28 서울대학교산학협력단 그래핀의 제조 방법 및 제조 장치
KR101797655B1 (ko) * 2015-11-24 2017-11-15 해성디에스 주식회사 그래핀 합성 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220144686A (ko) * 2021-04-20 2022-10-27 주식회사 참그래핀 트윈챔버형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치
KR102558765B1 (ko) 2021-04-20 2023-07-25 주식회사 참그래핀 트윈챔버형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치
KR20230101545A (ko) 2021-12-29 2023-07-06 재단법인 파동에너지 극한제어 연구단 줄히팅 기반 롤투롤 그래핀 제조방법 및 그래핀 제조장치
WO2023128398A1 (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 재단법인 파동에너지 극한제어연구단 줄히팅 기반 롤투롤 그래핀 제조방법 및 그래핀 제조장치

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