KR102377106B1 - Graphite surface modification method, graphite surface modification apparatus, and method for producing graphite composite - Google Patents

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Abstract

흑연 표면 개질 방법이 개시된다. 상기 흑연 표면 개질 방법은, 흑연 분말을 건조시키는 단계, 건조된 상기 흑연 분말을, 베이스 챔버 내에 배치하는 단계, 및 상기 베이스 챔버를 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 상기 베이스 챔버 내에 배치된 상기 흑연 분말을 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. A method for modifying a graphite surface is disclosed. The graphite surface modification method includes the steps of drying graphite powder, placing the dried graphite powder in a base chamber, and rotating the base chamber in a clockwise or counterclockwise direction about a longitudinal direction of the base chamber. and plasma-treating the graphite powder disposed in the base chamber.

Description

흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법. {Graphite surface modification method, graphite surface modification apparatus, and method for producing graphite composite}A method for modifying a graphite surface, an apparatus for modifying a graphite surface, and a method for manufacturing a graphite composite. {Graphite surface modification method, graphite surface modification apparatus, and method for producing graphite composite}

본 발명은 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 흑연 표면을 보다 효과적으로 개질할 수 있는 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method for modifying a graphite surface, an apparatus for modifying a graphite surface, and a method for manufacturing a graphite composite, and more particularly, to a method for modifying a graphite surface capable of more effectively modifying a graphite surface, an apparatus for modifying a graphite surface, and a graphite composite. It relates to the manufacturing method.

흑연은 우수한 기계적 특성과 열적, 전기적 특성을 가지고 있어 다양한 복합 소재의 첨가제로 이용되고 있다. 흑연의 첨가를 통한 복합 소재의 제조는 모재의 특성을 향상시키는 것이 가능하며 모재와 흑연 간의 계면 특성 및 기지 내 흑연의 분산성은 복합 소재의 특성에 직접적인 영향을 끼치는 요인으로 작용한다. 그러나 흑연은 좋지 않은 젖음성으로 일부 소재와 낮은 계면 특성을 나타내어 모재의 특성 향상에 한계가 존재한다. 흑연의 표면 개질은 젖음성을 향상시켜 계면 특성에 변화를 가져올 뿐만 아니라 추가적인 화학적 처리를 통해 다양한 표면 특성을 지니는 흑연의 제조가 가능하다. Graphite has excellent mechanical properties, thermal and electrical properties and is used as an additive for various composite materials. Manufacture of a composite material through the addition of graphite is possible to improve the properties of the base material, and the interfacial properties between the base material and graphite and the dispersibility of the graphite in the matrix are factors that directly affect the properties of the composite material. However, graphite exhibits low interfacial properties with some materials due to poor wettability, so there is a limit to improving the properties of the base material. Surface modification of graphite not only improves the wettability to bring about a change in interfacial properties, but also enables the production of graphite having various surface properties through additional chemical treatment.

종래의 흑연 표면 개질은 산 처리, 산화 분위기에서의 열처리 등을 통해 이루어지고 있다. 산과 열처리를 통해 표면을 개질시키는 방법은, 흑연의 표면을 효율적으로 개질 가능하지만 흑연이 가지고 있는 구조를 손상시켜 특성을 감소시키는 요인으로 작용한다. Conventional graphite surface modification is made through acid treatment, heat treatment in an oxidizing atmosphere, and the like. The method of modifying the surface through acid and heat treatment can efficiently modify the surface of graphite, but it acts as a factor in reducing properties by damaging the structure of graphite.

이에 따라, 흑연 구조의 손상을 최소화하여 흑연의 우수한 특성을 유지시키면서, 흑연을 표면을 개질할 수 있는 방법에 대한 다양한 연구들이 이루어지고 있다. Accordingly, various studies have been made on a method for modifying the surface of graphite while maintaining excellent properties of graphite by minimizing damage to the graphite structure.

예를 들어, 대한민국 공개 특허 10-2015-0122892(출원번호: 10-2014-0048864, 출원인: (주)제너코트)에는, 반응로를 관통하여 위치하는 흑연 지그를 냉각로에 연결하고, 상기 흑연 지그가 상기 냉각로로부터 전달받은 냉기를 상기 흑연 지그 상부에 위치하는 흑연기판으로 전달하여 상기 흑연기판이 냉각되는 단계, 분말 상태의 Si을 상기 반응로에 주입하는 단계, 상기 반응로를 진공으로 형성하고 상기 반응로의 온도를 설정된 온도로 유지하여, 상기 분말 상태의 Si가 기체 상태의 Si로 변하는 단계, 그리고 상기 기체 상태의 Si가 상기 냉각된 흑연기판의 표면에 닿아 액체 상태의 Si로 변하고, 상기 냉각된 흑연기판에 흡착된 고체 상태의 C와 발열활성 반응을 통해 SiC 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 흑연 기판의 표면 특성 개질 방법이 개시되어 있다. 이 밖에도, 흑연의 표면을 개질하는 방법과 관련된 다양한 기술들이 지속적으로 연구되고 있다. For example, in Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2015-0122892 (Application No.: 10-2014-0048864, Applicant: Zenercoat Co., Ltd.), a graphite jig positioned through the reaction furnace is connected to the cooling furnace, and the graphite The jig transfers the cold air received from the cooling furnace to the graphite substrate positioned above the graphite jig to cool the graphite substrate, injecting powdered Si into the reactor, and forming the reactor in a vacuum and maintaining the temperature of the reactor at a set temperature to change the Si in the powder state to Si in the gaseous state, and the Si in the gaseous state touches the surface of the cooled graphite substrate and changes to Si in the liquid state, A method for modifying the surface properties of a graphite substrate is disclosed, which includes forming a SiC coating layer through an exothermic reaction with C in a solid state adsorbed on the cooled graphite substrate. In addition, various technologies related to a method for modifying the surface of graphite are continuously being studied.

대한민국 공개 특허 10-2015-0122892Republic of Korea Patent Publication 10-2015-0122892

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 흑연의 구조를 손상하지 않고 흑연의 표면을 개질하는 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for modifying the surface of graphite without damaging the structure of graphite, a method for modifying the surface of graphite, an apparatus for modifying the surface of graphite, and a method for manufacturing a graphite composite.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 흑연 표면을 전체적으로 개질하는 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for modifying a graphite surface, an apparatus for modifying a graphite surface, and a method for manufacturing a graphite composite for reforming the entire graphite surface.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 친환경적인 방법으로 흑연 표면을 개질하는 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphite surface modification method for modifying a graphite surface in an environmentally friendly way, a graphite surface modification apparatus, and a method for manufacturing a graphite composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 공정 시간이 감소된 흑연 표면 개질 방법, 흑연 표면 개질 장치, 및 흑연 복합체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphite surface modification method with reduced process time, a graphite surface modification apparatus, and a method for manufacturing a graphite composite.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 흑연 표면 개질 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a graphite surface modification method.

일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 표면 개질 방법은, 흑연 분말을 건조시키는 단계, 건조된 상기 흑연 분말을, 베이스 챔버 내에 배치하는 단계, 및 상기 베이스 챔버를 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 상기 베이스 챔버 내에 배치된 상기 흑연 분말을 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for modifying the graphite surface includes drying graphite powder, disposing the dried graphite powder in a base chamber, and rotating the base chamber in a clockwise direction with respect to a longitudinal direction of the base chamber. Alternatively, rotating in a counterclockwise direction may include plasma-treating the graphite powder disposed in the base chamber.

일 실시 예에 따르면, 플라즈마 처리된 상기 흑연 분말은, 표면 전체가 개질된 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the plasma-treated graphite powder may include a modified entire surface.

일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 분말의 플라즈마 처리 시간은 5분 이상 15분 이하인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the plasma treatment time of the graphite powder may include 5 minutes or more and 15 minutes or less.

일 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계는, 상기 베이스 챔버 내에 소스 가스를 주입하는 단계, 상기 베이스 챔버 주위를 둘러싸는 전극에 MF(medium frequency)형 또는 RF(Radio frequency)형 전원을 공급하여, 상기 소스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계, 및 상기 베이스 챔버를, 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the plasma processing step, the step of injecting a source gas into the base chamber, MF (medium frequency) type or RF (Radio frequency) type power supply to the electrode surrounding the base chamber, Forming plasma from the source gas, and rotating the base chamber in a clockwise or counterclockwise direction about a longitudinal direction of the base chamber.

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 흑연 복합체의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for manufacturing a graphite composite.

일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 복합체의 제조 방법은, 상술된 실시 예에 따른 방법으로 표면이 개질된 흑연을 준비하는 단계, 및 상기 흑연과 기능성 물질을 반응시켜, 상기 흑연의 표면에 상기 기능성 물질을 도핑하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for manufacturing the graphite composite includes the steps of preparing graphite whose surface is modified by the method according to the above-described embodiment, and reacting the graphite with the functional material, so that the functional material is on the surface of the graphite It may include the step of doping.

일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 물질은 APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane), MPTMS(3-Mercaptopropyltrimethoxysilane), 및 EDA(ethylene diamond) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the functional material may include any one of 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), and ethylene diamond (EDA).

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 흑연 표면 개질 장치를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a graphite surface modification apparatus.

일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 표면 개질 장치는 내부에 흑연 분말 및 소스 가스가 배치되는 빈 공간이 형성되고, 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되는 베이스 챔버, 및 상기 베이스 챔버와 이격되어, 상기 베이스 챔버의 외주면을 감싸도록 배치되는 전극을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the graphite surface modifying apparatus includes a base chamber in which an empty space is formed in which graphite powder and source gas are disposed, and rotates clockwise or counterclockwise about a longitudinal axis, and the base chamber; It may include an electrode spaced apart and disposed to surround the outer circumferential surface of the base chamber.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극에 전원이 공급되는 경우 상기 소스 가스로부터 플라즈마가 발생되고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 흑연의 표면이 개질되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, when power is supplied to the electrode, plasma is generated from the source gas, and the surface of the graphite is modified by the plasma.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극에 전원이 공급됨과 함께, 상기 베이스 챔버가 회전되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, it may include rotating the base chamber while power is supplied to the electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극은 제1 내지 제3 전극을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 전극은, 상기 베이스 챔버의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the electrodes may include first to third electrodes, and the first to third electrodes may include being spaced apart from each other in the longitudinal direction of the base chamber.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극은 구리 코일(Copper coil)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the electrode may include a copper coil.

본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법은, 흑연 분말을 건조시키는 단계, 건조된 상기 흑연 분말을, 베이스 챔버 내에 배치하는 단계, 및 상기 베이스 챔버를 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 상기 베이스 챔버 내에 배치된 상기 흑연 분말을 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 흑연 구조의 손상을 최소화 하면서, 흑연 표면을 전체적으로 개질할 수 있다. The graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention includes drying graphite powder, disposing the dried graphite powder in a base chamber, and rotating the base chamber in a clockwise direction with respect to the longitudinal direction of the base chamber. Alternatively, rotating in a counterclockwise direction may include plasma-treating the graphite powder disposed in the base chamber. Accordingly, it is possible to modify the graphite surface as a whole while minimizing damage to the graphite structure.

또한, 질산, 황산과 같은 환경을 오염시키는 화학 약품 없이 표면 개질을 실시함으로써, 산처리를 통한 개질과 비교하여 친환경적으로 흑연 표면을 개질할 수 있다. 또한, 산처리와 열처리를 통한 흑연 표면 개질 공정과 비교하여 상대적으로 짧은 공정 시간(5분 내지 15분) 내에 흑연 표면을 개질할 수 있다. In addition, by performing the surface modification without chemicals that pollute the environment, such as nitric acid or sulfuric acid, it is possible to modify the graphite surface in an environmentally friendly way compared to modification through acid treatment. In addition, the graphite surface can be modified within a relatively short process time (5 minutes to 15 minutes) compared to the graphite surface modification process through acid treatment and heat treatment.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법 중 플라즈마 처리 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 표면이 개질된 흑연과 표면이 개질되지 않은 흑연의 XPS 분석 그래프이다.
도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 방법으로 표면이 개질된 흑연과 표면이 개질되지 않은 흑연의 XPS 분석 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연의 산소 함유량을 비교하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연의 C/O 비율을 비교하는 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart specifically illustrating a plasma treatment step in a method for modifying a graphite surface according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an apparatus for modifying a graphite surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 3 .
5 is an XPS analysis graph of graphite with a surface-modified surface and graphite without a surface modification by the method according to an embodiment of the present invention.
6 is an XPS analysis graph of graphite with a surface-modified surface and graphite without a surface modification by a method according to a comparative example of the present invention.
7 is a graph comparing the oxygen content of graphite according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
8 is a graph comparing the C/O ratio of graphite according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.

여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법 중 플라즈마 처리 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart specifically illustrating a plasma treatment step in a graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법은, 흑연 분말 건조 단계(S100), 건조된 상기 흑연 분말을 베이스 챔버 내에 배치하는 단계(S200), 및 상기 흑연 분말을 플라즈마 처리하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대하여 구체적으로 설명된다. 1 and 2, the graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention includes a graphite powder drying step (S100), disposing the dried graphite powder in a base chamber (S200), and the graphite powder It may include a step of plasma processing (S300). Hereinafter, each step will be described in detail.

상기 S100 단계에서는, 흑연 분말이 건조될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 흑연 분말은 진공 오븐을 이용하여 60℃의 온도에서 건조될 수 있다. 이에 따라, 상기 흑연 분말 내의 수분이 제거될 수 있다. In the step S100, the graphite powder may be dried. As a specific example, the graphite powder may be dried at a temperature of 60° C. using a vacuum oven. Accordingly, moisture in the graphite powder may be removed.

상기 S200 단계에서는, 상기 S100 단계를 통하여 건조된 상기 흑연 분말이 베이스 챔버 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 챔버는, 내부에 빈 공간이 형성되고, 소정의 길이 및 직경을 갖는 원통 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 흑연 분말은, 상기 베이스 챔버 내부의 빈 공간에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 흑연 분말은 후술되는 S300 단계에서 플라즈마 처리되기 전, 대기 혹은 진공 분위기에서 건조될 수 있다.In the step S200, the graphite powder dried through the step S100 may be disposed in the base chamber. According to an embodiment, the base chamber may have an empty space therein, and may have a cylindrical shape having a predetermined length and diameter. In this case, the graphite powder may be disposed in an empty space inside the base chamber. According to an embodiment, the graphite powder may be dried in an atmospheric or vacuum atmosphere before being plasma-treated in step S300 to be described later.

상기 S300 단계에서는, 상기 베이스 챔버 내부에 배치된 상기 흑연 분말이 플라즈마 처리될 수 있다. 플라즈마(plasma)란 초고온, 강한 전계(electric field), 또는 고주파 전자계(electromagnetic field)에 의하여 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온 등으로 전리된 가스 상태를 말하며, 전하 분리도가 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띄고 있는 물질을 말한다. 이처럼 전리된 전자이온 등은 활성종(active species)이 되어 기존의 가열방식과는 달리 흑연 내부로 깊고 균일하게 침투하게 된다. 이에 따라, 플라즈마 처리된 흑연 분말의 표면 개질 효율은, 열처리된 흑연 분말의 표면 개질 효율보다 향상될 수 있다. In step S300, the graphite powder disposed inside the base chamber may be plasma-treated. Plasma refers to a gaseous state ionized into negatively charged electrons and positively charged ions by ultra-high temperature, strong electric field, or high-frequency electromagnetic field. A substance with the same number of charges is neutral. The ionized electron ions and the like become active species and penetrate deeply and uniformly into the graphite unlike the conventional heating method. Accordingly, the surface modification efficiency of the plasma-treated graphite powder may be improved than the surface modification efficiency of the heat-treated graphite powder.

일 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계(S300)는, 상기 베이스 챔버 내에 소스 가스를 주입하는 단계(S310), 상기 베이스 챔퍼 주위를 둘러싸는 전극에 MF(medium frequency: 중파)형 또는 RF(Radio frequency: 고주파)형 전원을 공급하여, 상기 소스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계(S320), 및 상기 베이스 챔버를, 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 단계(S330)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 아르곤(Ar) 가스, 또는 헬륨(He) 가스 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, in the plasma processing step (S300), injecting a source gas into the base chamber (S310), MF (medium frequency: medium frequency) type or RF (Radio) type to the electrode surrounding the base chamfer frequency: supplying a high frequency) type power to form a plasma from the source gas (S320), and rotating the base chamber in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the longitudinal direction of the base chamber (S330) ) may be included. For example, the source gas may include either argon (Ar) gas or helium (He) gas.

즉, 상기 흑연 분말이 배치된 상기 베이스 챔버 내부에 상기 소스 가스를 제공한 후 상기 전극에 전원을 공급하는 경우, 상기 소스 가스로부터 플라즈마가 형성되므로, 상기 흑연 분말이 플라즈마 처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 흑연 분말의 표면이 개질될 수 있다. That is, when power is supplied to the electrode after the source gas is provided in the base chamber in which the graphite powder is disposed, plasma is formed from the source gas, so that the graphite powder may be plasma-treated. Accordingly, the surface of the graphite powder may be modified.

일 실시 예에 따르면, 흑연의 플라즈마 처리는 진공 혹은 산소 가스 하에 수행되어, 산화 흑연으로 제조될 수 있다. 또한, 흑연에 암모니아(NH3)가스를 처리하거나, 제조된 산화 흑연으로부터 수소(H2)와 질소(N2) 가스를 혼합하여 흘려주며, 플라즈마 처리함으로써 질소 도핑을 통해 전기적, 화학적 특성이 조절될 수 있다. 이를 통해 제조된 플라즈마 처리된 흑연은 ultra-capacitor, field effect transistor, biosensor 등으로 응용될 수 있다. According to an embodiment, the plasma treatment of graphite may be performed under vacuum or oxygen gas, so that graphite oxide may be manufactured. In addition, the graphite is treated with ammonia (NH 3 ) gas, or hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) gas are mixed and flowed from the produced graphite oxide, and electrical and chemical properties are controlled through nitrogen doping by plasma treatment. can be The plasma-treated graphite manufactured through this process can be applied to ultra-capacitors, field effect transistors, biosensors, and the like.

또한, 상기 S330 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 흑연 분말이 플라즈마 처리되는 동안, 상기 베이스 챔버는 회전될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 챔버는, 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. In addition, as described above in step S330, while the graphite powder is plasma-treated, the base chamber may be rotated. According to an embodiment, the base chamber may be rotated in a clockwise or counterclockwise direction with respect to a longitudinal direction of the base chamber.

이에 따라, 상기 베이스 챔버 내부에 배치된 상기 흑연 분말은, 표면 개질 균일도가 향상될 수 있다. 즉, 상기 흑연 분말의 표면 전체가 고르게 플라즈마 처리될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 챔버가 회전되지 않는 상태에서 상기 흑연 분말이 플라즈마 처리되는 경우, 상기 흑연 분말은, 표면 개질 균일도가 저하될 수 있다. 즉, 상기 흑연 분말의 표면의 일부만 플라즈마 처리되는 문제점이 발생될 수 있다. Accordingly, the surface modification uniformity of the graphite powder disposed inside the base chamber may be improved. That is, the entire surface of the graphite powder may be plasma-treated evenly. On the other hand, when the graphite powder is plasma-treated in a state in which the base chamber is not rotated, the surface modification uniformity of the graphite powder may be reduced. That is, there may be a problem in that only a portion of the surface of the graphite powder is plasma-treated.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법을 통하여 플라즈마 처리된 상기 흑연 분말은, 표면 전체가 개질될 수 있다. 또한, 상술된 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법을 통하여 표면이 개될된 흑연 분말은, 기능성 물질과 반응될 수 있다. 이에 따라, 상기 흑연의 표면에 상기 기능성 물질이 도핑된 기능성 흑연 복합체가 제조될 수 있다. 표면이 개질된 상기 흑연 분말은 -OH 작용기로 인하여 (-) 전하를 표면에 띄고 있어 결합에 용이할 수 있다. As a result, the entire surface of the graphite powder subjected to plasma treatment through the graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention may be modified. In addition, the graphite powder whose surface has been modified through the graphite surface modification method according to the above-described embodiment may be reacted with a functional material. Accordingly, a functional graphite composite in which the functional material is doped on the surface of the graphite may be manufactured. The surface-modified graphite powder has a (-) charge on the surface due to the -OH functional group, and thus may be easily bonded.

예를 들어, 상기 기능성 물질은 APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane), MPTMS(3-Mercaptopropyltrimethoxysilane), 및 EDA(ethylene diamond) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 기능성 흑연 복합체는 다양한 표면 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 표면이 개질된 흑연 분말은 금속 전구체를 이용한 무전해 도금, 전해 도금 등의 공정을 통해 표면에 금속 박막을 형성함으로써 다양한 전기적, 열적 특성이 용이하게 부여될 수 있다. For example, the functional material may include any one of 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), and ethylene diamond (EDA). Accordingly, the functional graphite composite may exhibit various surface properties. In addition, various electrical and thermal properties can be easily imparted to the surface-modified graphite powder by forming a metal thin film on the surface through processes such as electroless plating and electrolytic plating using a metal precursor.

보다 구체적으로, 상술된 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법을 통하여 표면이 개질된 흑연은, 젖음성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 표면이 개질된 흑연은 다양한 소재들과 높은 계면 특성을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 상기 표면이 개질된 흑연은 다양한 소재들과 용이하게 반응될 수 있으므로, 다양한 표면 특성을 갖는 기능성 흑연 복합체가 용이하게 제조될 수 있다. More specifically, the graphite surface-modified through the graphite surface modification method according to the above-described embodiment, wettability may be improved. Accordingly, the surface-modified graphite may exhibit high interfacial properties with various materials. As a result, since the surface-modified graphite can be easily reacted with various materials, a functional graphite composite having various surface properties can be easily manufactured.

본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법은, 흑연 분말을 건조시키는 단계, 건조된 상기 흑연 분말을, 베이스 챔버 내에 배치하는 단계, 및 상기 베이스 챔버를 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 상기 베이스 챔버 내에 배치된 상기 흑연 분말을 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 흑연 구조의 손상을 최소화 하면서, 흑연 표면을 전체적으로 개질할 수 있다. The graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention includes drying graphite powder, disposing the dried graphite powder in a base chamber, and rotating the base chamber in a clockwise direction with respect to the longitudinal direction of the base chamber. Alternatively, rotating in a counterclockwise direction may include plasma-treating the graphite powder disposed in the base chamber. Accordingly, it is possible to modify the graphite surface as a whole while minimizing damage to the graphite structure.

또한, 질산, 황산과 같은 환경을 오염시키는 화학 약품 없이 표면 개질을 실시함으로써, 산처리를 통한 개질과 비교하여 친환경적으로 흑연 표면을 개질할 수 있다. 또한, 산처리와 열처리를 통한 흑연 표면 개질 공정과 비교하여 상대적으로 짧은 공정 시간(5분 내지 15분) 내에 흑연 표면을 개질할 수 있다. In addition, by performing the surface modification without chemicals that pollute the environment, such as nitric acid or sulfuric acid, it is possible to modify the graphite surface in an environmentally friendly way compared to modification through acid treatment. In addition, the graphite surface can be modified within a relatively short process time (5 minutes to 15 minutes) compared to the graphite surface modification process through acid treatment and heat treatment.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법이 설명되었다. 이하 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치가 설명된다. Above, a graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, an apparatus for modifying a graphite surface according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다. 3 is a view showing a graphite surface modifying apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치는 베이스 챔버(100), 및 전극(200)을 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 구체적으로 설명된다. 3 and 4 , the graphite surface modifying apparatus according to an embodiment of the present invention may include a base chamber 100 and an electrode 200 . Hereinafter, each configuration will be specifically described.

상기 베이스 챔버(100)는 내부에 빈 공간을 포함하며, 상기 빈 공간에 흑연 분말 및 소스 가스가 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 챔버(100)는 소정의 길이 및 직경을 갖는 원통 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 헬륨(He) 가스일 수 있다. The base chamber 100 includes an empty space therein, and graphite powder and a source gas may be disposed in the empty space. According to an embodiment, the base chamber 100 may have a cylindrical shape having a predetermined length and diameter. For example, the source gas may be argon (Ar) gas or helium (He) gas.

상기 베이스 챔버(100)는 제1 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향은 상기 베이스 챔버(100)의 길이 방향일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향은 도 3의 X축 방향일 수 있다. 상기 베이스 챔버(100)가 회전되는 경우, 상기 빈 공간 내에 배치된 상기 흑연 분말 또한 회전될 수 있다. The base chamber 100 may be rotated clockwise or counterclockwise about the first direction. According to an embodiment, the first direction may be a longitudinal direction of the base chamber 100 . For example, the first direction may be the X-axis direction of FIG. 3 . When the base chamber 100 is rotated, the graphite powder disposed in the empty space may also be rotated.

상기 전극(200)은, 상기 베이스 챔버(100)와 이격되어 상기 베이스 챔버(100)의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(200)은 링(ring) 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 전극(200)은 구리(Copper)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 전극(200)은 구리 코일(Copper coil)을 포함할 수 있다. The electrode 200 may be spaced apart from the base chamber 100 and disposed to surround the outer peripheral surface of the base chamber 100 . For example, the electrode 200 may have a ring shape. Also, the electrode 200 may include copper. As another example, the electrode 200 may include a copper coil.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극(200)은 제1 내지 제3 전극(210, 220, 230)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 전극(210, 220, 230)은, 상기 제1 방향(X축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. According to an embodiment, the electrode 200 may include first to third electrodes 210 , 220 , and 230 . The first to third electrodes 210 , 220 , and 230 may be disposed to be spaced apart from each other in the first direction (X-axis direction).

상기 전극(200)에 전원이 공급되는 경우, 상기 소스 가스로부터 플라즈마(plasma)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(200)에 공급되는 전원은, MF(medium frequency: 중파)형 또는 RF(Radio frequency: 고주파)형 전원일 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 챔버(100) 내에 배치된 상기 흑연 분말은 플라즈마 처리될 수 있다. 이로 인해, 상기 흑연 분말의 표면이 개질될 수 있다. When power is supplied to the electrode 200 , plasma may be formed from the source gas. For example, the power supplied to the electrode 200 may be a medium frequency (MF) type or a radio frequency (RF) type power source. Accordingly, the graphite powder disposed in the base chamber 100 may be plasma-treated. Due to this, the surface of the graphite powder may be modified.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극(200)에 전원이 공급됨과 함께, 상기 베이스 챔버(100)가 회전될 수 있다. 즉, 상기 베이스 챔버(100) 내부에 배치된 상기 흑연 분말이 회전되면서 플라즈마 처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 챔버 내부에 배치된 상기 흑연 분말은, 표면 개질 균일도가 향상될 수 있다. 즉, 상기 흑연 분말의 표면 전체가 고르게 플라즈마 처리될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 챔버가 회전되지 않는 상태에서 상기 흑연 분말이 플라즈마 처리되는 경우, 상기 흑연 분말은, 표면 개질 균일도가 저하될 수 있다. 즉, 상기 흑연 분말의 표면의 일부만 플라즈마 처리되는 문제점이 발생될 수 있다. According to an embodiment, while power is supplied to the electrode 200 , the base chamber 100 may be rotated. That is, the graphite powder disposed inside the base chamber 100 may be subjected to plasma processing while being rotated. Accordingly, the surface modification uniformity of the graphite powder disposed inside the base chamber may be improved. That is, the entire surface of the graphite powder may be plasma-treated evenly. On the other hand, when the graphite powder is plasma-treated in a state in which the base chamber is not rotated, the surface modification uniformity of the graphite powder may be reduced. That is, there may be a problem in that only a portion of the surface of the graphite powder is plasma-treated.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치를 통하여 플라즈마 처리된 상기 흑연 분말은, 표면 전체가 개질될 수 있다. 또한, 상술된 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치를 통하여 표면이 개질된 흑연 분말은, 기능성 물질과 반응될 수 있다. 이에 따라, 상기 흑연의 표면에 상기 기능성 물질이 도핑된 기능성 흑연 복합체가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 기능성 물질은 APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane), MPTMS(3-Mercaptopropyltrimethoxysilane), 및 EDA(ethylene diamond) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 기능성 흑연 복합체는 다양한 표면 특성을 나타낼 수 있다. As a result, the entire surface of the graphite powder plasma-treated through the graphite surface modifying apparatus according to an embodiment of the present invention may be modified. In addition, the graphite powder whose surface is modified through the graphite surface modifying apparatus according to the above-described embodiment may be reacted with the functional material. Accordingly, a functional graphite composite in which the functional material is doped on the surface of the graphite may be manufactured. For example, the functional material may include any one of 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), and ethylene diamond (EDA). Accordingly, the functional graphite composite may exhibit various surface properties.

보다 구체적으로, 상술된 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 장치를 통하여 표면이 개질된 흑연은, 젖음성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 표면이 개질된 흑연은 다양한 소재들과 높은 계면 특성을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 상기 표면이 개질된 흑연은 다양한 소재들과 용이하게 반응될 수 있으므로, 다양한 표면 특성을 갖는 기능성 흑연 복합체가 용이하게 제조될 수 있다. More specifically, the graphite surface-modified through the graphite surface modifying apparatus according to the above-described embodiment may have improved wettability. Accordingly, the surface-modified graphite may exhibit high interfacial properties with various materials. As a result, since the surface-modified graphite can be easily reacted with various materials, a functional graphite composite having various surface properties can be easily manufactured.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법 및 흑연 표면 개질 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연 표면 개질 방법의 구체적인 실시 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. In the above, a graphite surface modification method and a graphite surface modification apparatus according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, specific examples and characteristic evaluation results of the graphite surface modification method according to an embodiment of the present invention will be described.

실시 예 1에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Example 1

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 챔버내에 삽입한 후 챔버를 회전시키며 5분의 시간 동안 플라즈마(plasma) 처리하였다. 이에 따라, 실시 예 1에 따른 흑연이 제조되었다. 건조된 흑연 분말은 1회 표면 개질 공정마다 5g씩 사용되었다. After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, after inserting the dried graphite powder into the chamber, the chamber was rotated and plasma treatment was performed for 5 minutes. Accordingly, graphite according to Example 1 was prepared. 5 g of the dried graphite powder was used for each surface modification process.

실시 예 2에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Example 2

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 챔버내에 삽입한 후 챔버를 회전시키며 10분의 시간 동안 플라즈마(plasma) 처리하였다. 이에 따라, 실시 예 2에 따른 흑연이 제조되었다. 건조된 흑연 분말은 1회 표면 개질 공정마다 5g씩 사용되었다.After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, after inserting the dried graphite powder into the chamber, the chamber was rotated and plasma treatment was performed for 10 minutes. Accordingly, graphite according to Example 2 was prepared. 5 g of the dried graphite powder was used for each surface modification process.

실시 예 3에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Example 3

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 챔버내에 삽입한 후 챔버를 회전시키며 5분의 시간 동안 플라즈마(plasma) 처리하였다. 이에 따라, 실시 예 3에 따른 흑연이 제조되었다. 건조된 흑연 분말은 1회 표면 개질 공정마다 5g씩 사용되었다.After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, after inserting the dried graphite powder into the chamber, the chamber was rotated and plasma treatment was performed for 5 minutes. Accordingly, graphite according to Example 3 was prepared. 5 g of the dried graphite powder was used for each surface modification process.

비교 예 1에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Comparative Example 1

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 관상로에 삽입한 후 산소가 포함된 대기 분위기에서 350℃의 온도로 열처리하였다. 이에 따라, 비교 예 1에 따른 흑연이 제조되었다. After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, the dried graphite powder was inserted into the tube furnace and then heat-treated at a temperature of 350° C. in an atmospheric atmosphere containing oxygen. Accordingly, graphite according to Comparative Example 1 was prepared.

비교 예 2에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Comparative Example 2

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 관상로에 삽입한 후 산소가 포함된 대기 분위기에서 450℃의 온도로 열처리하였다. 이에 따라, 비교 예 2에 따른 흑연이 제조되었다. After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, the dried graphite powder was inserted into the tube furnace and then heat-treated at a temperature of 450° C. in an atmospheric atmosphere containing oxygen. Accordingly, graphite according to Comparative Example 2 was prepared.

비교 예 3에 따른 흑연 표면 개질Graphite surface modification according to Comparative Example 3

흑연 분말을 준비한 후 진공 오븐에서 60℃의 온도로 밤새 건조시켜 수분을 제거시켰다. 이후, 건조된 흑연 분말을 관상로에 삽입한 후 산소가 포함된 대기 분위기에서 550℃의 온도로 열처리하였다. 이에 따라, 비교 예 3에 따른 흑연이 제조되었다. After preparing the graphite powder, it was dried overnight at a temperature of 60° C. in a vacuum oven to remove moisture. Thereafter, the dried graphite powder was inserted into the tube furnace and then heat-treated at a temperature of 550° C. in an atmospheric atmosphere containing oxygen. Accordingly, graphite according to Comparative Example 3 was prepared.

상기 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연의 표면 개질 공정이 아래의 <표 1>을 통하여 정리된다. The surface modification process of graphite according to the Examples and Comparative Examples is summarized in <Table 1> below.

구분division 개질 방법reforming method 시간(min)/온도(℃)Time(min)/Temperature(℃) 실시 예 1Example 1 플라즈마(Plasma)Plasma 5 min5 min 실시 예 2Example 2 플라즈마(Plasma)Plasma 10 min10 min 실시 예 3Example 3 플라즈마(Plasma)Plasma 15 min15 min 비교 예 1Comparative Example 1 열처리(Thermal)Thermal 350℃350℃ 비교 예 2Comparative Example 2 열처리(Thermal)Thermal 450℃450℃ 비교 예 3Comparative Example 3 열처리(Thermal)Thermal 550℃550℃

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 표면이 개질된 흑연과 표면이 개질되지 않은 흑연의 XPS 분석 그래프이고, 도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 방법으로 표면이 개질된 흑연과 표면이 개질되지 않은 흑연의 XPS 분석 그래프이다. 5 is an XPS analysis graph of graphite with a surface-modified surface and graphite without a surface modification by the method according to an embodiment of the present invention, and FIG. XPS analysis graph of unmodified graphite.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 흑연 및 표면이 개질되지 않은 흑연(graphite)을 준비한 후, 각각에 대해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 수행하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. Referring to FIG. 5 , after preparing graphite and non-modified graphite according to Examples 1 to 3 of the present invention, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis is performed for each, and the The results are shown in FIG. 5 .

도 6을 참조하면, 본 발명의 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 흑연 및 표면이 개질되지 않은 흑연(graphite)을 준비한 후, 각각에 대해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 수행하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. Referring to FIG. 6 , after preparing graphite and non-modified graphite according to Comparative Examples 1 to 3 of the present invention, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis was performed for each, and the The results are shown in FIG. 6 .

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연 모두 C1s 와 O1s의 결합 에너지에서 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 표면이 개질되지 않은 흑연(graphite)에서도 O1s 피크가 관찰되나 이는 대기 중의 수분이 흡착되어 나타난 결과로 판단된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 흑연의 O1s 피크가 비교 예에 따른 흑연의 O1s 피크 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIGS. 5 and 6 , it was confirmed that a peak appeared in the binding energies of C1s and O1s in both graphite according to Examples and Comparative Examples of the present invention. An O1s peak is observed even in graphite whose surface is not modified, but this is considered to be the result of adsorption of moisture in the air. In addition, it was confirmed that the O1s peak of the graphite according to the embodiment of the present invention appeared higher than the O1s peak of the graphite according to the comparative example.

도 7은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연의 산소 함유량을 비교하는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 흑연의 C/O 비율을 비교하는 그래프이다. 7 is a graph comparing oxygen content of graphite according to Examples and Comparative Examples of the present invention, and FIG. 8 is a graph comparing C/O ratios of graphite according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 흑연(Thermal treatment 350℃, 450℃, 550℃) 및 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 흑연(Plasma treatment 5 min, 10 min, 15 min)과 표면이 개질되지 않은 흑연(graphite)를 준비한 후, 각각의 산소 함유량(Atomic percent, %)를 측정하여 나타내었다. 7, the graphite according to Comparative Examples 1 to 3 of the present invention (Thermal treatment 350 ℃, 450 ℃, 550 ℃) and the graphite according to Examples 1 to 3 (Plasma treatment 5 min, 10 min) , 15 min) and graphite with an unmodified surface were prepared, and the oxygen content (atomic percent, %) of each was measured and shown.

도 8을 참조하면, 본 발명의 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 흑연(Thermal treatment 350℃, 450℃, 550℃) 및 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 흑연(Plasma treatment 5 min, 10 min, 15 min)과 표면이 개질되지 않은 흑연(graphite)를 준비한 후, 각각의 C/O 비율(ratio)를 측정하여 나타내었다. 8, the graphite according to Comparative Examples 1 to 3 of the present invention (Thermal treatment 350 ℃, 450 ℃, 550 ℃) and the graphite according to Examples 1 to 3 (Plasma treatment 5 min, 10 min) , 15 min) and the surface of which is not modified graphite (graphite) were prepared, and the respective C/O ratios were measured and shown.

도 7 및 도 8의 결과가 아래의 <표 2>를 통해 정리된다. The results of FIGS. 7 and 8 are summarized in Table 2 below.

구분division C Atomic %C Atomic % O Atomic %O Atomic % C/O ratioC/O ratio GraphiteGraphite 91.4991.49 6.226.22 14.7114.71 비교 예 1(350℃)Comparative Example 1 (350°C) 92.6792.67 5.275.27 17.5817.58 비교 예 2(450℃)Comparative Example 2 (450°C) 90.9590.95 6.206.20 14.6714.67 비교 예 3(550℃)Comparative Example 3 (550°C) 88.3088.30 7.807.80 11.3211.32 실시 예 1(5min)Example 1 (5 min) 87.3987.39 10.4210.42 8.398.39 실시 예 2(10min)Example 2 (10 min) 88.1388.13 9.429.42 9.369.36 실시 예 3(15min)Example 3 (15 min) 87.2287.22 9.999.99 8.738.73

도 7 및 도 8, <표 2>를 통해 확인할 수 있듯이, 표면 개질 공정이 수행되지 않은 흑연(Graphite)의 경우 91.49%의 탄소 원자와 6.22%의 산소 원자를 포함하고 있으며 이는 공기 중의 수분을 흡착한 결과로 보이며 C/O 비율은 14.71로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIGS. 7 and 8 and <Table 2>, graphite that has not been subjected to a surface modification process contains 91.49% of carbon atoms and 6.22% of oxygen atoms, which adsorbs moisture in the air. As a result, it was confirmed that the C/O ratio was 14.71.

반면, 열처리에 의해 표면 개질된 비교 예에 따른 흑연의 경우 350℃(비교 예 1)의 온도에서는 표면 개질이 거의 일어나지 않는 것을 확인할 수 있으며, 온도가 상승할수록 산소 함량이 증가하고 C/O 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, in the case of graphite according to the comparative example surface-modified by heat treatment, it can be seen that the surface modification hardly occurs at a temperature of 350 ° C. (Comparative Example 1), and as the temperature increases, the oxygen content increases and the C/O ratio decreases. decrease could be observed.

이와 달리, 플라즈마에 의해 표면 개질된 실시 예에 따른 흑연의 경우, 플라즈마 처리 시간에 따라 구체적인 원자 함량의 차이가 있으나 C/O 비율은 비슷한 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 실시 예에 따른 흑연은 비교 예에 따른 흑연과 보다 표면 개질 효율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 플라즈마 처리 시간을 15분까지 늘렸음에도 5분간 처리된 흑연과 비슷한 C/O 비율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 표면 개질 방법으로 흑연 표면을 개질하는 경우, 5분의 짧은 시간으로 흑연의 표면 개질이 가능한 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of graphite according to the embodiment surface-modified by plasma, there is a difference in specific atomic content depending on the plasma treatment time, but it can be confirmed that the C/O ratio shows similar values. Accordingly, it was confirmed that the graphite according to the example had higher surface modification efficiency than the graphite according to the comparative example. In addition, it was confirmed that the C/O ratio was similar to that of graphite treated for 5 minutes even when the plasma treatment time was increased to 15 minutes. Accordingly, when the graphite surface is modified by the surface modification method according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the surface modification of the graphite is possible in a short time of 5 minutes.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

Claims (11)

흑연 분말을 건조시키는 단계;
건조된 상기 흑연 분말을, 베이스 챔버 내에 배치하는 단계;
상기 베이스 챔버를 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 상기 베이스 챔버 내에 배치된 상기 흑연 분말을 5분 이상 15분 이하 동안 플라즈마 처리하여, 표면이 개질된 흑연을 준비하는 단계; 및
상기 표면이 개질된 흑연과 기능성 물질을 반응시켜, 상기 표면이 개질된 흑연의 표면에 상기 기능성 물질을 도핑하는 단계를 포함하고,
상기 기능성 물질은, APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane), MPTMS(3-
Mercaptopropyltrimethoxysilane), 및 EDA(ethylene diamond) 중 어느 하나를 포함하며,
상기 표면이 개질된 흑연은, -OH 작용기로 인하여 표면에 (-) 전하를 띄는 것을 포함하되,
상기 표면이 개질된 흑연을 준비하는 단계는,
상기 베이스 챔버 내에 소스 가스를 주입하는 단계;
상기 베이스 챔버 주위를 둘러싸는 전극에 MF(medium frequency)형 또는
RF(Radio frequency)형 전원을 공급하여, 상기 소스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
상기 베이스 챔버를, 상기 베이스 챔버의 길이 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 단계를 포함하고,
상기 전극은 상기 베이스 챔버와 이격되어 상기 베이스 챔버의 외주면을 감싸는 구리 코일(Copper coil)을 포함하며,
상기 베이스 챔버 내에는, 상기 베이스 챔버의 길이 방향으로 연장되는 제1 내지 제4 격벽이 상기 베이스 챔버의 내주면을 따라 서로 이격되어 배치된 것을 포함하는 기능성 흑연 복합체의 제조 방법.
drying the graphite powder;
disposing the dried graphite powder in a base chamber;
Rotating the base chamber in a clockwise or counterclockwise direction about the longitudinal direction of the base chamber, and plasma-treating the graphite powder disposed in the base chamber for 5 minutes or more and 15 minutes or less, to obtain surface-modified graphite preparing; and
Reacting the surface-modified graphite with a functional material, comprising the step of doping the functional material on the surface of the surface-modified graphite,
The functional material is APTES (3-Aminopropyltriethoxysilane), MPTMS (3-
Mercaptopropyltrimethoxysilane), and any one of EDA (ethylene diamond),
The surface-modified graphite includes a (-) charge on the surface due to the -OH functional group,
The step of preparing the surface-modified graphite,
injecting a source gas into the base chamber;
MF (medium frequency) type or an electrode surrounding the base chamber
forming a plasma from the source gas by supplying a radio frequency (RF) type power; and
Comprising the step of rotating the base chamber, clockwise or counterclockwise about the longitudinal direction of the base chamber,
The electrode is spaced apart from the base chamber and includes a copper coil surrounding the outer circumferential surface of the base chamber,
In the base chamber, first to fourth barrier ribs extending in the longitudinal direction of the base chamber are disposed to be spaced apart from each other along the inner circumferential surface of the base chamber.
 제1 항에 있어서,
플라즈마 처리된 상기 흑연 분말은, 표면 전체가 개질된 것을 포함하는 기능성 흑연 복합체의 제조 방법.
According to claim 1,
The plasma-treated graphite powder is a method of manufacturing a functional graphite composite comprising a modified entire surface.
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