KR102600019B1 - Method of preparing graphene-graphene fused material and method of preparing graphene-substrate composite using the same - Google Patents
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Abstract
그래핀-그래핀 융합체의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법은 (a) 나노 그래핀 및 상기 나노 그래핀 표면에 구비되고, 나노 그래핀 간을 접합시키기 위한 나노 메탈을 포함하는 나노 그래핀-메탈 복합체를 복수개로 형성시키는 단계; (b) 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 단계; 및 (c) 나노 그래핀-메탈 복합체를 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다. 이에 의하면, 제조된 그래핀-그래핀 융합체는 간단한 공정을 통해 그래핀 간의 연결성 및 접착강도가 향상되고, 그래핀의 기질내 분산성이 증가함에 따라서 열전도성, 전기전도성, 가스 등의 배리어 특성이 더욱 향상되도록 구현된 그래핀-기질 복합체를 구현하기에 더욱 적합하다. 또한, 사출성형성이 향상되고, 기계적 강도의 저하가 최소화된 그래핀-기질 복합체를 구현할 수 있다.A method for producing graphene-graphene fusion is provided. The method for producing a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention is (a) nano graphene including nano graphene and nano metal provided on the surface of the nano graphene and for bonding the nano graphene. - Forming a plurality of metal composites; (b) forming a polydopamine layer on the outer surface of the nano graphene-metal composite; And (c) heat treating the nano graphene-metal composite to produce a graphene-graphene fusion in which the nano metal provided in the nano graphene-metal composite is melt-bonded. It can be. According to this, the manufactured graphene-graphene fusion improves the connectivity and adhesive strength between graphene through a simple process, and as the dispersibility of graphene in the matrix increases, barrier properties such as thermal conductivity, electrical conductivity, and gas are improved. It is more suitable for implementing graphene-matrix composites that are implemented to be further improved. In addition, it is possible to implement a graphene-matrix composite with improved injection moldability and minimal reduction in mechanical strength.
Description
본 발명은 그래핀-그래핀 융합체에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 기질 내에서 그래핀 간의 연결성, 접착강도 및 융합체의 분산성을 동시에 향상시켜 열전도성, 전기전도성 및 기계적 강도가 더욱 향상된 기재를 구현할 수 있는 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법 및 상기 그래핀-그래핀 융합체를 이용한 그래핀-기질 복합체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene-graphene fusion, and more specifically, to implement a substrate with further improved thermal conductivity, electrical conductivity, and mechanical strength by simultaneously improving the connectivity between graphene, adhesive strength, and dispersibility of the fusion within the substrate. It relates to a method of manufacturing a graphene-graphene fusion and a method of manufacturing a graphene-matrix composite using the graphene-graphene fusion.
그래핀(graphene)은 sp2 탄소원자들이 벌집 격자를 이룬 형태의 2차원 나노 시트를 의미하며, 높은 비표면적과 우수한 전기전도도 및 기계적 강도로 인해 리튬 이온 전지의 음극 활물질 및 초고용량 커패시터의 전극 활물질로서 사용 가능성이 높아지고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그래핀은 2차원 나노 시트 단일층으로 구성된다. 이러한 그래핀은 미래 소재산업의 핵심 소재로 대두되고 있다.Graphene refers to a two-dimensional nanosheet in which sp2 carbon atoms form a honeycomb lattice. Due to its high specific surface area, excellent electrical conductivity and mechanical strength, it is used as a negative electrode active material for lithium-ion batteries and an electrode active material for ultra-high capacity capacitors. The possibility of use is increasing. As shown in Figure 1, graphene consists of a single layer of two-dimensional nanosheets. Graphene is emerging as a core material for the future materials industry.
그래핀은 대면적 그래핀 시트(sheet)로 응용하기 위하여 화학기상증착 공정(Chemical Vapor Deposition Process)를 이용하여 제조하는 방법이 제안되고 있기는 하나, 이러한 방법은 copper 기판 위에서만 수행 가능하고, 제조자체가 용이하지 않거나 경제성, 생산성에서 좋지 않은 문제점을 갖고 있다. Although a method of manufacturing graphene using a chemical vapor deposition process has been proposed to apply it as a large-area graphene sheet, this method can only be performed on a copper substrate and cannot be manufactured. It is not easy or has problems with poor economic efficiency and productivity.
이에 제조된 그래핀을 파우더 형상으로 제조한 후 폴리머 등의 기질과 혼합하여 대면적의 시트를 제조하는 방법이 제안되었으나, 그래핀 파우더가 기질과 혼합될 때 분산성이 매우 좋지 못해 그래핀 파우더가 뭉쳐서 분포되는 문제가 있다. 이러한 문제점은 환원된 그래핀에서 특히 더 많이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 그래핀옥사이드를 사용할 경우 사용되는 그래핀 종류의 선택 제한 및 그래핀옥사이드 사용에 따른 열전도도, 전기전도도 저하 등의 문제가 있다.Accordingly, a method of producing a large-area sheet by manufacturing the produced graphene in powder form and then mixing it with a substrate such as a polymer was proposed. However, the dispersibility of the graphene powder is very poor when mixed with the substrate, so the graphene powder There is a problem with clustering and distribution. This problem occurs especially frequently in reduced graphene. To prevent this, when using graphene oxide, there are problems such as limitations in the selection of the type of graphene used and a decrease in thermal and electrical conductivity due to the use of graphene oxide.
또한, 기질의 종류에 따라서 맞닿는 그래핀과 기질의 계면 사이에 미세하게 들뜬 부분이 존재하고, 계면특성의 저하로 인하여 열전도성, 전기전도성, 가스 등의 배리어 특성이 현저히 저하되는 문제가 있다. In addition, depending on the type of substrate, there is a finely lifted portion between the interface between the contacting graphene and the substrate, and there is a problem in that barrier properties such as thermal conductivity, electrical conductivity, and gas are significantly reduced due to the deterioration of the interface properties.
이를 해결하기 위하여 기질물질의 종류에 따라서 -COOH, -COO-, -OH, -NH 등의 여러 종류의 관능기를 도 2와 같이 나노 그래핀의 모서리 등에 구비시키는 방법이 제안되었는데, 나노 그래핀의 모서리 등에 functional group를 만들어주는 공정은 통상적으로 산 또는 알칼리 등의 액상에서 수행될 수 있으나 이러한 공정은 후속 공정이 많아져서 경제성이 좋지 않을 뿐만 아니라 생산성이 매우 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 관능기를 구비시켜도 그래핀의 분산성 향상에 한계가 있다.In order to solve this problem, a method of providing various types of functional groups such as -COOH, -COO - , -OH, and -NH according to the type of substrate material at the corners of nano graphene as shown in Figure 2 was proposed. The process of creating functional groups at edges, etc. can usually be performed in a liquid phase such as acid or alkali, but this process has the problem of not only being economically unsatisfactory due to the increased number of subsequent processes, but also having very poor productivity. In addition, even if functional groups are provided, there is a limit to improving the dispersibility of graphene.
한편, 그래핀의 분산성을 더욱 향상시킨 경우에도 분말의 그래핀 간 사이의 공간에는 기질물질이 존재하고, 상기 기질물질이 그래핀에 비해 열적, 전기적 특성 등이 좋지 않을 경우 제조된 시트의 열적, 전기적 특성을 목적하는 수준까지 향상시킬 수 없는 문제가 있다. 나아가 이를 해결하기 위하여 그래핀 분말의 함량을 시트내 현저히 증가시켜 그래핀 간 이격거리를 감소시킬 경우 시트 성형성이 저하되고, 시트의 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다.On the other hand, even when the dispersibility of graphene is further improved, a substrate material exists in the space between the graphene of the powder, and if the substrate material has poor thermal and electrical properties compared to graphene, the thermal and electrical properties of the manufactured sheet are reduced. , there is a problem that the electrical characteristics cannot be improved to the desired level. Furthermore, in order to solve this problem, when the content of graphene powder is significantly increased in the sheet to reduce the separation distance between graphene, the formability of the sheet is reduced and the mechanical strength of the sheet is reduced.
이에 기질 내에서 그래핀 간의 연결성, 접착강도 및 분산성을 동시에 향상시켜 열전도성, 전기전도성이 더욱 향상되도록 구현될 수 있는 기재에 대한 연구개발이 시급한 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to research and develop a substrate that can be implemented to further improve thermal and electrical conductivity by simultaneously improving the connectivity, adhesive strength, and dispersibility between graphenes within the substrate.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 그래핀 간의 연결성 및 접착강도가 향상된 그래핀-그래핀 융합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention was conceived in consideration of the above points, and its purpose is to provide a graphene-graphene fusion with improved connectivity and adhesive strength between graphenes and a method for manufacturing the same.
또한, 본 발명은 그래핀의 기질내 분산성을 향상시킬 수 있는 그래핀-그래핀 융합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a graphene-graphene fusion that can improve the dispersibility of graphene in a matrix and a method for manufacturing the same.
나아가, 본 발명은 기질 내에서 그래핀 간의 연결성, 접착강도 및 분산성을 동시에 향상시켜 열전도성, 전기전도성이 더욱 향상되도록 구현된 그래핀-기질 복합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a graphene-matrix composite implemented to further improve thermal and electrical conductivity by simultaneously improving the connectivity, adhesive strength, and dispersibility between graphenes in the substrate, and a method for manufacturing the same. .
더불어, 본 발명은 기질내에 그래핀-그래핀 융합체의 함량을 높게 구현하더라도 기계적 강도의 저하가 최소화되는 그래핀-기질 복합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a graphene-matrix composite and a method of manufacturing the same that minimize the decrease in mechanical strength even when a high content of the graphene-graphene fusion is implemented in the substrate.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (a) 나노 그래핀 및 상기 나노 그래핀 표면에 구비되고, 나노 그래핀 간을 접합시키기 위한 나노 메탈을 포함하는 나노 그래핀-메탈 복합체를 복수개로 형성시키는 단계; (b) 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 단계; 및 (c) 나노 그래핀-메탈 복합체를 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계;를 포함하는 그래핀-그래핀 융합체 제조방법을 제공한다.In order to solve the above-described problem, the present invention provides (a) a plurality of nano graphene-metal composites including nano graphene and nano metal provided on the nano graphene surface and bonding the nano graphene to each other. step; (b) forming a polydopamine layer on the outer surface of the nano graphene-metal composite; and (c) heat treating the nano graphene-metal composite to produce a graphene-graphene fusion in which the nano metal provided in the nano graphene-metal composite is melt-bonded. A method for manufacturing a pin-graphene fusion is provided.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 나노 그래핀-메탈 복합체는 나노 그래핀의 표면에 나노 메탈 입자를 코팅하거나 나노 메탈 입자를 접합시켜 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nano graphene-metal composite may be formed by coating nano metal particles on the surface of nano graphene or bonding nano metal particles.
또한, 상기 그래핀-그래핀 융합체는 복수개의 나노 그래핀이 열을 지어 연결된 단일체인(single-chain) 또는 복수개의 상기 단일체인이 서로 불규칙적으로 연결된 복합체 형상일 수 있다.Additionally, the graphene-graphene fusion may be a single-chain in which a plurality of nano-graphenes are connected in a row or a composite in which a plurality of the single chains are irregularly connected to each other.
또한, 상기 (b) 단계의 열처리는 나노 메탈의 융점보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.Additionally, the heat treatment in step (b) may be performed at a temperature higher than the melting point of the nano metal.
또한, 상기 나노 메탈은 니켈, 구리, 금, 백금 및 은 중 어느 하나 이상일 수 있다.Additionally, the nano metal may be any one or more of nickel, copper, gold, platinum, and silver.
또한, 상기 폴리도파민층은 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 나노 메탈 상에 구비될 수 있다.Additionally, the polydopamine layer may be provided on the nano metal of the nano graphene-metal composite.
또한, (b) 단계에서 상기 폴리도파민층은 (a) 단계에서의 나노 그래핀-메탈 복합체 100 중량부에 대하여 5 ~ 25 중량부로 구비될 수 있다.Additionally, in step (b), the polydopamine layer may be provided in an amount of 5 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano graphene-metal composite in step (a).
또한, 상기 (a) 단계의 나노 메탈은 직경이 25㎚ 이상일 수 있다.Additionally, the nanometal in step (a) may have a diameter of 25 nm or more.
또한, 본 발명은 (a) 나노 그래핀 및 상기 나노 그래핀 표면에 구비되고, 나노 그래핀 간을 접합시키기 위한 나노 메탈을 포함하는 나노 그래핀-메탈 복합체를 복수개로 형성시키는 단계; (b) 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 단계; (c) 나노 그래핀-메탈 복합체를 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계; 및 (d) 제조된 그래핀-그래핀 융합체를 분쇄 후 기질 내부에 분산시키는 단계;를 포함하는 그래핀-기질 복합체 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of (a) forming a plurality of nano graphene-metal composites including nano graphene and a nano metal provided on the surface of the nano graphene and for bonding the nano graphene; (b) forming a polydopamine layer on the outer surface of the nano graphene-metal composite; (c) heat treating the nano graphene-metal composite to produce a graphene-graphene fusion body in which the nano metal provided in the nano graphene-metal composite is melt-bonded; and (d) pulverizing the prepared graphene-graphene fusion and dispersing it inside the substrate.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 (a) 단계의 나노 메탈은 직경이 25㎚ 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the nanometal in step (a) may have a diameter of 25 nm or more.
또한, 본 발명은 복수개의 나노 그래핀; 나노 그래핀의 외부면에 구비되어 상기 나노 그래핀 간을 용융접합시키는 나노 메탈; 및 적어도 상기 나노 메탈의 외부면에 구비되는 폴리도파민층;을 포함하는 그래핀-그래핀 융합체를 제공한다.In addition, the present invention includes a plurality of nano graphene; Nano metal provided on the outer surface of nano graphene to melt-bond the nano graphene; And it provides a graphene-graphene fusion comprising a polydopamine layer provided at least on the outer surface of the nano metal.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 그래핀-그래핀 융합체는 복수개의 나노 그래핀이 열을 지어 연결된 단일체인(single-chain) 또는 복수개의 상기 단일체인이 서로 불규칙적으로 연결된 복합체 형상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the graphene-graphene fusion may be a single-chain in which a plurality of nano-graphenes are connected in a row, or a composite shape in which a plurality of the single chains are irregularly connected to each other. .
또한, 상기 그래핀-그래핀 융합체는 나노 그래핀 및 나노 메탈 중량 총합 100 중량부에 대하여 폴리도파민층을 5 ~ 25 중량부로 구비할 수 있다.Additionally, the graphene-graphene fusion may include 5 to 25 parts by weight of a polydopamine layer based on 100 parts by weight of the total weight of nano graphene and nano metal.
또한, 본 발명은 기질; 및 상기 기질 내부에 분산된 본 발명에 따른 그래핀-그래핀 융합체;를 포함하는 그래핀-기질 복합체를 제공한다.Additionally, the present invention relates to a substrate; and a graphene-graphene fusion according to the present invention dispersed within the substrate.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 그래핀-그래핀 융합체는 그래핀-기질 복합체 전체 중량에 대하여 60 중량% 이상 구비할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the graphene-graphene fusion may be included in an amount of 60% by weight or more based on the total weight of the graphene-matrix composite.
본 발명에 의하면, 그래핀-그래핀 융합체는 간단한 공정을 통해 그래핀 간의 연결성 및 접착강도가 향상되고, 그래핀의 기질내 분산성이 증가함에 따라서 열전도성, 전기전도성, 가스 등의 배리어 특성이 더욱 향상되도록 구현된 그래핀-기질 복합체를 구현하기에 더욱 적합하다. 또한, 기질내에 그래핀-그래핀 융합체의 함량을 높게 구현하더라도 사출성형성이 용이하고, 기계적 강도의 저하가 최소화된 그래핀-기질 복합체를 구현할 수 있고, 이를 통해 플렉서블 디스플레이의 기판 소재, 리튬이온전지와 초고용량 커패시터의 전극소재 등으로 널리 응용될 수 있다.According to the present invention, the graphene-graphene fusion improves the connectivity and adhesive strength between graphene through a simple process, and as the dispersibility of graphene in the matrix increases, barrier properties such as thermal conductivity, electrical conductivity, and gas are improved. It is more suitable for implementing graphene-matrix composites that are implemented to be further improved. In addition, even if a high content of graphene-graphene fusion is implemented in the substrate, a graphene-matrix composite can be implemented that is easy to injection mold and minimizes the decrease in mechanical strength, and through this, the substrate material for flexible displays, lithium ion It can be widely applied as an electrode material for batteries and ultra-high capacity capacitors.
도 1은 2차원 나노 시트(2-D nanosheet) 단일층의 그래핀을 도시한 구조도이다.
도 2는 나노 그래핀의 모서리에 -COOH, -COO-, -OH, -NH 등의 여러 종류의 관능기가 형성된 상태를 도식적으로 표시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-기질 복합체의 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 제조 방법에 사용되는 나노 그래핀-메탈 융합체의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 접합상태를 예시적으로 도시한 것으로써, 도 5a는 그래핀의 길이방향으로 접합된 그래핀-그래핀 융합체를 나타내는 도면이며, 도 5b는 그래핀의 수직방향으로 접합된 그래핀-그래핀 융합체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 구조를 예시적으로 도시한 것으로써, 도 5a는 단일 체인 형태를 나타낸 도면이고, 도 5b는 복합 체인 형태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-기질 복합체를 예시적으로 도시한 것으로써, 도 7a는 단일 체인 형태의 그래핀-그래핀 융합체가 폴리머 기질에 분산된 것을 나타낸 도면이고, 도 7b는 복합 체인 형태의 그래핀-그래핀 융합체가 폴리머 기질에 분산된 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법에 사용되는 나노 그래핀-메탈 융합체의 일예로써, 나노 그래핀-니켈 융합체의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법에 사용되는 나노 그래핀-메탈 융합체의 일예에서 나노 그래핀과 니켈이 RF 플라즈마 시스템에서 성공적으로 융합됨을 보여주는 X선 회절 분석(XRD) 결과로써, 도 9a는 RF 플라즈마 처리 전(나노 그래핀-니켈 혼합물)의 XRD 결과이고, 도 9b는 RF 플라즈마처리 후(나노 그래핀-니켈 융합물)의 XRD 결과이다. Figure 1 is a structural diagram showing a single layer of graphene as a 2-D nanosheet.
Figure 2 schematically shows the state in which various types of functional groups such as -COOH, -COO - , -OH, and -NH are formed at the edges of nanographene.
Figure 3 is a flow chart sequentially showing a method for manufacturing a graphene-matrix composite according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of a nano graphene-metal fusion used in the method of manufacturing a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exemplary illustration of a bonded state of a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention, and Figure 5a is a diagram showing a graphene-graphene fusion bonded in the longitudinal direction of graphene. , Figure 5b is a diagram showing a graphene-graphene fusion body bonded in the vertical direction of graphene.
FIG. 6 exemplarily shows the structure of a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram showing a single chain form, and FIG. 5B is a diagram showing a complex chain form.
FIG. 7 is an exemplary illustration of a graphene-matrix composite according to an embodiment of the present invention. FIG. 7A is a diagram showing a single chain graphene-graphene fusion dispersed in a polymer matrix, FIG. 7b is a diagram showing a graphene-graphene fusion in the form of a complex chain dispersed in a polymer matrix.
Figure 8 is an electron microscope (SEM) photograph of a nano graphene-nickel fusion as an example of a nano graphene-metal fusion used in the manufacturing method of a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an X-ray diffraction showing that nano graphene and nickel are successfully fused in an RF plasma system in an example of a nano graphene-metal fusion used in a method of manufacturing a graphene-graphene fusion according to an embodiment of the present invention. As an analysis (XRD) result, Figure 9a is the XRD result before RF plasma treatment (nano graphene-nickel mixture), and Figure 9b is the XRD result after RF plasma treatment (nano graphene-nickel fusion).
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and identical or similar components are given the same reference numerals throughout the specification.
본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀-기질 복합체의 제조방법은 본 발명에 따른 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법을 포함하여 수행됨에 따라서 그래핀-그래핀 융합체의 제조방법은 그래핀-기질 복합체의 제조방법의 설명으로 갈음한다.Since the method for producing a graphene-matrix composite according to an embodiment of the present invention includes the method for producing a graphene-graphene fusion according to the present invention, the method for producing a graphene-graphene fusion is performed using a graphene-substrate. This is replaced with a description of the manufacturing method of the composite.
구체적으로 도 3에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-기질 복합체는, 나노 그래핀과 나노 메탈로 구성되는 나노 그래핀-메탈 복합체들을 형성하는 (a) 단계(S100), 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 (b) 단계(S200), 상기 나노그래핀-메탈 복합체를 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 (c) 단계(S300) 및 제조된 그래핀-그래핀 융합체를 분쇄 후 기질 내부에 분산시키는 (d) 단계(S400)를 수행하여 제조될 수 있다. Specifically, as shown in FIG. 3, the graphene-substrate composite according to an embodiment of the present invention includes (a) step (S100) of forming nano graphene-metal composites composed of nano graphene and nano metal, Step (b) of forming a polydopamine layer on the outer surface of the nano graphene-metal composite (S200), heat treating the nano graphene-metal composite to form graphene with nano metal provided in the nano graphene-metal composite. -Step (c) of manufacturing a graphene-graphene fusion in which a metal composite is fused together (S300) and step (d) of pulverizing the prepared graphene-graphene fusion and dispersing it inside the substrate (S400) can be manufactured.
먼저, 본 발명에 따른 (a) 단계(S100)는 나노 그래핀의 표면에 나노 메탈 입자를 코팅하거나 나노 메탈 입자를 접합시킴으로써, 나노 그래핀의 표면에 나노 메탈이 구비된 나노 그래핀-메탈 복합체를 형성하는 단계이다. First, step (a) (S100) according to the present invention is a nano graphene-metal composite in which nano metal is provided on the surface of nano graphene by coating nano metal particles on the surface of nano graphene or bonding nano metal particles. This is the stage of forming.
도 4에 도시된 것과 같이, 나노 그래핀-메탈 복합체(10)를 제조하기 위하여 나노 그래핀(11) 표면에 나노 메탈(12) 입자를 코팅하거나 접합시키는 방법은 RF 플라즈마 공정 또는 습식공정을 사용하여 실시할 수 있으나, 바람직하게는 RF 플라즈마 공정을 통해 수행될 수 있다. 이는 RF 플라즈마 공정이 아닌 습식공정을 통해서는 나노 그래핀 표면에 구비되는 나노 메탈의 입경, 함량, 위치 제어가 어렵기 때문이며, RF 플라즈마 공정을 통해 목적하는 직경의 나노메탈을 보다 용이하게 그래핀 표면에 구비시킬 수 있다. 나노 메탈은 후술하는 것과 같이 나노 그래핀들을 서로 연결시켜 주는 접합재료로 사용되는데, 만일 나노 메탈의 입경이 제어되지 못하여 너무 작거나 함량이 제어되지 못하여 너무 적게 구비될 경우 그래핀 간의 접합이 용이하지 않고, 용융된 나노 메탈을 통하여 그래핀 간이 접합되더라도 그래핀-그래핀 융합체가 쉽게 분리될 수 있는 문제가 있다. 또한, 나노 메탈의 입경이 제어되지 못해 과도하게 크거나 함량이 제어되지 못해 과도하게 포함될 경우 그래핀-그래핀 융합체에서의 나노 메탈의 함량이 증가하고, 이로 인하여 그래핀을 통하여 목적하는 물성의 달성이 어려울 수 있다. 이에 따라서 나노 그래핀-메탈 복합체의 제조는 RF 플라즈마를 통해 수행함이 보다 더 바람직할 수 있다.As shown in Figure 4, the method of coating or bonding nano metal (12) particles to the surface of nano graphene (11) to produce nano graphene-metal composite (10) uses an RF plasma process or wet process. However, it is preferably performed through an RF plasma process. This is because it is difficult to control the particle size, content, and position of the nano metal provided on the nano graphene surface through a wet process rather than an RF plasma process, and the RF plasma process allows nanometal of the desired diameter to be more easily placed on the graphene surface. It can be provided in . Nanometal is used as a bonding material that connects nanographenes to each other, as will be described later. If the particle size of nanometal is not controlled and is therefore too small or the content is not controlled and too little is provided, bonding between graphenes is not easy. However, even if graphene is bonded through molten nanometal, there is a problem that the graphene-graphene fusion body can be easily separated. In addition, if the particle size of the nanometal is uncontrolled and is excessively large or the content is uncontrolled and excessively included, the content of nanometal in the graphene-graphene fusion increases, thereby achieving the desired physical properties through graphene. This can be difficult. Accordingly, it may be more desirable to manufacture the nano graphene-metal composite using RF plasma.
또한, RF 플라즈마를 통하여 나노 메탈(12)을 나노 그래핀(11) 외부면에 배치시킬 경우 나노 메탈(12)과 나노 그래핀(11)의 결합강도가 매우 우수할 수 있으며, 상기 나노메탈(12)과 나노 그래핀(11)은 화학결합을 통해 결합될 수 있다. 구체적으로 도 8에서의 SEM 사진을 통해 RF 플라즈마를 통해서 형성된 나노 그래핀-니켈 복합체를 살펴보면, 나노 그래핀 위에 나노 니켈이 잘 형성(nucleation)되었음을 보여준다. 이때, 도 9a는 RF 플라즈마 처리 전의 나노 그래핀과 니켈이 혼합물 상태일 때의 XRD 결과인데, RF 플라즈마 처리 전에는 각각의 물질 간에 어떠한 결합이 없이 각각의 물질에 대하여 고유의 방위각에서 피크를 나타내는데 반하여, 도 9b와 같이 RF 플라즈마 처리 후에 제조된 나노 그래핀-니켈 복합체는 니켈카바이드(NiC)에 대한 피크를 나타냄에 따라서 그래핀과 니켈이 단지 물리적 결합이 아니라 화학결합을 하고 있음을 보여준다.In addition, when the
상기 나노 그래핀(11)은 두께가 나노(nano) 사이즈이고, 길이나 넓이는 마이크론(micron) 사이즈일 수 있고, 구체적으로 길이가 1~ 100㎛ 범위일 수 있다. 또한, 상기 나노 그래핀은 보다 향상된 전기전도성, 열전도성, 가스배리어 특성을 발현하기 위하여 환원된 그래핀옥사이드일 수 있다. The
또한, 상기 나노 메탈(12)은 그래핀 간을 접착시키는 접합물질로 기능하며, 나노 메탈로 그래핀이 연결됨을 통하여 그래핀들이 이격되어 기질 상에 분산될 때에 비하여 우수한 전기전도성, 열전도성, 가스배리어 특성을 발현시킬 수 있다. 또한, 상기 나노 메탈은 후술하는 폴리도파민층이 생성 및 구비를 원활히 하는 역할을 한다.In addition, the
상기 나노 메탈(12)은 그래핀의 전기전도성, 열전도성 등을 저하시키지 않으면, 그래핀 간을 용이하게 용융접합시킬 수 있을 정도의 융점을 가지는 동시에 그래핀에서 쉽게 박리되지 않을 수 있는 종류의 메탈소재인 경우 제한없이 사용될 수 있다. 일예로, 상기 나노 메탈(12)은 니켈, 구리, 금, 백금 및 은 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 나노 메탈은 형상이 입상일 수 있으며, 구와 같은 정형적인 형상이나, 비정형적 형상일 수 있다. The
이때, 상기 나노 메탈(12)이 입상일 경우 평균입경은 25㎚ 이상일 수 있다. 본 발명에서 나노 메탈은 그래핀 간을 연결, 접합시키기 위한 접합물질로 기능하는데, 입경이 과소할 경우 그래핀 간의 접합기능을 제대로 수행하지 못할 수 있다. 특히, 제조된 그래핀-그래핀 융합체는 기질 상에 분산되기 전 분쇄공정을 거치게 되는데, 그래핀 간의 접합력이 약화된 그래핀-그래핀 융합체는 분쇄공정에서 각각의 그래 핀으로 분리되어 기질 상에 분산되었을 때 목적하는 물성을 발현하지 못할 수 있다. 이에 따라서, 나노 그래핀 표면에 구비되는 나노 메탈은 평균입경이 25㎚ 이상일 수 있고, 만일 평균입경이 25㎚ 미만일 경우 후술하는 (b) 단계에서 열처리를 하더라도 그래핀 간의 접합이 용이하지 않다. 또한, 용융된 나노 메탈을 통하여 그래핀 간이 접합되더라도 그래핀-그래핀 융합체가 쉽게 분리될 수 있는 문제가 있다. 나아가, 상기 나노 메탈에는 후술하는 폴리도파민층이 형성될 수 있는데, 나노메탈의 입경이 작을 경우 폴리도파민층의 형성이 어려울 수 있고, 적은 함량으로 폴리도파민층이 구비될 수 있어서 그래핀-그래핀 융합체의 분산성 저하, 기질 내 그래핀-그래핀 융합체 함량 증가가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 한편, 나노 메탈은 평균입경이 100㎚ 이하인 것이 좋으며, 평균입경이 100㎚를 초과할 경우 후술하는 (b) 단계에서의 열처리 시간이 연장될 수 있고, 그래핀-그래핀 융합체에서 나노 메탈의 함량이 커짐에 따라서 최종 기질 내 그래핀의 함량이 적어질 수 있는 문제가 있다. 또한, 나노 메탈 입자의 외부면에 폴리도파민층의 형성이 과도하여 나노 메탈의 용융을 통한 그래핀 간의 접합을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.At this time, when the
상기 나노 그래핀-메탈 복합체(10)에서 나노 메탈(12)은 나노 그래핀(11) 100 중량부에 대하여 30 ~ 1500 중량부로 포함될 수 있다.In the nano graphene-
다음으로 본 발명에 따른 (b) 단계(S200)로써, 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 단계를 수행한다. Next, in step (b) (S200) according to the present invention, a step of forming a polydopamine layer on the outer surface of the nano graphene-metal composite is performed.
상기 (b) 단계는 제조된 나노 그래핀-메탈 복합체의 외부면에 폴리도파민층을 형성시킬 수 있는 공지된 방법의 경우 제한 없이 선택하여 사용될 수 있다. 일 예로써, 약염기성 도파민 수용액에 나노 그래핀-메탈 복합체를 디핑(dipping)하는 단계(b-1 단계), 및 상기 도파민을 산화시켜 폴리도파민 코팅층을 형성시키는 단계(b-2 단계)를 포함하는 수행할 수 있다. 이때, 상기 약염기성 도파민 수용액은 pH 8 ~ 14 염기성의 트리스 완충용액(100mM, tris buffer solution)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 디핑(dipping)은 일예로 딥 코팅(dip-coating)법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 도파민의 산화처리는 다른 산화제의 첨가 없이 공기중의 산소기체를 산화제로 하여 수행될 수 있고, 과황산 암모늄과 같은 산화제를 첨가하여 수행할 수도 있다. The step (b) can be used without limitation in the case of a known method capable of forming a polydopamine layer on the outer surface of the manufactured nano graphene-metal composite. As an example, it includes dipping a nano graphene-metal composite in a weakly basic dopamine aqueous solution (step b-1), and oxidizing the dopamine to form a polydopamine coating layer (step b-2). It can be done. At this time, the weakly basic aqueous dopamine solution may be a basic Tris buffer solution (100mM, tris buffer solution) with a pH of 8 to 14. Additionally, the dipping may use, for example, a dip-coating method. Additionally, the oxidation treatment of dopamine can be performed using oxygen gas in the air as an oxidizing agent without adding another oxidizing agent, or it can also be performed by adding an oxidizing agent such as ammonium persulfate.
또한, 상기 (b) 단계는 건식 플라즈마 중합법을 사용하여 폴리도파민층을 형성시킬 수도 있으며, 이 경우 0 ~ 200W 고주파범위의 RF(Radio Frequency) 파워의 조건, 1×10-3~ 5×10- 1Torr의 압력 조건 하에서 공정을 수행할 수 있다. 이 때, 운반가스로서 아르곤가스 및; 활성가스로서 수소, 질소, 산소, 수증기, 암모니아 및 이들의 혼합공기로 구성된 군에서 선택된 1이상의 기체를 이용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 산소 또는 암모니아를 이용할 수 있다.In addition, in step (b), a polydopamine layer can be formed using a dry plasma polymerization method, in which case the conditions of RF (Radio Frequency) power in the high frequency range of 0 to 200W, 1×10 -3 to 5×10 - The process can be performed under a pressure condition of 1 Torr. At this time, argon gas is used as a carrier gas; As an active gas, it is preferable to use one or more gases selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, oxygen, water vapor, ammonia, and air mixtures thereof, and most preferably oxygen or ammonia can be used.
상술한 방법들로 구비된 폴리도파민층은 그래핀-그래핀 융합체가 고분자 등의 기질상에 원활히 분산되지 못한 문제점을 해결할 수 있고, 그래핀-그래핀의 접합특성을 향상시킬 수 있는 동시에 이들 간의 접합강도를 증가시키며, 기질 상에 구비되는 그래핀-그래핀 융합체의 함량을 증가시킬 수 있는 이점이 있다. The polydopamine layer prepared by the above-described methods can solve the problem of the graphene-graphene fusion not being smoothly dispersed on a substrate such as a polymer, and can improve the bonding characteristics of graphene-graphene while improving the bonding properties between them. There is an advantage of increasing the bonding strength and increasing the content of the graphene-graphene fusion provided on the substrate.
도 4에 도시된 것과 같이 상기 폴리도파민층(13)은 나노 그래핀-메탈 복합체(10)의 나노 메탈(12) 상에 구비될 수 있다. 그래핀(11)의 경우 외부면에 폴리도파민층을 형성시키는 공정을 수행하더라도 그래핀과 도피민 및/또는 폴리도파민과의 상용성이 좋지 않아서 폴리도파민층이 거의 형성되지 못한 문제점이 있다. 특히, 이와 같은 문제는 산화된 그래핀옥사이드에 비하여 환원된 그래핀옥사이드에서 더욱 크게 발생한다. 이에 따라서 분산성이 특히 좋지 못한 환원된 그래핀옥사이드의 분산성을 높이기 위하여 폴리도파민층을 외부면에 구비시키려 해도 최종 그래핀의 외부면에는 폴리도파민층이 거의 형성되지 않는다. As shown in FIG. 4, the
본 발명은 이를 해결하기 위하여 그래핀 간의 접점 및 접합물질로 작용하는 나노 메탈의 표면에 폴리도파민층을 형성시키고 이를 통해 그래핀-그래핀 융합체의 분산성, 그래핀-그래핀 융합체의 그래핀 간 접합특성 및 접착강도를 더욱 향상시킬 수 있다.In order to solve this problem, the present invention forms a polydopamine layer on the surface of nanometal, which acts as a contact point and bonding material between graphene, and thereby improves the dispersibility of the graphene-graphene fusion and the inter-graphene of the graphene-graphene fusion. Bonding characteristics and adhesive strength can be further improved.
상기 폴리도파민층(13)은 (a) 단계에서의 나노 그래핀-메탈 복합체(10) 중 나노 그래핀(11) 및 나노 메탈(12) 중량 총합 100 중량부에 대하여 5 ~ 25 중량부로 구비될 수 있다. 만일 폴리도파민층이 5중량부 미만으로 구비되는 경우 폴리도파민층으로 인한 물성향상을 기대하기 어렵다. 또한, 상기 폴리도파민층이 25 중량부를 초과하여 구비될 경우 폴리도파민층이 나노 메탈에 의한 그래핀 간의 열융합 접합을 방해하여 그래핀-그래핀 융합체의 생성이 용이하지 않고, 생성되더라도 기계적 강도가 약할 수 있으며, 후술하는 분쇄과정에서 융합체에서 그래핀이 분리되어 떨어져 나갈 수 있는 문제가 있고, 이 경우 그래핀-그래핀 융합체를 통하여 목적한 물성을 발현하지 못할 수 있다.The
다음으로 본 발명에 따른 (c) 단계로써, 폴리도파민층(13)이 형성된 나노 그래핀-메탈 복합체(10)들에 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체(10)에 구비된 나노 메탈(12)로 그래핀-메탈 복합체(10) 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계(S300)를 수행한다. 상기 열처리는 나노 메탈의 융점보다 높은 온도에서 수행되거나 압력을 가하면서 나노 메탈의 융점 보다 다소 낮은 온도로 수행할 수 있다. 이때 가해지는 온도, 압력 등은 선택된 나노 금속의 재질, 입경에 따라서 변경될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.Next, in step (c) according to the present invention, the nano graphene-
도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이 상술한 (c) 단계를 통해 제조된 그래핀-그래핀 융합체(100,200)는 2개의 나노 그래핀(11,11',21,21'), 상기 나노 그래핀(11,11'21,21')의 외부면에 구비되어 상기 나노 그래핀(11,11'21,21') 간을 용융접합 시키는 나노 메탈(12,22), 및 적어도 상기 나노 메탈(12,22)의 외부면에 구비되는 폴리도파민층(13,23)을 포함하여 구현된다.As shown in FIGS. 5A and 5B, the graphene-graphene fusion body (100,200) prepared through step (c) described above includes two nano graphenes (11, 11', 21, 21'), the nano graphene Nano metal (12, 22) provided on the outer surface of the fin (11, 11'21, 21') to melt-bond the nano graphene (11, 11'21, 21'), and at least the nano metal ( It is implemented by including a polydopamine layer (13, 23) provided on the outer surface of 12, 22).
또한, 여러 개의 나노 그래핀-메탈 복합체가 열접합될 경우 도 6a에 도시된 것과 같이 복수개의 나노 그래핀-메탈 융합체들(30,30',30")이 용융 접합에 의해 단일의 긴 체인(chain) 형태로 연결될 수 있다. 또는 도 6b에 도시된 것과 같이 연결된 단일 체인들이 서로 불규칙하게 다시 연결된 복합 체인 형태를 가질 수 있다. 이때, 나노 그래핀-메탈 복합체들(30,30',30")을 RF 히팅이나 열바람에 의해 나노 메탈(32,32')의 융점보다 높은 온도로 가열하여 나노 그래핀-메탈 복합체들30,30',30") 사이의 나노 메탈(32,32')이 서로 용융 접합될 수 있다.In addition, when several nano graphene-metal composites are thermally bonded, as shown in FIG. 6A, a plurality of nano graphene-metal fusion composites (30, 30', 30") are formed into a single long chain (30, 30', 30") by melt bonding. chain). Or, as shown in FIG. 6B, connected single chains may be irregularly reconnected to each other in the form of a complex chain. In this case, nano graphene-metal composites (30, 30', 30") ) is heated to a temperature higher than the melting point of the nanometal (32,32') by RF heating or thermal wind to form nanometal (32,32') between nanographene-metal composites (30,30',30") These can be melt-joined to each other.
이때, 열처리와 동시에 나노 그래핀-메탈 복합체들(30,30',30")에 압력을 가하면 복수의 나노 그래핀-메탈 복합체들이 용융접합에 의해 단일의 긴 체인(chain) 형태로 연결될 수 있으며, 압력을 가하지 않고 열바람을 쏘이면 복수의 나노 그래핀-메탈 융합체들이 용융 접합에 의해 불규칙적인 복합 체인 형태로 연결될 수 있다.At this time, when pressure is applied to the nano graphene-metal composites (30, 30', 30") at the same time as heat treatment, a plurality of nano graphene-metal composites can be connected in the form of a single long chain by fusion bonding. , when heat air is applied without applying pressure, multiple nanographene-metal fusions can be connected in the form of an irregular complex chain by melt bonding.
다음으로 본 발명에 따른 (d) 단계로써, 제조된 그래핀-그래핀 융합체를 분쇄 후 기질 내부에 분산시키는 단계(S400)를 수행한다.Next, in step (d) according to the present invention, the prepared graphene-graphene fusion is pulverized and then dispersed inside the substrate (S400).
상기 분쇄는 공지된 분쇄방법을 통해 수행할 수 있으며, 일 예로 볼밀공정을 통해 수행할 수 있다. 이때의 볼밀의 재질, 밀링속도, 시간은 목적에 따라서 변경될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 분쇄된 그래핀-그래핀 융합체는 평균입경이 50㎛ 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 50 ~ 300㎛일 수 있다. 분쇄된 그래핀-그래핀 융합체는 구조적으로 분쇄전의 단일체인 또는 복합체인 형상을 가지고 있을 수 있는데, 만일 평균입경이 50㎛ 미만일 경우 분쇄 전의 그래핀 간의 연결구조가 사라지고 그래핀이 분리되거나 그래핀만으로 융합체에서 쪼개져 떨어져 나오는 입자들이 많아져 그래핀의 연결구조에 따른 물성증진 효과가 미미할 수 있는 문제가 있다. 또한, 분쇄 후 입경이 300㎛를 초과할 경우 폴리도파민 코팅층이 있는 경우에도 분산성이 저하되어 그래핀-그래핀 융합체 분쇄물이 기질상에 뭉쳐서 존재하는 문제가 있다.The grinding can be performed through a known grinding method, for example, a ball mill process. At this time, the material, milling speed, and time of the ball mill may be changed depending on the purpose, so the present invention is not particularly limited thereto. The pulverized graphene-graphene fusion may have an average particle diameter of 50 ㎛ or more, more preferably 50 to 300 ㎛. The pulverized graphene-graphene fusion may structurally have the shape of a single chain or a composite before pulverization. If the average particle diameter is less than 50㎛, the connection structure between the graphene before pulverization disappears and the graphene is separated or only graphene. There is a problem that the effect of improving physical properties due to the connection structure of graphene may be minimal due to the increased number of particles splitting off from the fusion body. In addition, when the particle size after pulverization exceeds 300㎛, even in the presence of a polydopamine coating layer, dispersibility is reduced and there is a problem in which the pulverized graphene-graphene fusion product exists in agglomerates on the substrate.
이후, 분쇄된 그래핀-그래핀 융합체는 기질에 분산 및 고화시켜 그래핀-기질 복합체를 형성할 수 있다. 상기 기질은 폴리머, 유기물질, 금속 및 무기물 중 어느 하나 이상의 재질일 수 있다. 일예로 상기 기질이 PET(polyethylene terphtalate), PEN(polyethylenenaphtalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide) 등의 폴리머일 경우 그래핀-그래핀 융합체 분말들을 분산시킴으로써, 전기전도도, 열전도도 등이 우수한 폴리머 시트상의 그래핀-기질 복합체를 구현할 수 있다. Thereafter, the pulverized graphene-graphene fusion can be dispersed and solidified on a substrate to form a graphene-matrix complex. The substrate may be any one or more of polymers, organic materials, metals, and inorganic materials. For example, when the substrate is a polymer such as PET (polyethylene terphtalate), PEN (polyethylenenaphtalate), PC (polycarbonate), PES (polyether sulfone), or PI (polyimide), by dispersing the graphene-graphene fusion powder, electrical conductivity, It is possible to implement a graphene-matrix composite on a polymer sheet with excellent thermal conductivity.
이때, 상기 기질은 용액 또는 용융물 상태의 액상일 수 있으며, 액상의 기질에 그래핀-그래핀 융합체 분말들을 넣고 혼합 후 고화시키면 기질 사이에 그래핀-그래핀 융합체 분말들이 분산된 그래핀-기질 복합체가 형성될 수 있다. At this time, the substrate may be in a liquid state in the form of a solution or melt. When the graphene-graphene fusion powder is added to the liquid substrate, mixed, and solidified, the graphene-graphene fusion powder is dispersed between the substrates. can be formed.
도 7a에 도시된 것과 같이, 제조된 그래핀-기질 복합체(1000)는 단일 체인 형태의 그래핀-그래핀 융합체(300)가 기질(501)에 분산된 형태일 수 있다. 또한, 도 7b와 같이 제조된 그래핀-기질 복합체(1000')는 복합 체인 형태의 그래핀-그래핀 융합체(400)가 기질(502)에 분산된 형태일 수 있다. 기질 상에 분산된 그래핀-그래핀 융합체는 단일 사슬 또는 복합 사슬 형태로 연결되어 있으므로 전기전도도 및 열전도도가 우수할 뿐만 아니라 좋은 가스 배리어(barrier)의 역할을 할 수 있다. As shown in FIG. 7A, the manufactured graphene-
상술한 그래핀-기질 복합체(1000,1000')에는 그래핀-그래핀 융합체(300,400)가 60 중량% 이상 구비될 수 있다. 이는 종래의 그래핀을 기질에 분산시켜 제조한 그래핀-기질 복합체에 비하여 현저히 향상된 결과인데, 이는 본 발명에 따라서 제조된 그래핀-그래핀 융합체에 구비된 폴리도파민층이 기질과의 계면특성을 향상시키고, 그래핀-그래핀 융합체의 분산성이 증가되는 것에 기인한 것으로 해석할 수 있다.The above-described graphene-substrate composites (1000, 1000') may include 60% by weight or more of graphene-graphene fusion (300, 400). This is a significantly improved result compared to the graphene-matrix composite produced by dispersing conventional graphene in the substrate. This is because the polydopamine layer provided in the graphene-graphene fusion produced according to the present invention improves the interface characteristics with the substrate. It can be interpreted that this is due to improved dispersibility of the graphene-graphene fusion.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples do not limit the scope of the present invention, and should be interpreted to aid understanding of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
입경이 1 ~ 20㎛이며, 두께가 5 ~ 25㎚인 그래핀 분말(Graphene Nanoplatelets, 어벤션) 100 중량부에 대하여 입경이 1 ~ 3㎛인 니켈 분말(Nikel Ultrafine powder, 어벤션)을 300 중량부 혼합하여 원료 분말을 준비하였다. 이후 고주파 열플라즈마 장치에 센트럴 가스와 시스가스로 각각 10 slpm 및 50 slpm의 아르곤 가스를 주입하였다. 이후에 플라즈마 토치 전원으로 12 kW를 인가하여 고온의 열 플라즈마를 생성시킨 후 원료 분말을 주입하기 전 장비의 진공도를 500 torr로 유지하고, 플라즈마 발생 전극부의 분사노즐을 통해 원료분말을 고주파 열플라즈마 반응부 내부로 주입속도 10mg/min의 속도로 주입하여, 나노 니켈 분말만이 선택적인 기화과정을 거쳐 나노분말로 결정화되어 그래핀과 결합하여 나노 그래핀-니켈 복합체를 제조하였다. 제조된 나노 그래핀-니켈 복합체 분말은 사이클론부에서 분리되어 이송배관을 통해 콜렉터의 필터에 흡착되었고, 필터에 흡착된 분말을 블로우 백 공정을 거쳐 수거부에서 포집하였다.300 parts by weight of nickel powder (Nikel Ultrafine powder, Avention) with a particle size of 1 to 3 ㎛ is used for 100 parts by weight of graphene powder (Graphene Nanoplatelets, Avention) with a particle size of 1 to 20㎛ and a thickness of 5 to 25㎚. Raw material powder was prepared by partial mixing. Afterwards, 10 slpm and 50 slpm of argon gas were injected into the high-frequency thermal plasma device as central gas and cis gas, respectively. Afterwards, 12 kW is applied as a plasma torch power source to generate high-temperature thermal plasma. Before injecting the raw material powder, the vacuum degree of the equipment is maintained at 500 torr, and the raw material powder is subjected to a high-frequency thermal plasma reaction through the injection nozzle of the plasma generation electrode. By injecting into the part at an injection speed of 10 mg/min, only the nano nickel powder was crystallized into nano powder through a selective vaporization process and combined with graphene to produce a nano graphene-nickel composite. The manufactured nano graphene-nickel composite powder was separated from the cyclone unit and adsorbed to the filter of the collector through the transfer pipe, and the powder adsorbed on the filter was collected in the collection unit through a blowback process.
이후 포집된 나노 그래핀-니켈 복합체에 폴리도파민층을 형성시키기 위하여 TBS(Tris buffer solution, 100mM)에 10mM 농도의 도파민을 용해시키고, 상기 용액 1L에 나노 그래핀-니켈 복합체 5g을 섞어 상온, 대기 상태에서 2시간 교반하였다. 도파민을 산화시키기 위하여 통상의 산화제를 도파민 함량의 10중량% 첨가하여 교반시켰다. 1시간 교반 후 여과(Filtering)를 통하여 미반응 물질을 제거하고, 증류수로 2회 세척 후 상온에서 건조하여 폴리도파민이 코팅된 나노 그래핀-니켈 복합체를 제조하였다. Then, in order to form a polydopamine layer on the collected nano graphene-nickel composite, dopamine at a concentration of 10mM was dissolved in TBS (Tris buffer solution, 100mM), and 5 g of nano graphene-nickel composite was mixed in 1 L of the solution and stored at room temperature in the air. The mixture was stirred for 2 hours. To oxidize dopamine, 10% by weight of the dopamine content of a conventional oxidizing agent was added and stirred. After stirring for 1 hour, unreacted materials were removed through filtration, washed twice with distilled water, and dried at room temperature to prepare a nano graphene-nickel composite coated with polydopamine.
상기 폴리도파민이 코팅된 나노 그래핀-니켈 복합체를 1500℃로 열처리하여 나노 니켈을 용융시킨 후 그래핀과 그래핀 간에 열접합을 유도하여 그래핀-그래핀 융합체를 제조하였다. 이후, 제조된 그래핀-그래핀 융합체를 평균입경이 55㎛가 되도록 볼밀을 통해 분쇄한 후 290℃로 용융된 PET 100 중량부에 160 중량부 혼련한 후 압출시켜 두께 0.3㎜의 시트형상의 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.The polydopamine-coated nano graphene-nickel composite was heat treated at 1500°C to melt the nano nickel, and then heat bonding was induced between graphene to prepare a graphene-graphene fusion. Afterwards, the prepared graphene-graphene fusion was pulverized through a ball mill so that the average particle diameter was 55㎛, kneaded with 100 parts by weight of PET melted at 290°C, and then extruded to form a sheet with a thickness of 0.3mm. A graphene-PET composite as shown in Table 1 was prepared.
<실시예 2 ~ 3><Examples 2 to 3>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 원료분말의 주입속도를 각각 8mg/min, 25mg/min로 변경하여 나노 그래핀-니켈 복합체를 제조하였고, 이를 통해 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.A nano graphene-nickel composite was manufactured in the same manner as in Example 1, but the injection speed of the raw material powder was changed to 8 mg/min and 25 mg/min, respectively, and through this, a graphene-PET composite as shown in Table 1 below was prepared. was manufactured.
<실시예 4 ~ 7><Examples 4 to 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 도파민 처리시간을 1시간 대신에 각각 10분, 20분, 30분 및 2시간으로 변경하여 폴리도파민층이 코팅된 나노 그래핀-니켈 복합체를 제조하였고, 이를 통해 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.A nano graphene-nickel composite coated with a polydopamine layer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the dopamine treatment time was changed to 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and 2 hours, respectively, instead of 1 hour. Through this, a graphene-PET composite as shown in Table 1 below was manufactured.
<실시예 8> <Example 8>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 분쇄 후 그래핀-그래핀 융합체의 평균입경이 45㎛가 되도록 볼밀링 시간을 변경하여 그래핀-그래핀 융합체 분말을 제조하였고, 이를 통해 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.Graphene-graphene fusion powder was manufactured in the same manner as in Example 1, but by changing the ball milling time so that the average particle diameter of the graphene-graphene fusion after grinding was 45㎛, and through this, Table 1 below The same graphene-PET composite was prepared.
<비교예 1><Comparative Example 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 폴리도파민층을 형성시키지 않고 나노 그래핀-니켈 복합체를 열처리 하여 그래핀-그래핀 융합체를 제조하였으며, 이를 통하여 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.A graphene-graphene fusion was prepared in the same manner as in Example 1, but by heat treating the nano graphene-nickel composite without forming a polydopamine layer. Through this, a graphene-PET composite as shown in Table 1 below was prepared. Manufactured.
<비교예 2><Comparative Example 2>
비교예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 290℃로 용융된 PET 100 중량부에 120 중량부 혼련한 후 압출시켜 두께 0.3㎜의 시트형상의 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.It was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that 120 parts by weight of PET melted at 290°C was mixed with 120 parts by weight and then extruded to prepare a graphene-PET composite as shown in Table 1 below with a thickness of 0.3 mm.
<비교예 2><Comparative Example 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 그래핀에 나노 니켈 결정을 형성시키는 공정을 생략한 후 그래핀 자체를 폴리도파민층의 형성공정에 투입하여 하기 표 1과 같은 그래핀-PET 복합체를 제조하였다.Manufactured in the same manner as in Example 1, but omitting the process of forming nano-nickel crystals on graphene, the graphene itself was put into the process of forming a polydopamine layer to prepare a graphene-PET composite as shown in Table 1 below. did.
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 및 비교예의 제조공정 중 중간물인 나노 그래핀-니켈복합체에 대하여 전자현미경(SEM) 사진을 촬영한 후 촬영된 복합체에서 니켈 입자의 입경을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Electron microscopy (SEM) photographs were taken of the nano graphene-nickel composite, which was an intermediate product during the manufacturing process of Examples and Comparative Examples, and the particle diameters of nickel particles in the photographed composite were measured and shown in Table 1 below.
<실험예 2><Experimental Example 2>
실시예 및 비교예의 제조공정 중 중간물인 폴리도파민층이 코팅된 나노 그래핀-니켈 복합체에서 폴리도파민층의 함량을 측정하기 위하여, 폴리도파민층의 형성 전/후의 나노 그래핀-니켈 복합체의 중량을 측정하여 폴리도파민층의 중량을 계산하였고, 이를 폴리도파민층이 형성되기 전 나노 그래핀-니켈 복합체 100 중량부에 대한 상대적인 중량으로 환산하여 하기 표 1에 나타내었다.In order to measure the content of the polydopamine layer in the nano graphene-nickel composite coated with the polydopamine layer, which is an intermediate product during the manufacturing process of Examples and Comparative Examples, the weight of the nano graphene-nickel composite before and after the formation of the polydopamine layer was measured. The weight of the polydopamine layer was calculated by measurement, and this was converted to the relative weight of 100 parts by weight of the nano graphene-nickel composite before the polydopamine layer was formed and is shown in Table 1 below.
<실험예 3><Experimental Example 3>
실시예 및 비교예의 제조공정 중 중간물인 분쇄된 그래핀-그래핀 융합체의 평균입경을 측정하기 위하여 분쇄된 분말에 대해 레이절 회절 입도분석 장치를 통해 입도를 분석하여 하기 표 1에 나타내었다.In order to measure the average particle size of the pulverized graphene-graphene fusion product, which is an intermediate product during the manufacturing process of Examples and Comparative Examples, the particle size of the pulverized powder was analyzed using a ray diffraction particle size analyzer and is shown in Table 1 below.
<실험예 4><Experimental Example 4>
실시예 및 비교예를 통해 제조된 그래핀-PET 복합체에 대하여 하기의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.The following physical properties were evaluated for the graphene-PET composites prepared through Examples and Comparative Examples and are shown in Table 1.
1. 사출성형성1. Injection moldability
제조된 그래핀-PET 복합체에 대한 사출성형성을 평가하였으며, 2m의 길이의시트를 압출하는 동안 시트의 절단 등 문제가 발생하지 않는 경우 ○, 절단이 발생하는 등 사출공정이 중단된 경우 ×로 나타내었다.The injection moldability of the manufactured graphene-PET composite was evaluated. If no problems such as cutting of the sheet occurred while extruding a 2m long sheet, it was rated as ○, and if the injection process was interrupted due to cutting, it was rated as ×. indicated.
2. 굴곡강도 평가2. Flexural strength evaluation
제조된 시트를 가로, 세로 각각 10㎝로 절단한 후 양 측면을 손으로 잡고 상하로 절단된 시트의 양측면이 맞닿도록 구부렸다 폈다를 100회 반복한 후 시트의 표면을 육안으로 관찰하였다. 관찰 결과 시트 표면에 그래핀-그래핀 복합체가 돌출되거나 시트 표면이 갈라지거나 등의 이상이 없는 경우 ○, 이상이 발생하는 경우 ×로 나타내었다.The manufactured sheet was cut into 10 cm horizontally and vertically, each side was held with hands, and the sheet was bent and unfolded 100 times so that both sides of the sheet were cut up and down, and the surface of the sheet was observed with the naked eye. As a result of observation, if there was no abnormality such as the graphene-graphene composite protruding on the sheet surface or the sheet surface was cracked, it was indicated as ○, and if an abnormality occurred, it was indicated as ×.
3. 열전도도 평가3. Thermal conductivity evaluation
넷츠(NETZSCH)사의 LFA 장비를 통해 레이저 플래시법으로 열전도도를 측정하였고, 비교예1의 열전도도를 100%로 기준하여 실시예 및 나머지 비교예에서 측정된 열전도도를 상대적으로 계산하였다.Thermal conductivity was measured by the laser flash method using NETZSCH's LFA equipment, and the thermal conductivity measured in Examples and the remaining comparative examples was relatively calculated based on the thermal conductivity of Comparative Example 1 as 100%.
(㎚)Nickel average particle size
(㎚)
(중량부)Polydopamine content
(part by weight)
(㎛)average particle size
(㎛)
실시예 2의 경우 그래핀 외부면에 형성된 니켈 입자의 평균입경이 25㎚ 미만인 경우로써, 폴리도파민의 형성시간을 실시예 1과 동일하게 처리했음에도 폴리도파민 함량이 감소한 것을 통하여 폴리도파민층이 니켈입자 표면에 형성된다는 것을 확인할 수 있다. 한편, 실시예 2의 경우 실시예 1과 동일한 조건으로 볼밀을 수행했음에도 그래핀-그래핀 복합체의 평균입경이 46㎚로 실시예 1에 비하여 현저히 감소하였는데 이는 접합물질로 기능하는 니켈의 평균입경이 작음에 따라서 그래핀-그래핀 융합체에서 그래핀 간의 분리, 분리된 그래핀의 쪼개짐이 심해져 발생한 것으로 평가할 수 있다. 더불어 이와 같은 해석은 열전도성 평가를 통해서도 알 수 있으며, 실시예 1에 비해 열전도성이 현저히 저하된 것을 통해서 확인할 수 있다.In Example 2, the average particle diameter of the nickel particles formed on the outer surface of the graphene was less than 25 nm. Even though the formation time of polydopamine was treated the same as Example 1, the polydopamine content was reduced, so that the polydopamine layer was formed of nickel particles. It can be confirmed that it is formed on the surface. Meanwhile, in Example 2, even though the ball mill was performed under the same conditions as Example 1, the average particle diameter of the graphene-graphene composite was 46 nm, which was significantly reduced compared to Example 1. This is because the average particle diameter of nickel, which functions as a bonding material, was 46 nm. Depending on the size, it can be evaluated that the separation between graphene and the splitting of the separated graphene in the graphene-graphene fusion worsened. In addition, this analysis can be confirmed through thermal conductivity evaluation, and it can be confirmed that thermal conductivity is significantly reduced compared to Example 1.
또한, 실시예 3의 경우 그래핀 외부면에 형성된 니켈 입자의 평균입경이 100㎚를 초과한 경우로써 코팅된 폴리도파민층의 함량이 실시예 1에 비해 크게 증가한 것을 확인할 수 있고, 폴리도파민층이 형성될 수 있는 니켈의 직경증가에 따른 결과로 유추할 수 있다. 한편, 니켈입자의 직경이 매우 커 용융접합시 유리할 것으로 생각될 수 있으나 폴리도파민층의 과다 형성으로 그래핀간의 접합을 약화시켜 오히려 실시예 1과 동일한 조건으로 볼밀공정 수행 시 평균입경이 현저히 작아진 것을 확인할 수 있고, 이와 같은 결과는 그래핀-그래핀 융합체의 결합력 약화 및 이에 따른 그래핀-PET 복합체의 열전도도 저하를 초래한다는 것을 확인할 수 있다.In addition, in Example 3, the average particle diameter of the nickel particles formed on the outer surface of the graphene exceeded 100 nm, and it can be seen that the content of the coated polydopamine layer increased significantly compared to Example 1, and the polydopamine layer was This can be inferred as a result of the increase in diameter of nickel that can be formed. On the other hand, the diameter of the nickel particles is very large, which may be considered advantageous during melt bonding, but the excessive formation of the polydopamine layer weakens the bond between graphene, so that when the ball mill process is performed under the same conditions as in Example 1, the average particle diameter becomes significantly smaller. It can be confirmed that this result leads to a weakening of the bonding force of the graphene-graphene fusion and a corresponding decrease in thermal conductivity of the graphene-PET composite.
한편, 실시예 4 내지 7의 경우 폴리도파민층의 형성시간을 달리 함에 따라서 구비된 폴리도파민층의 함량이 상이한 그래핀-니켈 복합체를 대상으로 한 경우로써, 접합물질인 니켈 입자의 평균입경이 적절하도록 그래핀에 구비된 경우에도 폴리도파민의 함량이 나노 그래핀-니켈 복합체 100 중량부에 대하여 5중량부 미만으로 구비된 실시예 4의 경우 실시예 1과 동일한 조건으로 볼밀을 수행했음에도 제조된 그래핀-그래핀 융합체의 분말 입경이 실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6보다 현저히 작아졌고 이를 통해 그래핀-그래핀 융합체의 접합력이 약화된 것을 확인할 수 있다. Meanwhile, in Examples 4 to 7, graphene-nickel composites with different contents of the polydopamine layer were used depending on the formation time of the polydopamine layer, and the average particle diameter of the nickel particles as the bonding material was appropriate. In the case of Example 4, where the content of polydopamine was less than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano graphene-nickel composite, even though the ball mill was performed under the same conditions as Example 1, the graph was manufactured. It can be seen that the powder particle size of the pin-graphene fusion was significantly smaller than Examples 1, 5, and 6, and that the bonding strength of the graphene-graphene fusion was weakened.
또한, 폴리도파민의 함량이 나노 그래핀-니켈 복합체 100 중량부에 대하여 25 중량부를 초과한 실시예 7의 경우에도 동일한 조건으로 볼밀을 수행했음에도 제조된 그래핀-그래핀 융합체의 분말 입경이 실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6보다 작아졌고 이를 통해 그래핀-그래핀 융합체의 접합력이 약화된 것을 확인할 수 있다.In addition, in Example 7, where the content of polydopamine exceeded 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano graphene-nickel composite, even though ball milling was performed under the same conditions, the powder particle size of the graphene-graphene fusion produced was the same as in Example 7. 1, it was smaller than Example 5 and Example 6, and it can be seen that the bonding strength of the graphene-graphene fusion was weakened.
또한, 실시예 8은 그래핀-그래핀 융합체의 평균입경이 50㎛ 미만으로 분쇄된 경우로써, 과도한 분쇄는 그래핀-그래핀 융합체의 단일체인 또는 복합체인의 구조를 유지하기 어려울 수 있고, 이에 따라서 실시예 1보다 열전도성이 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.In addition, Example 8 is a case in which the average particle diameter of the graphene-graphene fusion was pulverized to less than 50㎛. Excessive pulverization may make it difficult to maintain the structure of the single chain or composite of the graphene-graphene fusion, so Therefore, it can be seen that the thermal conductivity is significantly lower than that of Example 1.
한편, 비교예 1 및 비교예 2의 경우 폴리도파민층을 구비하지 않은 경우로써, 사출성형성이 매우 좋지 않은 것을 확인할 수 있고, 특히, 비교예 2의 경우 그래핀-PET 복합체 내 그래핀-그래핀 융합체의 함량이 54.5 중량%로 사출성형성에서 문제가 없었으나 비교예 1의 경우 그래핀-PET 복합체 내 그래핀-그래핀 융합체의 함량이 61.5 중량%로 사출성형성에 문제가 발생한 사실을 통하여 폴리도파민층이 없는 경우 기질 내 그래핀-그래핀 융합체의 함량을 60중량% 이상으로 증가시키기 매우 어렵다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, since the polydopamine layer was not provided, it could be confirmed that the injection moldability was very poor. In particular, in the case of Comparative Example 2, the graphene-graphene in the graphene-PET composite The content of the pin fusion was 54.5% by weight, so there was no problem in injection molding, but in Comparative Example 1, the content of the graphene-graphene fusion in the graphene-PET composite was 61.5% by weight, which caused a problem in injection molding. It can be seen that in the absence of a polydopamine layer, it is very difficult to increase the content of graphene-graphene fusion in the substrate to more than 60% by weight.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , other embodiments can be easily proposed by change, deletion, addition, etc., but this will also be said to be within the scope of the present invention.
10: 나노 그래핀-메탈 복합체 100,200,300,400: 그래핀-그래핀 융합체
1000,1000': 그래핀-기질 복합체10: Nano graphene-metal composite 100,200,300,400: Graphene-graphene fusion
1000,1000': Graphene-substrate composite
Claims (15)
(b) 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 나노 메탈 상에 나노 그래핀-메탈 복합체 100 중량부에 대하여 5 ~ 25 중량부로 폴리도파민층을 형성시키는 단계; 및
(c) 나노 그래핀-메탈 복합체를 열처리한 후 분쇄하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 평균입경이 50 ~ 300㎛인 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계;를 포함하는 그래핀-그래핀 융합체 제조방법.(a) Forming a plurality of nano graphene-metal composites including nano graphene and nano metal provided on the surface of the nano graphene and having a diameter of 25 to 100 nm for bonding the nano graphene to each other. ;
(b) forming a polydopamine layer on the nanometal of the nanographene-metal composite in an amount of 5 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the nanographene-metal composite; and
(c) Graphene-graphene with an average particle diameter of 50 to 300 ㎛ obtained by heat-treating the nano graphene-metal composite and pulverizing it to melt-bond the graphene-metal composite with the nano metal provided in the nano graphene-metal composite. A method for producing a graphene-graphene fusion, including the step of producing a fusion.
상기 (b) 단계의 열처리는 나노 메탈의 융점보다 높은 온도에서 수행되는 그래핀-그래핀 융합체 제조방법.According to paragraph 1,
A method of producing a graphene-graphene fusion in which the heat treatment in step (b) is performed at a temperature higher than the melting point of the nano metal.
(b) 상기 나노 그래핀-메탈 복합체의 나노 메탈 상에 나노 그래핀-메탈 복합체 100 중량부에 대하여 5 ~ 25 중량부로 폴리도파민층을 형성시키는 단계;
(c) 나노 그래핀-메탈 복합체를 열처리하여 상기 나노 그래핀-메탈 복합체에 구비된 나노 메탈로 그래핀-메탈 복합체 간이 용융접합된 그래핀-그래핀 융합체를 제조하는 단계; 및
(d) 제조된 그래핀-그래핀 융합체를 분쇄하여 평균입경이 50 ~ 300㎛인 그래핀-그래핀 융합체를 기질 내부에 분산시키는 단계;를 포함하는 그래핀-기질 복합체 제조방법.(a) forming a plurality of nano graphene-metal composites including nano graphene and nano metal provided on the surface of the nano graphene and having a diameter of 25 to 100 nm for bonding the nano graphene;
(b) forming a polydopamine layer on the nanometal of the nanographene-metal composite in an amount of 5 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the nanographene-metal composite;
(c) heat treating the nano graphene-metal composite to produce a graphene-graphene fusion body in which the nano metal provided in the nano graphene-metal composite is melt-bonded; and
(d) pulverizing the prepared graphene-graphene fusion and dispersing the graphene-graphene fusion with an average particle diameter of 50 to 300 ㎛ inside the substrate.
상기 그래핀-그래핀 융합체는 복수개의 나노 그래핀이 열을 지어 연결된 단일체인(single-chain) 또는 복수개의 상기 단일체인이 서로 불규칙적으로 연결된 복합체 형상인 그래핀-그래핀 융합체.In clause 7,
The graphene-graphene fusion is a graphene-graphene fusion in the form of a single chain in which a plurality of nano graphene is connected in a row or a composite in which a plurality of the single chains are irregularly connected to each other.
상기 기질 내부에 분산된 제7항에 따른 그래핀-그래핀 융합체;를 포함하는 그래핀-기질 복합체.temperament; and
A graphene-matrix composite comprising; the graphene-graphene fusion according to claim 7 dispersed within the substrate.
상기 그래핀-그래핀 융합체는 그래핀-기질 복합체 전체 중량에 대하여 60 중량% 이상 구비되는 그래핀-기질 복합체.According to clause 9,
The graphene-graphene fusion is a graphene-matrix composite comprising 60% by weight or more based on the total weight of the graphene-matrix composite.
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