KR102611645B1 - Manufacuturing Method of 2D Layered Material using Dry Exfoliation and 2D Layered Material Manufactured by the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 2차원 물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식 제트밀에 분쇄 에어와 피딩 에어를 유입시키는 단계, 상기 분쇄 에어와 피딩 에어가 투입된 건식 제트밀에 원료를 투입하여 박리시키는 단계 및 상기 건식 제트밀로부터 박리된 2차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation and a two-dimensional material manufactured using the same. More specifically, it relates to a step of introducing pulverizing air and feeding air into a dry jet mill, and the pulverizing air and feeding air. It relates to a method of manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation, including the step of exfoliating a raw material by adding it to a dry jet mill and obtaining the two-dimensional material exfoliated from the dry jet mill.
Description
본 발명은 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 2차원 물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식 제트밀에 분쇄 에어와 피딩 에어를 유입시키는 단계, 상기 분쇄 에어와 피딩 에어가 투입된 건식 제트밀에 원료를 투입하여 박리시키는 단계 및 상기 건식 제트밀로부터 박리된 2차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation and a two-dimensional material manufactured using the same. More specifically, it relates to a step of introducing pulverizing air and feeding air into a dry jet mill, and the pulverizing air and feeding air. It relates to a method of manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation, including the step of exfoliating a raw material by adding it to a dry jet mill and obtaining the two-dimensional material exfoliated from the dry jet mill.
2차원 층상 물질들은 자연계에 널리 존재한다. 가장 간단하고 가장 많이 연구된 것은 그래핀(탄소원자들의 원자 규모 2D)이고, 질화 붕소(BN), 그 외에 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀렌화 니오븀(NbSe2), 텔루르화 바나듐(VTe2)과 같은 전이 금속 디칼코게나이드(TMDs), 이산화망간(MnO2)과 같은 투과 금속 산화물 및 텔루르화 안티몬(Sb2Te3), 텔루르화 비스무스(Bi2Te3)와 같은 다른 층상 화합물들을 포함한 수백 종류 이상이 존재한다. 이들 물질은 다양한 성질들로 인해 많은 전자 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.Two-dimensional layered materials exist widely in nature. The simplest and most studied is graphene (2D atomic scale of carbon atoms), boron nitride (BN), others such as molybdenum disulfide (MoS2), niobium diselenide (NbSe2), and vanadium telluride (VTe2). There are more than hundreds of types, including transition metal dichalcogenides (TMDs), penetrating metal oxides such as manganese dioxide (MnO2), and other layered compounds such as antimony telluride (Sb2Te3) and bismuth telluride (Bi2Te3). These materials can be useful in many electronic fields due to their diverse properties.
이 중에서도 그래핀은 광범위하게 유용한 특성을 갖기 때문에 모든 나노물질들 중에서 가장 많이 연구되어 왔다. 그래핀 시트는 평면 육방정 배열로 구성된 sp2 결합 탄소 원자들의 아주 얇은 배열(array)로 구성되고, 2004년에 Geim 및 Novosolov에 의해 처음으로 제조 및 박리되었다. 그러나, 이들은 그저 그래파이트의 마이크로기계적 절단(micromechanical cleavage)을 통해 그래핀의 개개 시트만을 제조할 수 있었다.Among these, graphene has been the most studied of all nanomaterials because it has a wide range of useful properties. Graphene sheets consist of a very thin array of sp 2 bonded carbon atoms organized in a planar hexagonal arrangement, and were first fabricated and exfoliated by Geim and Novosolov in 2004. However, they were only able to manufacture individual sheets of graphene through micromechanical cleavage of graphite.
이후, 그래핀 및 그 외 2차원 물질을 적당한 양으로 제조하기 위한 많은 방법들이 개발되어 왔다. 두 가지 주요한 방법은 화학 기상 증착(CVD) 및 액상 박리(liquid exfoliation)이다. CVD는 주로 전자 용도를 위해 그래핀의 단일층 또는 MoS2와 같은 다른 2D 물질을 표면 상에 성장시키기 위해 사용되는 방법이다. Since then, many methods have been developed to produce graphene and other two-dimensional materials in appropriate quantities. The two main methods are chemical vapor deposition (CVD) and liquid exfoliation. CVD is a method used to grow monolayers of graphene or other 2D materials such as MoS2 on surfaces, primarily for electronic applications.
액상 박리는 다양한 형태(미크론 크기의 플레이크)의 그래핀을 다량으로 제조하기 위한 유일한 방법으로 널리 알려져 있다. 이러한 액상 박리는 높은 수율로 그래핀을 제조할 수 있으나, 시간이 많이 걸리며, 박리 수량이 매우 제한적이다.또한, 습식 박리시 사용한 솔벤트의 폐기물 처리로 인하여 환경오염 문제가 있으며, 그래핀과 솔벤트 분리를 위한 공정이 필요하여 비효율적이다. Liquid exfoliation is widely known as the only method for producing large quantities of graphene in various shapes (micron-sized flakes). This liquid exfoliation can produce graphene with high yield, but it takes a lot of time and the amount of exfoliation is very limited. In addition, there is an environmental pollution problem due to waste disposal of the solvent used during wet exfoliation, and separation of graphene and solvent It is inefficient because it requires a process for this.
이에, 본 발명에서는 기존의 액상 박리의 단점을 극복하여, 박리 시간과 박리 수량의 제약을 획기적으로 단축하면서, 솔벤트를 사용하지 않아 공정이 효율적이고 친환경적인 새로운 2차원 물질의 제조방법을 개발하였다. Accordingly, the present invention overcomes the shortcomings of existing liquid exfoliation and develops a new method for manufacturing two-dimensional materials that is efficient and environmentally friendly because it does not use solvents while dramatically shortening the limitations on peeling time and peeling quantity.
본 발명은 상기와 같은 종래 액상 박리의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건식 박리를 통하여, 제조시간을 단축시키고 제조수량의 한계가 없으며 솔벤트를 사용하지 않아 공정이 효율적이고 친환경적인 2차원 물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 2차원 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is intended to solve the problems of conventional liquid exfoliation as described above. Through dry exfoliation, the manufacturing time is shortened, there is no limit to the production quantity, and the process is efficient and eco-friendly by not using solvents. The purpose is to provide a two-dimensional material manufactured using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건식 제트밀에 분쇄 에어와 피딩 에어를 유입시키는 단계, 상기 분쇄 에어와 피딩 에어가 투입된 건식 제트밀에 원료를 투입하여 박리시키는 단계 및 상기 건식 제트밀로부터 박리된 2차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of introducing pulverizing air and feeding air into a dry jet mill, introducing raw materials into the dry jet mill into which the pulverizing air and feeding air are introduced and peeling them off, and peeling from the dry jet mill. It provides a method for manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation, including the step of obtaining a two-dimensional material.
이때, 박리 효율을 높이기 위하여, 상기 건식 제트밀에 원료 투입시 액체 질소로 냉동된 원료를 투입하는 것이 바람직하며, 이때 액체 질소가 함께 투입되는 것이 바람직하다. At this time, in order to increase peeling efficiency, it is preferable to add raw materials frozen with liquid nitrogen when inputting raw materials into the dry jet mill, and at this time, liquid nitrogen is preferably added together.
상기 2차원 물질은 다양한 물질일 수 있으며, 일 실시예로 그래핀(Graphene), 흑린(Black phosphorse), 전이금속 디칼코게나이드(Transition Metal Dichalcogenides), 이중층 수산화물(layered double hydroxide, LDH), 육방정계 질화붕소(hexagonal Boron Nitride, h-BN), 그래피틱 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride, g-C3N4), 이황화 몰리브데넘(molybdenum disulfide, MoS2), 텅스텐(Tungsten), 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide, WSe2), 니오븀 디셀레나이드(Niobium diselenide, NbSe2), 라포나이트(Laponite clay) 및 전이금속산화물(Transition metal oxides) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The two-dimensional material may be a variety of materials, and examples include graphene, black phosphorse, transition metal dichalcogenides, layered double hydroxide (LDH), and hexagonal Hexagonal Boron Nitride (h-BN), graphitic carbon nitride (g-C3N4), molybdenum disulfide (MoS2), Tungsten, Tungsten diselenide , WSe2), niobium diselenide (NbSe2), Laponite clay, and transition metal oxides, or a mixture thereof.
상기 분쇄 에어 및 피딩 에어는, 오일프리 압축 공기를 생성하는 단계, 상기 압축 공기를 수분제거 필터에 통과시켜 수분을 제거하는 단계, 상기 압축 공기를 냉동식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계 및 상기 압축 공기를 흡착식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. The pulverizing air and the feeding air include generating oil-free compressed air, removing moisture by passing the compressed air through a moisture removal filter, removing moisture by passing the compressed air through a refrigerated dryer, and It can be manufactured by passing compressed air through an adsorption dryer to remove moisture.
또한, 상기 분쇄 에어의 압력이 2~10 bar이고, 피딩 에어의 압력은 분쇄 에어 압력보다 0.1~0.3 bar가 높은 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the pressure of the grinding air is 2 to 10 bar, and the pressure of the feeding air is 0.1 to 0.3 bar higher than the grinding air pressure.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 2차원 물질을 제공한다. Meanwhile, in order to achieve the above object, the present invention provides a two-dimensional material manufactured by the above method.
본 발명의 2차원 물질 제조방법은 건식 제트밀을 이용하여 기존의 액상 박리의 단점을 극복하여, 박리 시간을 획기적으로 단축하고 박리 수량의 제약이 적으며, 솔벤트를 사용하지 않아 공정이 효율적이고 폐기물이 발생하지 않아 친환경적이다. The two-dimensional material manufacturing method of the present invention overcomes the disadvantages of existing liquid exfoliation by using a dry jet mill, dramatically shortens the exfoliation time, has fewer restrictions on the amount of exfoliation, and does not use solvents, making the process efficient and reducing waste. It is environmentally friendly as it does not produce any toxins.
도 1.2는 본 발명에서 사용되는 건식 제트밀의 일 실시예를 보여주는 사진이다. (1: 분쇄 에어 유입로, 2: 피딩 에어 유입로, 3: 원료 투입구)
도 3은 분쇄 에어와 피딩 에어의 전처리에 사용되는 일련의 장치를 보여주는 사진이다. (10: 콤프레셔, 20: 압축공기 리시버 탱크, 30: 수분제거 필터, 40:냉동식 드라이어, 50: 흡착식 드라이어)
도 4는 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide, WSe2)을 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 5는 이황화 몰리브데넘(molybdenum disulfide, MoS2)을 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 6은 그래파이트 파우더(graphite powder)을 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 7은 그래파이트 플레이크(graphite flakes)를 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 8은 액체 질소로 냉동된 그래파이트 플레이크(graphite flakes)를 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 9는 액체 질소로 냉동된 그래파이트 플레이크(graphite flakes)를 본 발명의 일실시예에 따라 기상박리 하기 전후의 모습을 보여주는 TEM 사진이다.Figure 1.2 is a photograph showing an example of a dry jet mill used in the present invention. (1: Grinding air inlet, 2: Feeding air inlet, 3: Raw material inlet)
Figure 3 is a photograph showing a series of devices used for pretreatment of grinding air and feeding air. (10: compressor, 20: compressed air receiver tank, 30: moisture removal filter, 40: refrigeration type dryer, 50: adsorption type dryer)
Figure 4 is an SEM photo showing tungsten diselenide (WSe2) before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an SEM photograph showing molybdenum disulfide (MoS2) before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an SEM photograph showing graphite powder before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an SEM photograph showing graphite flakes before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an SEM photograph showing graphite flakes frozen in liquid nitrogen before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a TEM photograph showing graphite flakes frozen in liquid nitrogen before and after gas phase exfoliation according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention and drawings. These examples are merely presented as examples to explain the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. .
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains, and in case of conflict, this specification including definitions The description will take precedence.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다. In order to clearly explain the proposed invention in the drawings, parts unrelated to the description have been omitted, and similar reference numerals have been assigned to similar parts throughout the specification. And, when it is said that a part "includes" a certain component, this does not mean excluding other components, but may further include other components, unless specifically stated to the contrary. Additionally, “unit” as used in the specification refers to a unit or block that performs a specific function.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.Identification codes (first, second, etc.) for each step are used for convenience of explanation. The identification codes do not describe the order of each step, and each step does not clearly state a specific order in context. It may be carried out differently from the order specified above. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.
본 발명의 2차원 물질의 제조방법은 제트밀을 이용하여 습식이 아닌 건식으로 2차원 물질을 제조하는 것을 특징으로 하며, 자세하게는 건식 제트밀에 분쇄 에어와 피딩 에어를 유입시키는 단계, 상기 분쇄 에어와 피딩 에어가 투입된 건식 제트밀에 원료를 투입하여 박리시키는 단계 및 상기 건식 제트밀로부터 박리된 2차원 물질을 수득하는 단계를 포함하는 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법을 제공한다. The method for manufacturing a two-dimensional material of the present invention is characterized by manufacturing a two-dimensional material in a dry rather than wet manner using a jet mill, and in detail, introducing grinding air and feeding air into a dry jet mill, the grinding air A method for manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation is provided, including the step of exfoliating a raw material by putting it into a dry jet mill into which feeding air is input, and obtaining the two-dimensional material exfoliated from the dry jet mill.
상기 건식 제트밀은 분쇄할 입자를 고속 제트 기류에 빨아들여 충분히 가속한 뒤 입자끼리 충돌시키거나 또는 충격 판에 충돌시켜 부수는 분쇄기로서, 본 발명에서는 상업적으로 사용가능한 다양한 제트밀이 제한없이 사용될 수 있다. 일 실시예로 상기 제트밀은 도 1,2에 도시된 것과 같이 분쇄가 이루어지는 본체에 분쇄 에어 유입로(1), 피딩 에어 유입로(2), 원료 투입구(3)가 형성되어 있는 단순한 형태일 수 있으며, 본체 내부에는 다양한 형태의 분쇄 존(grinding zone)이 형성되어 있을 수 있다. The dry jet mill is a grinder that sucks the particles to be pulverized into a high-speed jet stream, sufficiently accelerates them, and crushes them by colliding with each other or with an impact plate. In the present invention, various commercially available jet mills can be used without limitation. there is. In one embodiment, the jet mill has a simple form in which a grinding air inlet (1), a feeding air inlet (2), and a raw material inlet (3) are formed in the main body where grinding is performed, as shown in Figures 1 and 2. Various types of grinding zones may be formed inside the main body.
먼저, 준비된 건식 제트밀에 분쇄 에어와 피딩 에어의 압력을 세팅하는데, 이때, 분쇄 에어와 피딩 에어의 압력은 분쇄하려는 물질에 따라 다양하게 조절할 수 있으나, 그래핀 제조를 위해 상기 분쇄 에어의 압력이 2~10 bar이고, 피딩 에어의 압력은 분쇄 에어 압력보다 0.1~0.3 bar가 높은 것이 바람직하다. First, the pressure of grinding air and feeding air is set in the prepared dry jet mill. At this time, the pressure of grinding air and feeding air can be adjusted in various ways depending on the material to be grinded, but for graphene production, the pressure of grinding air is It is 2 to 10 bar, and the pressure of the feeding air is preferably 0.1 to 0.3 bar higher than the grinding air pressure.
이때, 상기 분쇄 에어 및 피딩 에어는 일 실시예로 질소가 사용될 수 있다. 또한, 오일 또는 수분이 제거된 에어를 사용하는 것이 바람직하며, 일 실시예로 도 3에 도시된 바와 같이 일련의 장치들(10: 콤프레셔, 20: 압축공기 리시버 탱크, 30: 수분제거 필터, 40:냉동식 드라이어, 50: 흡착식 드라이어)을 이용하여, 오일프리 압축 공기를 생성하는 단계, 상기 압축 공기를 수분제거 필터에 통과시켜 수분을 제거하는 단계, 상기 압축 공기를 냉동식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계 및 상기 압축 공기를 흡착식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. At this time, nitrogen may be used as the grinding air and feeding air in one embodiment. In addition, it is preferable to use air from which oil or moisture has been removed, and in one embodiment, as shown in FIG. 3, a series of devices (10: compressor, 20: compressed air receiver tank, 30: moisture removal filter, 40) : generating oil-free compressed air using a refrigerated dryer, 50: adsorption dryer), passing the compressed air through a moisture removal filter to remove moisture, passing the compressed air through a refrigerated dryer to remove moisture. It can be manufactured through the steps of removing and passing the compressed air through an adsorption dryer to remove moisture.
이와 같이 미리 세팅된 분쇄 에어와 피딩 에어를 차례대로 투입한 후, 원료투입구로 원료를 투입하여 박리 과정을 거치게 된다. 제트밀의 종류에 따라서는 피딩 에어에 원료가 함께 혼합되어 투입될 수도 있으며, 상기 원료는 2차원 물질을 제조할 수 있는 물질이면 제한 없이 사용할 수 있다. After the preset grinding air and feeding air are sequentially introduced in this way, the raw materials are introduced into the raw material inlet to undergo a peeling process. Depending on the type of jet mill, raw materials may be mixed and injected into the feeding air, and the raw materials can be used without limitation as long as they are materials that can produce two-dimensional materials.
또한, 상기 원료는 상온 상태가 투입될 수도 있으나, 바람직하게는 박리효율을 높이기 위하여 액체 질소로 냉동된 원료 투입될 수도 있다. 이때 상기 냉동된 원료와 함께 액체 질소가 함께 투입될 수 있다. In addition, the raw material may be input at room temperature, but preferably, the raw material frozen in liquid nitrogen may be input to increase peeling efficiency. At this time, liquid nitrogen may be added together with the frozen raw materials.
최종적으로 제트밀 내에서 박리 과정을 거친 후 생성된 2차원 물질을 제트밀로부터 분리하면 된다. 상기 2차원 물질은 제한 없이 2차원 다층 구조를 가지는 모든 물질이 될 수 있으며, 일 실시예로 그래핀(Graphene), 흑린(Black phosphorse), 전이금속 디칼코게나이드(Transition Metal Dichalcogenides), 이중층 수산화물(layered double hydroxide, LDH), 육방정계 질화붕소(hexagonal Boron Nitride, h-BN), 그래피틱 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride, g-C3N4), 이황화 몰리브데넘(molybdenum disulfide, MoS2), 텅스텐(Tungsten), 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide, WSe2), 니오븀 디셀레나이드(Niobium diselenide, NbSe2), 라포나이트(Laponite clay) 및 전이금속산화물(Transition metal oxides) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Finally, after going through a peeling process within the jet mill, the resulting two-dimensional material can be separated from the jet mill. The two-dimensional material may be any material having a two-dimensional multi-layer structure without limitation, and examples include graphene, black phosphorse, transition metal dichalcogenides, and double-layer hydroxides ( layered double hydroxide (LDH), hexagonal Boron Nitride (h-BN), graphitic carbon nitride (g-C3N4), molybdenum disulfide (MoS2), tungsten (Tungsten) ), tungsten diselenide (WSe2), niobium diselenide (NbSe2), Laponite clay, and transition metal oxides, or a mixture thereof.
이와 같이 얻어진 2차원 물질은 기존의 액상 박리 방법들과 달리, 공정이 매우 단순하여 박리 시간이 매우 짧고 박리 수량의 제한이 상대적으로 적으며, 솔벤트를 사용하지 않아 공정이 효율적이고 폐기물이 발생하지 않아 친환경적이다. Unlike existing liquid exfoliation methods, the two-dimensional material obtained in this way has a very simple process, so the exfoliation time is very short, the limit on the amount of exfoliation is relatively small, and the process is efficient and does not generate waste because it does not use solvents. It is eco-friendly.
또한, 제조된 그래핀 등 2차원 물질은 CVD(화학기상증착)에 의해 Pt,Ru 등 금속을 증착하여 다양한 용도로 활용될 수 있다. In addition, manufactured two-dimensional materials such as graphene can be used for various purposes by depositing metals such as Pt and Ru through CVD (chemical vapor deposition).
이하, 구체적인 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention and its effects will be described in more detail through specific manufacturing examples and examples. However, these examples are for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실험예. 건식 박리 전후 비교Experiment example. Comparison before and after dry peeling
1) WSe2의 건식 박리 1) Dry exfoliation of WSe2
도 1.2에 도시된 제트 밀(ALPINE 50AS)을 이용하여 WSe2을 건식 박리하였다. 분쇄 에어와 피딩 에어는 도 3의 전처리를 통하여 수분이 제거된 압축 에어를 사용하였으며, 분쇄 에어의 압력은 8 bar이고, 피딩 에어의 압력은 분쇄 에어 압력보다 0.2 bar 높도록 세팅하였다. WSe2 was dry-exfoliated using a jet mill (ALPINE 50AS) shown in Figure 1.2. Compressed air from which moisture was removed through the pretreatment shown in FIG. 3 was used as grinding air and feeding air. The pressure of the grinding air was 8 bar, and the pressure of the feeding air was set to be 0.2 bar higher than the grinding air pressure.
건식 박리를 시행한 후 전후의 모습을 비교하여 도 4에 도시하였다. 도면에서 볼 수 있듯이, 입자의 크기가 감소하면서 박리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다. A comparison of before and after dry peeling is shown in Figure 4. As can be seen in the drawing, it was confirmed that peeling occurred as the particle size decreased.
2) MoS2의 건식 박리2) Dry exfoliation of MoS2
실험예1과 같이 제트밀을 세팅한 후 MoS2를 건식박리하였다. After setting the jet mill as in Experimental Example 1, MoS2 was dry-exfoliated.
건식 박리를 시행한 후 전후의 모습을 비교하여 도 5에 도시하였다. 도면에서 볼 수 있듯이, 입자의 크기가 감소하면서 박리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다. A comparison of before and after dry peeling is shown in Figure 5. As can be seen in the drawing, it was confirmed that peeling occurred as the particle size decreased.
3) 그래파이트 파우더(graphite powder)와 그래파이트 플레이크(graphite flakes)의 건식 박리3) Dry exfoliation of graphite powder and graphite flakes
실험예1과 같이 제트밀을 세팅한 후 그래파이트 파우더(graphite powder)와 그래파이트 플레이크(graphite flakes)를 건식박리하였다. After setting the jet mill as in Experimental Example 1, graphite powder and graphite flakes were dry-exfoliated.
건식 박리를 시행한 후 전후의 모습을 비교하여 도 6과 도 7에 각각 도시하였다. 도면에서 볼 수 있듯이, 입자의 크기가 감소하면서 박리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다. A comparison of before and after dry peeling is shown in Figures 6 and 7, respectively. As can be seen in the drawing, it was confirmed that peeling occurred as the particle size decreased.
Raman spectra 방법을 통해 그래핀 층 수를 확인한 결과 그래핀 층이 1 layer(약 30%), 또는 2~3 layer(약 50%), 4 layer 이상(약 20%)인 것을 확인할 수 있었다. As a result of checking the number of graphene layers using the Raman spectra method, it was confirmed that the graphene layer was 1 layer (about 30%), 2-3 layers (about 50%), or 4 layers or more (about 20%).
제조된 그래핀은 CVD(화학기상증착)에 의해 Pt,Ru 등 금속을 증착하여 다양한 용도로 활용될 수 있다. The manufactured graphene can be used for various purposes by depositing metals such as Pt and Ru through CVD (chemical vapor deposition).
4) 액체질소로 냉동된 그래파이트 플레이크(graphite flakes)의 건식 박리4) Dry exfoliation of graphite flakes frozen in liquid nitrogen
실험예1과 같이 제트밀을 세팅한 후 액체질소로 냉동된 그래파이트 플레이크(graphite flakes)를 건식박리하였다. After setting the jet mill as in Experimental Example 1, graphite flakes frozen with liquid nitrogen were dry-exfoliated.
건식 박리를 시행한 후 전후의 모습을 비교하여 도 8(SEM)과 도 9(TEM)에 각각 도시하였다. The before and after images after dry peeling were compared and shown in Figures 8 (SEM) and 9 (TEM), respectively.
기존 실시예에서 그래파이트 플레이크는 SEM 분석시 원료의 크기로 인해 500배, 10,000 까지만 측정이 가능하나, 냉동 분쇄 후에는 박리가 잘 되어 500배는 크기가 너무 작아 측정이 어렵고 10,000배와 20,000배 측정 가능한 것을 확인할 수 있었다. In the existing embodiment, graphite flakes can only be measured up to 500 times and 10,000 times due to the size of the raw material during SEM analysis, but after freeze-grinding, they easily peel off, making it difficult to measure 500 times because the size is too small, and measurements at 10,000 times and 20,000 times are possible. could be confirmed.
또한, TEM 분석시 처리 후 입자의 크기와 두께가 더욱 얇아지는 경향성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. In addition, during TEM analysis, it was confirmed that the size and thickness of the particles tended to become thinner after treatment.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. Although the present invention has been described in relation to the preferred embodiment as mentioned above, the technical idea of the invention is not limited or restricted thereto, and of course, it can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.
Claims (7)
상기 원료는 그래파이트 파우더(graphite powder) 또는 그래파이트 플레이크(graphite flakes)이고, 상기 2차원 물질은 그래핀(Graphene)이며,
상기 건식 제트밀에 원료 투입시, 액체 질소로 냉동된 원료를 액체 질소와 함께 투입하며,
상기 분쇄 에어 및 피딩 에어가, 오일프리 압축 공기를 생성하는 단계; 상기 압축 공기를 수분제거 필터에 통과시켜 수분을 제거하는 단계; 상기 압축 공기를 냉동식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계; 및 상기 압축 공기를 흡착식 드라이어에 통과시켜 수분을 제거하는 단계;를 통하여 제조되고,
상기 분쇄 에어의 압력이 2~10 bar이고, 피딩 에어의 압력은 분쇄 에어 압력보다 0.1~0.3 bar가 높은 것을 특징으로 하는 건식 박리를 통한 2차원 물질의 제조방법. Introducing grinding air and feeding air into a dry jet mill; Injecting raw materials into a dry jet mill into which the pulverizing air and feeding air are introduced to separate them; and obtaining a two-dimensional material exfoliated from the dry jet mill.
The raw material is graphite powder or graphite flakes, and the two-dimensional material is graphene,
When inputting raw materials into the dry jet mill, raw materials frozen with liquid nitrogen are added together with liquid nitrogen,
generating oil-free compressed air by the pulverizing air and feeding air; Passing the compressed air through a moisture removal filter to remove moisture; removing moisture by passing the compressed air through a refrigerated dryer; and removing moisture by passing the compressed air through an adsorption dryer.
A method of manufacturing a two-dimensional material through dry exfoliation, characterized in that the pressure of the grinding air is 2 to 10 bar, and the pressure of the feeding air is 0.1 to 0.3 bar higher than the grinding air pressure.
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