KR20090029621A - 그라펜 패턴 및 그의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

그라펜 패턴 및 그의 형성방법이 제공된다. 상기 그라펜 패턴은 기판 상에 그라펜이 소정 형상으로 패턴화된 것으로서, 이는 기판 상에 소정 패턴의 그래파이트화 촉매를 형성한 후, 여기에 탄소계 물질을 접촉 및 열처리하여 형성될 수 있다.

Description

그라펜 패턴 및 그의 형성방법 {Graphene pattern and process for preparing the same}
본 발명은 그라펜 패턴 및 그의 형성방법에 관한 것으로, 구체적으로는 기판 상에 그라펜이 소정 형상으로 패턴화된 그라펜 패턴 및 상기 그라펜 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 그라펜 패턴의 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 그래파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그라펜 시트(graphene sheet)가 적층되어 있는 구조이다. 최근 그래파이트로부터 한층 또는 수층의 그라펜 시트를 벗겨 내어, 상기 시트의 특성을 조사한 결과 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.
가장 주목할 특징으로는 그라펜 시트에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 상기 그라펜 시트는 또한 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 가진다는 것이다.
또한 현재까지 알려진 상기 그라펜 시트의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000cm2/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 무엇보다도 상기 그라펜 시트와 비슷한 계열인 카본나노튜브의 경우, 합성 후 정제를 거치는 경우 수율이 매우 낮기 때문에 값싼 재료를 이용하여 합성을 하더라도 최종 제품의 가격은 비싼 반면, 그래파이트는 매우 싸다는 장점이 있으며, 단일벽 카본나노튜브의 경우 그 키랄성 및 직경에 따라 금속, 반도체 특성이 달라질 뿐만이 아니라, 동일한 반도체 특성을 가지더라도 밴드갭이 모두 다르다는 특징을 가지므로, 주어진 단일벽 카본나노튜브로부터 특정 반도체 성질 또는 금속성 성질을 이용하기 위해서는 각 단일벽 카본나노튜브를 모두 분리해야 될 필요가 있으며, 이는 매우 어렵다고 알려져 있다.
반면 그라펜 시트의 경우, 주어진 두께의 그라펜 시트의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있으므로 소자를 쉽게 디자인 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 그라펜 시트의 특징은 향후 탄소계 전기 소자 또는 탄소계 전자기 소자 등에 매우 효과적으로 이용될 수 있다.
그러나 이와 같은 그라펜 시트는 매우 유용한 성질을 가지고 있음에도 불구하고 경제적이고, 대면적으로 재현성 있게 제조할 수 있는 방법은 현재까지 개발되지 않았다. 현재까지 개발된 방법은 2가지로 분류할 수 있으며, 미세 기계적(micromechanical) 방법과 SiC 결정 열분해 방법이다. 미세 기계적 방법은 그래파이트 시료에 스카치 테이프를 붙인 다음, 상기 스카치 테이프를 떼어내게 되면 스카치 테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 그라펜 시트를 얻는 방식이 다. 이 경우 떼어져 나온 그라펜 시트는 그 층의 수가 일정하지 않으며, 또한 모양도 종이가 찢어진 형상으로 일정하지가 않다. 더욱이 대면적으로 그라펜 시트를 얻는것은 불가능하다는 특징이 있다. 아울러, 상기 SiC 결정 열분해 방법은 SiC 단결정을 가열하게 되면 표면의 SiC는 분해되어 Si은 제거되며, 남아 있는 카본(C)에 의하여 그라펜 시트가 생성되는 원리이다. 그러나 이와 같은 열분해 방법의 경우, 출발물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그라펜 시트를 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
따라서 그라펜 시트의 제조가 용이하지 않으며, 그에 따라 이를 기판 상에 패턴화시키는 것은 더욱 곤란한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 기판 상에 소정 형상으로 그라펜을 패턴화시킨 그라펜 패턴을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 그라펜 패턴의 형성방법을 제공하는 것이다.
상기 제1 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합하여 이루어진 폴리시클릭 방향족 분자로서 층수가 1층 내지 300층인 그라펜이 기판의 적어도 일면 상에 형성된 그라펜 패턴을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 그라펜 패턴을 구성하는 그라펜은 단결정 구조를 가지며, 라만스펙트럼 측정시 D밴드/G밴드의 피크비가 0.2 이하이며, 0가 바람직하다.
상기 제2 과제를 달성하기 위한 일 구현예로서 본 발명은,
적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매의 패턴이 형성된 기판을 형성하는 단계;
상기 패턴이 형성된 기판 상에 탄소계 물질을 접촉시키는 단계; 및
불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에 열처리하여 상기 그래파이트화 촉매의 패턴 상에 그라펜을 형성하는 단계;를 포함하는 그라펜 패턴의 형성방법을 제공 한다.
상기 그라펜 패턴 형성방법에서, 상기 탄소계 물질은 탄소 함유 폴리머, 기상 탄소계 물질 또는 액상 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 제2 과제를 달성하기 위한 일 구현예로서 본 발명은,
적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매가 형성된 기판을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 탄소계 물질을 접촉시키는 단계; 및
불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에 상기 탄소계 물질을 패턴 형상으로 선택적으로 열처리하여 그라펜 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 그라펜 패턴의 형성방법을 제공한다.
상기 그라펜 패턴 형성방법에서, 상기 탄소계 물질은 탄소 함유 폴리머, 기상 탄소계 물질 또는 액상 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 그라펜 패턴 형성방법에서, 상기 그래파이트화 촉매는 단결정 구조를 갖는다.
상기 그라펜 패턴 형성방법에서, 상기 탄소계 물질의 접촉공정은 (a) 탄소계 물질인 탄소 함유 폴리머를 상기 패턴이 형성된 기판 상에 도포하는 공정; (b) 탄소계 물질인 기상 탄소계 물질을 상기 패턴이 형성된 기판 상에 투입하는 공정; (c) 탄소계 물질인 액상 탄소계 물질 내에 상기 패턴이 형성된 기판을 침지한 후 예비열처리하는 공정; 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 그라펜 패턴은 전기적 특성이 우수한 그라펜이 기판 상에 패 턴 형상으로 형성된다.
본 명세서에서 사용되는 "그라펜"이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그라펜은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그라펜은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 최대 100nm까지의 두께를 형성하게 된다. 통상 상기 그라펜의 측면 말단부는 수소원자로 포화된다.
상기 그라펜은 기판, 예를 들어 실리카 기판 상에 형성될 수 있으며, 소정 위치에 소정 형상을 갖는 그라펜 패턴이 형성됨으로써 전기적 특성이 우수한 그라펜을 사용하여 회로를 구성하게 되므로 탄소계 전자기 소자 등에 유용하게 사용할 수 있다.
기판 상에 형성된 그라펜 패턴층의 층수는 1층 내지 300층이 가능하며, 상기 층수가 300층을 초과하는 경우 그라펜으로서의 전기적 특성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 기판과 그라펜 패턴 사이에는 상기 그라펜 패턴과 유사한 패턴 형상을 갖는 그래파이트화 촉매층이 존재할 수 있다. 이와 같은 그래파이트화 촉매층은 상기 그라펜 패턴 형성과정에서 형성된 것으로, 필요에 따라 산처리 등에 상기 촉매 층을 제거할 경우 기판 상에는 그라펜 패턴이 직접적으로 접촉하게 되거나, 이와 같은 처리를 하지 않는 경우에는 기판, 그래파이트화 촉매층 및 그라펜 패턴이 순차적으로 존재하게 된다.
상기 그라펜 패턴이 형성되는 기판으로서는 특별히 한정되는 것은 아니나, Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판 등의 무기물 기판과 PET, PES, PEN 등의 플라스틱 기판, Ni, Cu, W 등의 금속 기판 등을 사용할 수 있다.
상기 그래파이트화 촉매층을 구성하는 그래파이트화 금속 촉매는 다결정(polycrystal) 또는 단결정(single crystal) 구조를 갖는 것을 사용할 수 있다. 다결정 그래파이트화 금속 촉매는 촉매층 형성이 용이하고 저렴하다는 장점을 갖는다. 또한 그래파이트화 금속 촉매로서 단결정 구조체를 사용하게 되면, 다결정 구조체가 갖는 그레인의 형성이 발생하지 않아 그라펜 형성 속도가 전 표면에서 동일하여 균질한 그라펜 패턴의 생성이 가능해지게 된다.
상기 그라펜의 균질성 여부는 라만 스펙트럼을 통해서 확인할 수 있으며, 특히 D밴드의 존재여부를 통해 확인할 수 있다. 라만 스펙트럼에서 D밴드는 상기 그라펜에 존재하는 흠결의 존재 여부를 의미하며, 상기 D밴드의 피크 강도가 높을 경우 결함이 다량으로 존재하는 것으로 해석할 수 있게 되며, 이와 같은 D밴드의 피크 강도가 낮거나 전혀 없을 경우 결함이 거의 없는 것으로 해석할 수 있다.
본 발명에 따라 얻어지는 그래파이트화 금속 촉매를 사용하여 적층 형성법에 의해 얻어진 그라펜 시트는 상기 D밴드/G밴드의 피크비가 0.2 이하가 바람직하며, 바람직하게는 0.01 이하, 더욱 바람직하게는 0.001 이하의 값을 가지며, 가장 바람 직하게는 흠결이 존재하지 않는 "0(zero)"의 값을 갖게 된다.
상기 그래파이트화 금속 촉매는 탄소성분들이 서로 결합하여 6각형의 판상 구조를 형성하도록 도와주는 역할을 수행하며, 그 예로서는 그래파이트를 합성하거나, 탄화반응을 유도하거나, 또는 카본나노튜브를 제조하는데 사용되는 촉매를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, Ni, Co, Fe, Pt Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 사용할 수 있다.
상기 단결정의 그래파이트화 금속 촉매의 경우는 상기와 같은 종류의 금속 또는 합금을 단결정화시켜 제조하는 것도 가능하나, 시판 중인 단결정 금속을 구입하여 사용하는 것도 가능하다. 일반적으로 시판 중인 단결정의 금속은 막대(rod) 형태로 되어 있는 경우가 많으며, 이와 같은 막대 형태를 시트 형상으로 얇게 절단하여 사용할 수 있다.
상술한 그라펜 패턴은 다음과 같이 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 그라펜 패턴의 형성방법을 도 1에 도시하였으며, 우선, 적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매의 패턴이 형성된 기판을 형성하고, 상기 패턴이 형성된 기판 상에 탄소공급원으로서 탄소계 물질을 접촉시킨 후, 불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에 열처리하여 상기 그래파이트화 촉매의 패턴 상에 그라펜을 형성함으로써 기판 상에 그라펜 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
상기 형성방법에서 기판 상에 그래파이트화 촉매의 패턴을 형성하는 방법은 통상적으로 사용되는 금속 패터닝 방법을 사용하는 것이 가능하며, 특별한 제한은 없다. 예를 들어 기판 상에 그래파이트화 촉매를 인쇄법에 의해 소정 형상으로 인쇄하는 방법, 혹은 포토리소그래피 공정에 의해 고정밀 패턴 형상을 부여할 수 있다.상기 포토리소그래피 공정에 의한 그래파이트화 촉매의 패턴 형성방법은, 예를 들어 그래파이트화 촉매를 기판 상에 전체적으로 증착한 후, 포토레지스트층을 그 위에 형성하고, 여기에 포토마스크를 밀착시키고 노광 및 에칭 공정에 의해 고정밀 패턴 형상을 부여하게 된다.
상술한 그래파이트화 촉매의 패턴을 형성한 후, 여기에 탄소계 물질을 접촉시키게 된다. 이와 같은 탄소계 물질의 접촉공정은 (a) 탄소계 물질인 탄소 함유 폴리머를 상기 패턴이 형성된 기판 상에 도포하는 공정; (b) 탄소계 물질인 기상 탄소계 물질을 상기 패턴이 형성된 기판 상에 투입하는 공정; (c) 탄소계 물질인 액상 탄소계 물질 내에 상기 패턴이 형성된 기판을 침지한 후 예비열처리하는 공정; 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 그라펜 패턴을 형성하기 위하여 상기 그래파이트화 촉매와 접촉하는 탄소계 물질은 탄소를 포함한 어떠한 구조의 및 조성이라도 제한없이 사용할 수 있다. 다만 치밀한 그래파이트 층의 형성을 위해서는 도포된 탄소계 물질의 밀도가 치밀한 것이 바람직하다. 이와 같은 탄소계 물질로서는 탄소 함유 폴리머, 기상 탄소계 물질, 또는 액상 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 탄소계 물질로서 탄소 함유 폴리머를 사용하는 경우, 일반적인 탄소 함유 폴리머라면 어느 것이나 제한없이 사용할 수 있으나, 자기 조립 폴리머를 사용하는 경우 폴리머가 촉매 표면에 도 2에 나타낸 바와 같이 자기 조립 폴리머가 수 직 방향으로 규칙적으로 배열하기 때문에 매우 도 3에 나타낸 바와 같이 밀도가 높은 그라펜 패턴을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
이와 같은 자기조립막을 형성하는 자기 조립 폴리머로서는 양친매성 폴리머, 액정 폴리머 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 자기 조립 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 양친매성 폴리머는 구조체 내에 친수성 및 소수성 작용기를 모두 가지므로 수용액 중에서 일정한 배향으로 배열되는 것이 가능하며, 예를 들어 랭뮤어-브로젯 배열, 디핑 배열, 스핀 배열 등이 가능하다. 상기 양친매성 폴리머는 아미노기, 히드록시기, 카르복실기, 설페이트기, 설포네이트기, 포스페이트기 또는 그의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 친수성 작용기; 및 할로겐원자, C1-C30 알킬기, C1-C30 할로겐화 알킬기, C2-C30 알케닐기, C2-C30 할로겐화 알케닐기, C2-C30 알키닐기, C2-C30 할로겐환 알키닐기, C1-C30 알콕시기, C1-C30 할로겐화 알콕시기, C1-C30 헤테로알킬기, C1-C30 할로겐화 헤테로알킬기, C6-C30 아릴기, C6-C30 할로겐화 아릴기, C7-C30 아릴알킬기 및 C7-C30 할로겐화 아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 소수성 작용기를 포함한다. 이와 같은 양친매성 폴리머로서는 카프르산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 미리스톨레산(myristoleic acid), 팔미톨레산(palmitoleic acid), 올레산, 스테아리돈산, 리놀렌산, 카프릴 아민, 라우릴 아민, 스테아릴 아민, 올레일 아민 등을 예로 들 수 있다.
상기 액정 폴리머는 액상 중에서 일정 배향으로 배열되는 성질을 가지고 있 으며, 상기 전도성 폴리머는 용매에 용해된 후 막을 만들어서 용매가 휘발되면 자기 자신들끼리 배열하여 특정한 결정 구조를 이루게 되는 특성을 갖고 있으므로, 디핑 배열, 스핀 코팅 배열 등이 가능하다. 이와 같은 폴리머의 예로서는 폴리아세틸렌계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리아닐린계, 폴리플로오렌계, 폴리(3-헥실티오펜), 폴리나프탈렌계, 폴리(p-페닐렌 설파이드), 및 폴리(p-페닐렌 비닐렌)계 등을 예로 들 수 있다.
한편, 기상의 원료로부터 증착될 때 자동적으로 일정 배향으로 배열되는 폴리머, 예를 들어 증착 공정에 의해 형성되는 전도성 폴리머도 본 발명에서 사용이 가능한 바, 예를 들어 아센(acene) 및 그 유도체, 안트라센 및 그 유도체, 헤테로안트라센 (예를 들어 벤조디티오펜, 디티에노티오펜) 및 그 유도체, 테트라센 및 그 유도체 (예를 들어 할로겐화 테트라센, 극성 치환기를 갖는 테트라센 유도체, 테트라센-티오펜 하이브리드 물질, 루브렌(rubrene), 알킬- 및 알콕시- 치환된 테트라센), 헤테로테트라센 및 그 유도체, 펜타센 및 그 유도체 (예를 들어 알킬- 및 할로겐- 치환된 펜타센, 아릴-치환된 펜타센, 알키닐- 치환된 펜타센, 알키닐-치환된 알킬 및 알키닐 펜타센, 알키닐-치환된 펜타센 에테르), 헤테로펜타센 및 그 유도체, 헤테로아센 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
상기 탄소 함유 폴리머는 구조 내에 탄소-탄소 이중결합 또는 탄소-탄소 삼중결합 등의 중합 기능성 작용기를 적어도 하나 가질 수 있다. 이들은 막을 형성한 후 자외선 조사 등의 중합 공정에 의해 폴리머 간의 중합을 유도할 수 있다. 이러한 공정으로 얻어진 탄소계 물질은 분자량이 높기 때문에 이후 열처리 시 탄소의 휘발을 억제하는 것이 가능해진다.
이와 같은 탄소 함유 폴리머의 중합 공정은 상기 그래파이트화 촉매 상에 도포하기 이전 또는 이후에 수행할 수 있다. 즉, 그래파이트화 촉매 상에 도포하기 전에 탄소 함유 폴리머 간의 중합을 유도한 경우에는, 별도의 중합공정으로 얻어진 중합 막을 상기 그래파이트화 촉매 상에 전사하여 탄소계 물질층을 형성할 수 있다. 이와 같은 중합 공정 및 전사 공정은 수회 반복하여 목적하는 그라펜 시트의 두께를 제어하는 것이 또한 가능하다.
상기 탄소 함유 폴리머는 다양한 도포법으로 상기 그래파이트화 촉매 상에 배열될 수 있는 바, 예를 들어 랭뮤어-브로젯(Langmuir-Blodgett), 딥코팅, 스핀코팅, 진공증착 등의 방법으로 상기 촉매 표면에 배열할 수 있다. 특히 이와 같은 도포 방법에 따라 상기 탄소 함유 폴리머는 기판 상에 전체적으로 도포되거나, 또는 상기 그래파이트화 촉매 상에 선택적으로 도포될 수 있다.
상기 탄소 함유 폴리머가 그래파이트화 촉매 상에 선택적으로 도포되는 경우는, 패턴화된 상기 그래파이트화 촉매와 동일 또는 유사한 패턴 형상을 갖게 된다. 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 탄소 함유 폴리머가 기판 상에 전체적으로 도포되는 경우라도, 이어지는 열처리 공정에서 상기 그래파이트화 촉매가 없는 부분에 도포된 탄소 함유 폴리머는 그래파이트화 촉매의 도움을 받을 수 없어 열분해되어 기체로 날아가거나 비정질 카본으로 남게 된다. 이와 같은 비정질 카본은 후속 공정에 의해 선택적으로 제거할 수 있게 된다.
한편, 기판 상에 배열되는 탄소 함유 폴리머의 분자량, 막의 두께 또는 자기 조립막의 층수는 목적하는 그라펜의 층 수에 따라 조절될 수 있다. 즉, 분자량이 큰 탄소 함유 폴리머를 사용할수록 탄소 함량이 높아 생성되는 그라펜의 층 수가 많아지며, 패턴의 두께를 높게 할수록 생성되는 그라펜의 층수가 많아지므로 두께도 증가하게 된다. 탄소 함유 폴리머의 분자량을 통해서 그라펜 층의 두께를 조절하는 것도 가능하다.
또한 자기 조립 유기물 중 양친매성 유기물은 분자 내에 친수성 부위와 소수성 부위를 모두 포함하고 있으며, 도 5에 나타낸 바와 같이 유기물, 예를 들어 폴리머의 친수성 부위는 친수성인 그래파이트화 촉매에 결합하여 우선적으로 촉매층 상에 고르게 배열하게 되며, 상기 양친매성 유기물의 소수성 부위는 기판의 반대쪽으로 노출되어, 촉매층과 결합되지 않은 다른 양친매성 유기물, 예를 들어 양친매성 폴리머의 친수성 부위와 결합한다. 상기 양친매성 유기물의 함량이 충분한 경우, 이와 같은 친수성-소수성 결합에 의해 상기 양친매성 유기물은 상기 촉매층 상에 순차적으로 적층된다. 이들이 순차적으로 결합하여 복수개의 층을 구성한 후, 열처리에 의해 그라펜 층을 구성하게 된다. 따라서 적절한 양친매성 유기물을 선택하고, 그 함량을 조절하여 형성되는 유기물 막의 두께를 제어함에 따라 그라펜의 층 수를 조절하는 것이 가능해지므로 용도에 맞춰 적절한 두께의 그라펜 패턴을 제조할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
한편, 상기 탄소계 물질의 공급원으로서 사용되는 기상 탄소계 물질은 기판 상의 그래파이트화 촉매와 기상으로 접촉하여 열분해됨으로써 그라펜을 형성하게 된다. 이와 같은 기상 탄소계 물질로서는 탄소를 공급할 수 있으며, 300℃ 이상의 온도에서 기상으로 존재할 수 있는 물질이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 상기 기상 탄소계 물질로서는 탄소를 함유하는 화합물이면 가능하며, 탄소수 6개 이하의 화합물이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 탄소수 4개 이하의 화합물이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 2개 이하의 화합물이다. 그러한 예로서는 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
이와 같은 기상 탄소계 물질은 그래파이트화 촉매가 존재하는 챔버 내에 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 챔버 내에서는 상기 기상 탄소계 물질만 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.
또한, 상기 기상 탄소계 물질과 더불어 수소를 사용할 수 있다. 수소는 금속 촉매의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위하여 사용될 수 있으며, 용기 전체 부피의 5 내지 40 부피% 사용가능하고, 바람직하게는 10 내지 30 부피%이며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 부피% 이다.
또한, 상기 탄소계 물질로서 사용가능한 액상 탄소계 물질은 그래파이트화 촉매가 형성된 기판과 접촉한 후, 예비 열처리에 의해 분해된 탄소가 침탄 공정에 의해 그래파이트화 촉매 내부에 침투하게 된다. 상기 접촉 공정은 침지 등의 공정을 수행할 수 있다.
이와 같은 액상 탄소계 물질로서는 유기 용매를 예를 들 수 있으며, 탄소를 포함하며, 상기 그래파이트화 촉매에 열분해될 수 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으며, 끓는점이 60 내지 400℃인 극성 또는 비극성 유기용매를 사용할 수 있다. 이와 같은 유기용매로서는 알코올계 유기용매, 에테르계 유기 용매, 케톤계 유기용매, 에스테르계 유기용매, 유기산 유기용매 등을 사용할 수 있으며, 그래파이트화 금속 촉매와의 흡착이 용이하고, 반응성이 좋으며, 환원력이 우수하다는 측면에서 알코올계 및 에테르계 유기용매를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 알코올계 유기용매로서는 1가 알코올류 및 다가 알코올류 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 1가 알코올로서는 프로판올, 펜타올, 헥사놀, 헵타놀, 옥타놀 등을 사용할 수 있으며, 다가 알코올로서는 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 옥틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 디메틸-2,2-부탄디올-1,2 및 디메틸-2,2-부탄디올-1,3 등을 사용할 수 있다. 상기 1가 알코올류 및 다가 알코올류는 히드록시기 외에 에테르기를 포함할 수 있다.
상기 액상 탄소계 물질은 단독으로 사용하는 것도 가능하며, 염기를 더 첨가하여 사용하는 것도 가능하다. 염기가 첨가될 경우 침탄의 속도가 빠르게 진행되므로 그라펜 패턴의 형성 시간을 단축시킬 수 있으며, 점도를 상승시켜 입자의 응집을 제어할 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 염기는 단독으로 첨가되는 것도 가능하나, 염기 용해도의 측면에서 물을 함께 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 염기의 종류로서는 유기염기 및/또는 무기염기를 사용할 수 있으며, 예를 들어 테 트라메틸암모늄 클로라이드(TMAH), 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 사용할 수 있다. 염기의 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 유기용매 내에서의 농도가 0.01 내지 5.0M인 것이 바람직하며, 상기 농도가 0.01M 미만이면, 침탄 속도가 늦고, 입자의 응집을 제어하지 못하게 될 우려가 있으며, 5.0M 이상일 경우는 반응 후 점도가 너무 높아져서 용매내에서의 입자 분리가 어렵고 세척이 곤란해질 우려가 있다.
상기 액상 탄소계 물질을 사용하는 경우는, 예비 열처리 과정에 의해 침탄 과정을 진행할 수 있으며, 이와 같은 예비 열처리 과정에 의해 액상 탄소계 물질은 그래파이트화 촉매에 의해 열분해된다. 액상 탄소계 물질이 상기 그래파이트화 촉매에 의해 열분해되는 과정은 문헌(Nature, vol 418, page 964) 등에 이미 알려져 있으며, 예를 들어 다가 알코올과 같은 유기 용매의 열분해 결과물은 알칸, H2, CO2, H2O 등이며, 분해 결과물 중 탄소 성분이 촉매 내부에 침탄된다. 상기 문헌은 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
이와 같은 열분해를 위한 상기 예비 열처리 과정은 액상 탄소계 물질과 촉매의 충분한 혼합이 이루어질 수 있도록 교반하에 수행할 수 있으며, 100 내지 400℃의 온도에서 10분 내지 24시간 동안 수행할 수 있다. 상기 예비 열처리 온도가 100℃ 미만이면 유기용매의 충분한 열분해가 이루어지지 않을 우려가 있으며, 400℃를 초과하면 입자가 용융에 의해 응집이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. 상기 제1 열처리 시간이 10분 미만이면 유기용매의 충분한 열분해가 이루어지지 않을 우 려가 있으며, 24시간을 초과하면 초과되는 열처리로 인한 이익이 거의 없어 경제성이 저하된다.
한편, 상기와 같은 침탄 공정에서 침탄의 정도를 조절함으로써 촉매 내의 탄소 함량을 조절할 수 있으며, 그에 따라 이어지는 그라펜 생성 공정에서 형성되는 그라펜 층의 두께를 조절하는 것이 가능해진다. 예를 들어 상기 액상 탄소계 물질의 분해반응 과정에서, 분해가 용이한 물질을 사용할 경우 분해된 탄소의 함량이 많아지고, 그 결과 다량의 탄소가 상기 촉매 내에 침탄되는 것이 가능해진다. 또한 상기 열처리 온도 및 시간을 조절하여 침탄 공정을 제어하면, 촉매 내에 침탄되는 탄소의 함량을 조절하는 것이 가능하며, 그에 따라 그라펜 생성 정도를 조절하는 것이 가능해진다. 따라서 그라펜 패턴을 구성하는 그라펜 층의 두께를 쉽게 제어하는 것이 가능해진다.
상기 그라펜 패턴을 구성하는 그라펜은 복수개의 층이 적층된 형태를 가질 수 있으며, 1층 내지 300층, 바람직하게는 1층 내지 60층으로 구성될 수 있다. 상기 층수가 300층을 초과하는 경우 그라펜이 아닌 그래파이트로서 정의되므로 본 발명의 범위를 벗어나게 되어 바람직하지 않다.
상기와 같은 탄소 함유 폴리머, 액상 탄소계 물질, 기상 탄소계 물질 등과 같은 탄소계 물질을 그래파이트화 촉매 상에 접촉시킨 후, 상기 탄소계 물질을 그래파이트화시키기 위하여 열처리를 수행하게 된다. 이와 같은 열처리는 상기 탄소계 물질을 구성하는 구성 성분의 산화를 방지하기 위하여 불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에서 수행하게 된다. 상기 열처리에 의해 유기물의 탄소 성분은 서로 공유 결합하여, 예를 들어 6각형의 판상 구조를 형성하여 그라펜을 기판 상에 형성하게 된다.
상기 열처리 온도는 400 내지 2,000℃에서 수행하며, 상기 열처리 온도가 400℃ 미만이면 충분한 그래파이트화를 얻기 곤란하며, 2,000℃를 넘는 경우에는 탄소의 휘발 우려가 있어 바람직하지 않다. 열처리 시간은 0.1 내지 10시간 동안 수행할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 그래파이트화를 얻지 못하거나, 초과되는 시간으로 인한 경제성이 저하되어 바람직하지 않다.
상기 열처리를 위한 열원으로서는 유도가열(inductin heating), 복사열, 레이져, IR, 마이크로파, 플라즈마, UV, 표면 플라즈몬 가열 등을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기와 같은 열처리 이후에, 상기 열처리 결과물은 소정의 냉각 공정을 거치게 된다. 이와 같은 냉각 공정은 생성된 그라펜이 균일하게 성장하여 일정하게 배열될 수 있도록 하기 위한 공정으로서, 급격한 냉각은 생성되는 그라펜 시트의 균열 등을 야기할 수 있으므로, 가급적 일정 속도로 서서히 냉각시키는 것이 바람직하며, 예를 들어 분당 0.1 내지 10℃의 속도로 냉각시키는 것이 바람직하고, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능하다. 상기 자연 냉각은 열처리에 사용된 열원을 단순히 제거한 것으로서, 이와 같은 열원의 제거만으로도 충분한 냉각 속도를 얻는 것이 가능해진다.
상술한 그라펜 패턴의 형성방법은 미리 그래파이트화 촉매에 패턴 형상을 부여한 후, 그라펜 패턴을 형성하게 되나, 이와 다른 방법으로서 탄소계 물질 자체에 패터닝을 수행하는 것도 가능하다. 즉 그래파이트화 촉매를 전체적으로 기판 상에 증착 공정 등에 의해 형성한 후, 이를 패터닝하는 공정 없이 탄소계 물질을 소정 패턴으로 인쇄하거나, 열처리 공정에서 상기 탄소계 물질에 패터닝을 수행하는 것이 가능하다.
상기 탄소계물질의 인쇄는 그래파이트화 촉매가 전체적으로 도포된 기판 상에 잉크젯 인쇄법 등을 사용하여 탄소계 물질을 고정밀 패턴 형상으로 인쇄한 후, 이를 열처리함으로써 그라펜 패턴을 형성하게 된다.
상기 열처리 공정에서 유기물에 패터닝을 수행하는 공정은, 도 6에 나타낸 바와 같이 그래파이트화 촉매가 전체적으로 도포된 기판 상에 마찬가지로 탄소계 물질을 전체적으로 접촉시킨 후, 상기 탄소계 물질을 패턴형상으로 부분적으로 선택하여 가열함으로써 그라펜 패턴을 형성하게 된다. 이때 사용가능한 에너지원으로서는 전자, 이온, 자외선, 적외선, 마이크로파 등의 패터닝이 가능한 에너지원을 제한 없이 사용할 수 있다. 따라서 기판 전체를 가열하는 것이 아니라 소정 패턴 형상만을 가열하게 되므로 대면적 기판 전체를 열처리하는 경우 발생할 수 있는 그라펜의 균열 등을 억제할 수 있으며, 가열시간 및 가열 온도 등을 조절하여 플라스틱을 기판 상에 그라펜 패턴을 형성하는 것도 가능해진다.
상기 그라펜 패턴을 형성하는 다양한 방법에 사용되는 그래파이트화 촉매는 입자상의 형태를 부여한 후 사용하는 것도 가능하다. 즉 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 그래파이트화 촉매를 입자상으로 사용하여 이를 디핑, 랑뮤어 브로젯, 스핀 코팅 등을 이용하여 기판 위에 원하는 모양으로 배열하면, 얻어지는 그라펜 패턴이 상기 그래파이트화 촉매의 입자 형상을 부여받게 된다. 또는 입자상의 그래파이트화 촉매 표면을 미리 유기물로 도포하여 코어-쉘 구조체를 형성한 후, 이 구조체를 기판 상에 배열 및 열처리하여 소정 형상을 갖는 그라펜 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 상기 입자상의 그래파이트화 촉매는 그 내부에 금속 산화물 등의 코어를 추가적으로 더 가지는 것도 가능하다.
상술한 바와 같은 그라펜 패턴 형성 공정을 수행하면, 기판의 적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매층 및 그라펜 패턴이 순차적으로 존재하게 되는 바, 상기 그래파이트화 촉매층은 그대로 사용하거나, 필요에 따라 이를 산처리에 의해 제거하여 그라펜 패턴이 기판에 직접적으로 결합된 형태로 사용하는 것도 가능하다.
상술한 그라펜 패턴 형성 방법에 따르면, 고정밀의 그라펜 패턴을 간단한 공정에 의해 효율적으로 제조할 수 있으며, 그 두께를 용이하게 제어하는 것이 가능해지므로, 다양한 탄소계 전자기 소자 등에 유용하게 사용할 수 있다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
SiO2가 100nm 코팅되어 있는 3 cm X 3cm 실리콘 기판 상에 PR 패터닝을 만든 후, 스퍼터링을 사용하여 니켈을 증착하여 선폭 1㎛의 니켈 고정밀 패턴을 형성하 였다.
이와 별도로 올레인산을 클로로포름에 1mg/ml의 농도로 용해시켜 올레인산 용액을 준비하고, LB 장치에 물을 투입한 다음, 여기에 올레인산 용액 50㎕를 적하하였다. 올레인산 용액을 투입한 후, LB장치를 이용하여 SAM (Self Assembled Monolayer)를 제조하였다. 이 상태에서 254nm UV를 조사하여 올레인산으로 이루어진 SAM을 중합하였다. 이렇게 얻어진 중합된 올레인산 SAM를 상기 SiO2가 100nm 코팅되어 있는 실리콘 기판 상으로 전사하였다.
이어서, 상기 올레인산 코팅 기판을 진공분위기, 60℃에서 12시간 동안 가열하여 건조하였다. 건조가 완료된 올레인산 코팅 기판을 가열로에서 질소분위기하에 500℃에서 1시간 동안 열처리하여 그라펜 시트의 층수가 1층이며, 소정 패턴으로 그라펜이 형성된 기판을 얻었다.
이어서 상기 그라펜 패턴이 형성된 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 상기 니켈 금속 박막을 제거하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 중합된 올레인산 SAM을 니켈 패턴상에 전사하는 과정을 4번 반복한 것으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 층 수가 약 4층인 그파펜 패턴이 형성된 기판을 얻었다.
이어서 상기 그라펜 패턴이 형성된 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 상기 니켈 금속 박막을 제거하였다.
실시예 3
SiO2가 100nm 코팅되어 있는 3cm X 3cm 실리콘 기판 상에 스퍼터링을 사용하여 니켈을 증착하여 니켈 금속 박막을 형성하였다.
이와 별도로 올레인산을 클로로포름에 1mg/ml의 농도로 용해시켜 올레인산 용액을 준비하고, LB 장치에 물을 투입한 다음, 여기에 올레인산 용액 50㎕를 적하하였다. 올레인산 용액을 투입한 후, LB장치를 이용하여 SAM (Self Assembled Monolayer)를 제조하였다. 이 상태에서 254nm UV를 조사하여 올레인산으로 이루어진 SAM을 중합하였다. 이렇게 얻어진 중합된 올레인산 SAM를 상기 SiO2가 100nm 코팅되어 있는 실리콘 기판 상으로 전사하였다. 이와 같은 웅합된 올레인산 SAM을 총 4회 반폭하여 실리콘 기판 상으로 전사하였다.
상기 기판을 e-beam 에너지원을 사용하여 부분적으로 가열처리하여 선폭 50nm 및 층수 4층의 그라펜을 형성한 후, 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 그라펜 비 형성 영역에 존재하는 올레인산 SAM과 니켈 금속 박막을 제거하였다.
실시예 4
SiO2가 100nm 코팅되어 있는 3 cm X 3 cm의 3차원 구조물 형상의 실리콘 기판과 지름 80nm, 수 미크론 정도의 길이를 갖는 ZnO 와이어를 준비하였다. 상기 실리콘 기판 및 ZnO 와이어는 APS가 용해된 수용액에 투입하여 2시간 동안 교반하여, 여과하고, 상온에서 1시간 건조하여 APS가 코팅된 실리콘 기판 및 ZnO 와이어를 얻 었다.
그리고 메르캅토 아세트산으로 코팅된 5 nm 니켈 입자 수용액을 준비하였다. 상기 APS가 코팅된 실리콘 기판 및 APS가 코팅된 ZnO와이어를 메르캅토 아세트산이 코팅된 니켈 입자 수용액에 각각 가하였다. 상기 실리콘 기판은 상기 니켈 나노입자 수용액에 디핑함으로써 니켈 나노입자를 상기 실리콘 기판에 단일층으로 배열하였다. 그리고 상기 상기 니켈 입자가 분산되어 있는 수용액에 투입하여 2시간 동안 교반하여, 여과하고, 상온에서 1시간 동안 건조하여 니켈 입자가 단일층으로 코팅된 실리콘 기판 및 ZnO 와이어를 얻었으며, 도 9 및 도 10에 각각 나타내었다.
이와는 별도로 46.7g에 올레산 1.4g을 혼합한 용액 두개를 준비한 후, 상기 니켈입자가 코팅된 실리콘 기판 및 니켈 입자가 코팅된 ZnO 와이어를 각각 투입한 후 5시간 동안 400rpm으로 교반하였다. 교반이 끝난 후, 상기 올레산이 코팅된 니켈입자가 코팅된 실리콘 기판 및 니켈 입자가 코팅된 ZnO 와이어를 여과지에 투입하여 진공을 가함으로써 물을 제거하여, 올레산이 코팅된 니켈입자가 코팅된 실리콘 기판 및 니켈 입자가 코팅된 ZnO 와이어를 분리하였다. 얻어진 샘플은 진공분위기, 60℃에서 12시간 동안 가열하여 상기 니켈 분말의 표면에 잔류하는 물을 제거하였다. 건조가 완료된 올레산 코팅 니켈 분말은 질소 분위기, 500℃에서 열처리 함으로써 실리콘 기판 및 ZnO 와이어 표면에 각각 5nm, 3nm 그라파이트가 코팅된 니켈 입자를 얻을 수 있었다. 각각의 시료를 HCl, 0.1M 농도에서 24시간 녹여내었을 경우, 얻어진 그라펜으로 이루어진 구형의 그라펜 쉘이 코팅되어 있는 실리콘 기판 및 ZnO 와이어를 얻을 수 있었다.
실시예 4에서 얻어진 그라펜 패턴 기판을 도 8에 나타내며, 도 9는 3차원 구조물, 도 10은 나노 와이어를 나타낸다.
실시예 5
SiO2가 100nm 코팅되어 있는 3 cm X 3cm 실리콘 기판 상에 PR 패터닝을 만든 후, 스퍼터링을 사용하여 니켈을 증착하여 선폭 1㎛의 니켈 고정밀 패턴을 형성하였다.
상기 SiO2 및 니켈 고정밀 패턴이 형성된 실리콘 기판을 챔버 내에 위치시키고, 아세틸렌 가스를 (200sccm)으로 상기 챔버 내에 일정하게 투입하면서 할로겐 램프 열원을 사용하여 400℃에서 20분 동안 열처리하여 상기 그래파이트화 촉매 상에 그라펜을 생성하였다.
이어서, 상기 열원을 제거하고 상기 챔버 내부를 자연 냉각하여 그라펜을 일정한 배열로 성장시킴으로써 층수가 7층인 그라펜 패턴을 생성하였다.
이어서 상기 그라펜 패턴이 형성된 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 상기 니켈 금속 패턴을 제거하였다
실시예 6
산화물이 제거된 Ni 단결정을 실리콘 기판 위에 올려 놓고, Ni 단결정 위에 PR 패터닝을 만든 후 Ni를 제거하여 선폭 1㎛의 고정밀 패턴을 만들었다.
이후 아세틸렌 가스와 수소 가스를 각각 5sccm, 45sccm으로 상기 챔버 내에 일정하게 투입하면서 할로겐 램프 열원을 사용하여 750℃에서 2분 동안 열처리하여 상기 그래파이트화 촉매 패턴상에 그라펜을 생성하였다.
이어서, 상기 열원을 제거하고 상기 챔버 내부를 자연 냉각하여 그라펜을 일정한 두께로 성장시킴으로써 층수가 약 7층인 소정 형상의 그라펜 패턴을 생성하였다.
이어서 상기 그라펜 시트가 형성된 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 상기 니켈 금속 박막을 제거하였다.
상기 그라펜 패턴의 라만 스펙트럼을 측정한 바, 1594cm-1에 위치한 G 피크의 존재로부터 그라펜이 생성되었음을 알 수 있다. 또한 1360cm-1에 위치하는 D 피크가 존재하여 D/G = 0.193이었다.
실시예 7
SiO2가 100nm 코팅되어 있는 3cm X 3cm 실리콘 기판 상에 PR 패터닝을 만든 후, 스퍼터링을 사용하여 니켈을 증착하여 선폭 1㎛의 니켈 고정밀 패턴을 형성하였다.
디에틸렌 글리콜 500ml을 반응 용기에 가한 후, TMAH 25% 수용액 89.7ml을 첨가하고, 여기에 상기 패턴 형성 기판을 침지하였다.
이어서 250rpm으로 기계적 교반(despa)하에 4시간 동안 230℃ 이상에서 반응시켜 상기 니켈 금속 패턴에 탄소를 침탄하였다. 상기 침탄이 진행된 기판을 분리하고, 이를 진공 오븐을 이용하여 50℃의 온도로 밤샘 건조하였다. 건조가 완료된 침탄 기판을 아르곤 분위기, 450℃에서 1시간 동안 열처리하여 상기 니켈 패턴의 표면에 그라펜을 생성하였다.
이어서 상기 그라펜이 형성된 기판을 0.1M 농도의 HCl에서 24시간 녹여내어 상기 니켈 금속 패턴을 제거하였다.
도 1은 본 발명에 따른 그라펜 패턴 형성방법의 일구현예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 그래파이트화 촉매 상에 도포된 폴리머의 모식도를 나타낸다.
도 3은 그래파이트화 촉매 상에 형성된 그라펜의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 그라펜 패턴 형성방법의 일구현예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 그래파이트화 촉매 상에 형성된, 친수성 부위와 소수성 부위를 갖는 폴리머의 적층 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 그라펜 패턴 형성방법의 일구현예를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 그라펜 패턴 형성방법의 일구현예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 실시예 4에서 얻어진 그라펜의 구조를 나타내는 SEM 사진이다.
도 9은 실시예 4에서 얻어진 니켈 입자가 코팅된 실리콘 기판의 구조를 나타내는 SEM 사진이다.
도 10은 실시예 4에서 얻어진 니켈 입자가 코팅된 ZnO 와이어의 구조를 나타내는 SEM 사진이다.

Claims (19)

  1. 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합하여 이루어진 폴리시클릭 방향족 분자로서 층수가 1층 내지 300층인 그라펜이 패턴 형상으로 기판의 적어도 일면 상에 형성된 그라펜 패턴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 형상의 그라펜이 단결정 구조를 가지며, 라만스펙트럼 측정시 D밴드/G밴드의 피크비가 0.2 이하인 그라펜 패턴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라펜의 층수가 1층 내지 60층인 그라펜 패턴.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 그라펜 사이에 그래파이트화 촉매가 개재된 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매가 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴.
  6. 적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매의 패턴이 형성된 기판을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 기판 상에 탄소계 물질을 접촉시키는 단계; 및
    불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에 열처리하여 상기 그래파이트화 촉매의 패턴 상에 그라펜을 형성하는 단계;를 포함하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소계 물질이 탄소 함유 폴리머, 기상 탄소계 물질 또는 액상 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매가 단결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탄소계 물질의 접촉공정이 (a) 탄소계 물질인 탄소 함유 폴리머를 상기 패턴이 형성된 기판 상에 도포하는 공정; (b) 탄소계 물질인 기상 탄소계 물질을 상기 패턴이 형성된 기판 상에 투입하는 공정; (c) 탄소계 물질인 액상 탄소계 물 질 내에 상기 패턴이 형성된 기판을 침지한 후 예비열처리하는 공정; 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매가 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 열처리가 400 내지 2,000℃에서 0.1 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 공정 이후, 산처리에 의해 상기 그래파이트화 촉매를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라펜 시트의 제조방법.
  13. 적어도 일면 상에 그래파이트화 촉매가 형성된 기판을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 탄소계 물질을 접촉시키는 단계; 및
    불활성 분위기 또는 환원성 분위기하에 상기 탄소계 물질을 패턴 형상으로 선택적으로 열처리하여 그라펜 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄소계 물질이 탄소 함유 폴리머, 기상 탄소계 물질 또는 액상 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매가 단결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 탄소계 물질의 접촉공정이 (a) 탄소계 물질인 탄소 함유 폴리머를 상기 패턴이 형성된 기판 상에 도포하는 공정; (b) 탄소계 물질인 기상 탄소계 물질을 상기 패턴이 형성된 기판 상에 투입하는 공정; (c) 탄소계 물질인 액상 탄소계 물질 내에 상기 패턴이 형성된 기판을 침지한 후 예비열처리하는 공정; 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 그래파이트화 촉매가 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 열처리가 400 내지 2,000℃에서 0.1 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 그라펜 패턴의 형성방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 열처리 공정 이후, 산처리에 의해 상기 그래파이트화 촉매를 제거하는 단계를더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라펜 시트의 제조방법.
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