KR20120023471A - Method of manufacturing large area graphene film and patterning graphene film - Google Patents

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국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a large sized graphene film and a patterned graphene film is provided to cost-effectively mass-product large sized graphene films by reacting organic materials and graphite under the existence of polyphosphoric acid to obtain organic material-based functionalized graphene. CONSTITUTION: A method for manufacturing a large sized graphene film and a patterned graphene film includes the following: organic material-based functionalized graphene is prepared by reacting organic materials and graphite in a reacting medium containing polyphosphoric acid and phosphorus pentoxide and substituting the bonds of graphene in the graphite with the covalent bonds of the graphene and the organic materials; the organic material-based functionalized graphene is dispersed in an organic solvent of 0.001-100mg/ml concentration to obtain a dispersed solution; The dispersed solution is dropped or spin-coated on a substrate; and the substrate is dried. The organic materials include one or more functional groups selected from carboxylic acid group, amide group, sulfonic acid group, carbonyl chloride group, and carbonyl bromide group.

Description

대면적 그래핀 필름 및 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법{Method of manufacturing large area graphene film and patterning graphene film}Method of manufacturing large area graphene film and patterned graphene film {Method of manufacturing large area graphene film and patterning graphene film}

본 발명은 대면적 그래핀 필름 및 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법과 이들 제조 방법에 의하여 제조되는 그래핀 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 약산인 고분자 인산 (polyphosphoric acid, 폴리인산) 등의 존재 하에 유기물과 흑연을 반응시켜 유기물로 기능화된 그래핀이나 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하고, 이를 유기 용매에 분산시킨 후 이를 드롭핑 또는 스핀 코팅 후 건조시키는 단계를 포함하는 대면적 그래핀 필름 및 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법과 이들 제조 방법에 의하여 제조되는 그래핀 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a large-area graphene film and a method for producing a patterned graphene film and a graphene film prepared by these methods, more specifically, the presence of a weak acid, polyphosphoric acid (polyphosphoric acid, polyphosphoric acid), etc. A large-area graphene film comprising the steps of preparing an organic functionalized graphene or a graphene-grafted graphene polymer by dispersing the organic material with graphite, and then dispersing it in an organic solvent and then drying it after dropping or spin coating. And a graphene film produced by the method and a method for producing a patterned graphene film.

여기서, "대면적 그래핀 필름"이라 함은, 필름의 면적이 0.1 ㎠ 내지 50 ㎡, 바람직하게는 1㎠ 내지 1㎡, 더욱 바람직하게는 9㎠ 내지 0.5㎡인 그래핀 필름을 의미하는 것이다.Here, "a large area graphene film" means a graphene film having an area of 0.1 cm 2 to 50 m 2, preferably 1 cm 2 to 1 m 2, and more preferably 9 cm 2 to 0.5 m 2.

또한, "패터닝된 그래핀 필름"이라 함은 그래핀 필름에 일정한 크기의 구멍이 일정한 간격을 가지고 생긴 것을 의미한다. 이때 그래핀 필름이 구멍을 제외한 영역을 차지 할 수도 있고 그래핀 필름이 구멍만을 채우는 형태를 가질 수 있는 그래핀 필름을 의미하는 것이다.In addition, the "patterned graphene film" means that a certain size of holes formed in the graphene film at regular intervals. In this case, the graphene film may occupy an area excluding the hole, and the graphene film may have a form of filling the hole only.

일반적으로 흑연(graphite)은 대표적인 층상 구조를 가지는 물질로서, 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀(graphene)이 적층되어 있는 구조이다. 그래핀은 탄소 원자 3개가 SP2 혼성 오비탈 결합으로 결합되어 이루어진 대표적인 단일 평판 시트로, 6각형 결정 격자에 집적된 형태이다. In general, graphite (graphite) is a material having a representative layered structure, a structure in which two-dimensional graphene (plateene) of plate-shaped carbon atoms connected in a hexagonal shape is laminated. Graphene is a representative single plate sheet composed of three carbon atoms bonded by SP 2 hybrid orbital bonds, and is integrated in a hexagonal crystal lattice.

흑연에 있어서, 각 층을 이루는 그래핀 내의 탄소 원자 간 결합은 공유 결합으로 매우 강하지만, 그래핀과 그래핀 간의 결합은 반데르발스 결합으로서 상기한 공유 결합에 비하여 매우 미약하다.In graphite, the bond between carbon atoms in each layer of graphene is very strong as a covalent bond, but the bond between graphene and graphene is very weak compared to the covalent bond described above as a van der Waals bond.

그래핀은 흑연의 한 층, 즉 흑연의 (0001)면 단층을 말하는데, 흑연에 있어서 그래핀과 그래핀 간의 결합이 상기한 바와 같이 미약하므로 두께가 약 4 옹스트롱으로 매우 얇은 이차원 구조를 가지는 그래핀이 존재할 수 있다. Graphene refers to a single layer of graphite, that is, the (0001) plane monolayer of graphite, which has a very thin two-dimensional structure with a thickness of about 4 angstroms since the bond between graphene and graphene is weak as described above. There may be pins.

이러한 그래핀에서는 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.These graphenes have found very useful properties that differ from conventional materials.

가장 주목할 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로(0)인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 또한 이러한 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 갖는 특징이 있다.The most notable feature is that when electrons move in graphene, the mass flows as if the mass of the electrons is zero, which means that the electrons flow at the speed of light travel in vacuum, that is, at the speed of light. In addition, such graphene is characterized by having an abnormal half-integer quantum hall effect on electrons and holes.

또한, 현재까지 알려진 상기 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 ㎠/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 무엇보다도 상기 그래핀과 비슷한 계열인 탄소나노튜브의 경우, 합성 후 정제를 거치는 경우 수율이 매우 낮기 때문에 값싼 재료를 이용하여 합성을 하더라도 최종 제품의 가격은 비싼 반면, 흑연은 매우 싸다는 장점이 있으며, 단일벽 탄소나노튜브의 경우 그 키랄성 및 직경에 따라 금속, 반도체 특성이 달라질 뿐만이 아니라, 동일한 반도체 특성을 가지더라도 밴드갭이 모두 다르다는 특징을 가지므로, 주어진 단일벽 탄소나노튜브로부터 특정 반도체 성질 또는 금속성 성질을 이용하기 위해서는 각 단일벽 탄소나노튜브를 모두 분리해야 될 필요가 있으며, 이는 매우 어렵다고 알려져 있다.In addition, the electron mobility of the graphene is known to have a high value of about 20,000 to 50,000 cm 2 / Vs. Above all, in the case of carbon nanotubes similar to the graphene, since the yield is very low after the synthesis after purification, the final product is expensive even if synthesized using a cheap material, but graphite is very cheap. In the case of single-walled carbon nanotubes, not only the metal and semiconductor properties vary depending on the chirality and diameter, but also the band gaps are different even if they have the same semiconductor properties. In order to use the metallic properties, it is necessary to separate each single-walled carbon nanotube, which is known to be very difficult.

반면, 그래핀의 경우, 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있으므로 소자를 쉽게 디자인할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 그래핀의 특징은 향후 탄소계 전기 소자 또는 탄소계 전자기 소자 등에 매우 효과적으로 이용될 수 있다.On the other hand, in the case of graphene, the electrical characteristics change according to the crystal orientation of the graphene having a given thickness, so that the user can express the electrical characteristics in the selection direction, so that the device can be easily designed. The characteristics of such graphene can be used very effectively in the future carbon-based electrical devices or carbon-based electromagnetic devices.

이와 같은 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 차세태 실리콘 및 ITO (INDIUM TIN OXIDE) 투명 전극 등을 대체할 물질로 주목을 받고 있다. Due to such excellent characteristics of graphene, it is attracting attention as a material to replace the car wash silicon and ITO (INDIUM TIN OXIDE) transparent electrode.

또한, 그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 또는 2차원 나노 패턴을 가공하기가 매우 용이하다는 장점이 있고, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있을 뿐 아니라 탄소가 가지는 화학 결합의 다양성을 이용하여 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자의 제작도 가능하기 때문에 현재 그래핀을 상용화하기 위하여 손쉽게 대면적의 질 좋은 그래핀 필름을 얻기 위해 많은 사람들이 노력하고 있다.In addition, graphene has the advantage that it is very easy to process one-dimensional or two-dimensional nano-pattern made of only a relatively light element of carbon, it can be used to control the semiconductor-conductor properties as well as the chemical bond of carbon Because of the diversity, it is possible to manufacture a wide range of functional devices such as sensors and memories, and many people are trying to obtain high quality graphene films easily in order to commercialize graphene.

그 결과, 그래핀을 얻기 위한 여러가지 방법들이 2004년 이후 지속적으로 보고되어 오고 있는데, 크게 기계적 박리법, 화학적 박리법, SiC 결정 열분해법, 박리-재삽입-팽창법, 화학 증기 증착법 및 에피텍시 합성법 등이 있다.As a result, various methods for obtaining graphene have been continuously reported since 2004, which are mainly mechanical peeling, chemical peeling, SiC crystal pyrolysis, peel-reinsertion-expansion, chemical vapor deposition and epitaxy. Synthetic methods;

기계적 박리법은 스카치 테이프의 접착력을 이용한 것으로서, 흑연 시료에 셀로판 테이프를 붙인 다음 셀로판 테이프를 떼어내면 셀로판 테이프 표면에 흑연으로부터 떨어져 나온 그래핀이 붙어 있어 이를 수집하는 방식이다. 그러나, 이러한 기계적 박리법의 경우, 떨어져 나온 그래핀은 그 모양이 종이가 찢어진 형상으로 일정하지 않고, 그 크기가 마이크로 미터 수준에 불과하여 대면적의 그래핀을 얻는 것이 불가능하고, 최종 수율이 극히 낮아서 많은 시료가 필요한 연구에 적합하지 못하다는 문제가 있다.The mechanical peeling method uses the adhesion of the Scotch tape. When the cellophane tape is attached to the graphite sample and then the cellophane tape is peeled off, the graphene separated from the graphite adheres to the surface of the cellophane tape. However, in the case of such mechanical peeling method, the separated graphene is not always in the shape of torn paper, its size is only micrometer, so it is impossible to obtain a large area of graphene, and the final yield is extremely low. The problem is that many samples are low and not suitable for the required study.

화학적 박리법은 흑연을 산화시키고 초음파 등을 통해 파쇄하여 수용액 상에 분산된 산화 그래핀을 만든 후 하이드라진 등의 환원제를 이용하여 다시 그래핀으로 환원시키는 방법이다. 하지만, 산화된 그래핀이 완전히 환원되지 못하고 약 70% 정도만 환원되기 때문에, 그래핀에 많은 결함이 남게 되어 그래핀 고유의 우수한 물리적 및 전기적 특성이 떨어지는 문제가 있다.Chemical exfoliation is a method of oxidizing graphite and crushing it with ultrasonic waves to form graphene oxide dispersed in an aqueous solution, and then reducing it back to graphene using a reducing agent such as hydrazine. However, since the oxidized graphene is not completely reduced and only about 70% is reduced, many defects remain in the graphene, thereby degrading excellent physical and electrical properties inherent to graphene.

SiC 결정 열분해법은 SiC 단결정을 가열하게 되면, 표면의 SiC가 분해되어 Si는 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의해 그래핀이 생성되는 원리를 이용한 방법이다. 그러나, 이와 같은 열분해 방법의 경우, 출발 물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.SiC crystal pyrolysis is a method using the principle that when the SiC single crystal is heated, SiC on the surface is decomposed to remove Si and graphene is formed by the remaining carbon (C). However, in the case of such a pyrolysis method, there is a problem that SiC single crystal used as a starting material is very expensive, and it is very difficult to obtain graphene in a large area.

박리-재삽입-팽창법은 흑연에 발연 황산을 삽입시킨 후 매우 높은 온도의 로(furnace)에 넣으면, 황산이 팽창하면서 그 가스에 의해 흑연이 팽창되고 이를 TBA와 같은 계면활성제에 분산시켜 그래핀을 제조하는 방법이다. 이러한 박리-재삽입-팽창법도 실제 그래핀 수율이 매우 낮으며 사용된 계면활성제로 인해 층간 접촉 저항이 커서 만족할만한 전기적 특성을 내지 못하고 있다.The exfoliation-reinsertion-expansion method involves inserting fuming sulfuric acid into graphite and placing it in a furnace at a very high temperature. As the sulfuric acid expands, the graphite expands by the gas and disperses it in a surfactant such as TBA, thereby making the graphene It is a method of manufacturing. The exfoliation-reinsertion-expansion also has a very low graphene yield, and due to the surfactants used, the interlayer contact resistance is large, thus failing to provide satisfactory electrical properties.

화학 증기 증착법은 고온에서 탄소와 카바이드 합금을 잘 형성하거나 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 촉매층으로 이용하여 그래핀을 합성하는 방법이다. 이 방법은 공정이 까다롭고 중금속 촉매를 사용하고 있으며 대량 생산에는 많은 제한이 따르고 있다.Chemical vapor deposition is a method of synthesizing graphene by using a transition metal that forms carbon and carbide alloys or adsorbs carbon well at a high temperature as a catalyst layer. This method is difficult to process, uses heavy metal catalysts, and there are many restrictions on mass production.

에피텍시 합성법은 고온에서 결정에 흡착되어 있거나 포함되어 있던 탄소가 기판 표면의 결을 따라 그래핀으로 성장되는 원리를 이용한 방법이다. 이 방법으로 제조된 그래핀은 기계적 박리법과 화학 증기 증착법에 의하여 성장한 그래핀 보다 상대적으로 전기 특성이 좋지 못할 뿐 아니라 기판이 매우 비싸고 소자를 제작하기 매우 어렵다는 단점이 있다.Epitaxy synthesis is based on the principle that carbon adsorbed or contained in crystals is grown to graphene along the surface of the substrate at high temperatures. The graphene prepared by this method has a relatively poor electrical property than graphene grown by mechanical peeling and chemical vapor deposition, and has a disadvantage in that the substrate is very expensive and the device is very difficult to manufacture.

상기한 바와 같이 종래의 그래핀 필름을 제조하기 위한 많은 노력에도 불구하고 이러한 종래 기술에 의하여는 제조할 수 있는 그래핀의 필름 크기에는 한계가 있고, 비용적인 문제로 인하여 대면적의 그래핀 필름의 제조는 한계를 가지고 있으며, 또한 그래핀 패터닝도 어렵고 복합한 과정을 통하여 이루어진다는 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 약산인 고분자 인산 (polyphosphoric acid, 폴리인산) 등의 존재 하에 유기물과 흑연을 반응시켜 유기물로 기능화된 그래핀이나 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하고, 이를 유기 용매에 분산시킨 후, 이를 드롭핑 또는 스핀 코팅 후 건조시키는 단계를 포함하는 대면적 그래핀 필름 및 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법과 이들 제조 방법에 의하여 제조되는 그래핀 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.Despite many efforts to produce a conventional graphene film as described above, there is a limit to the film size of the graphene that can be produced by this prior art, due to the cost problem of large-area graphene film In order to solve the problem that the manufacturing is limited, and also difficult to graphene patterning through a complex process, the present invention by reacting the organic material and graphite in the presence of a weak acid, polyphosphoric acid (polyphosphoric acid, polyphosphoric acid), etc. A large-area graphene film and a patterned graphene film comprising preparing a graphene functionalized with organic material or graphene grafted with a polymer, and dispersing it in an organic solvent, followed by dropping or spin coating and drying the graphene film. An object of the present invention is to provide a method for producing and a graphene film produced by these production methods.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은,The object of the present invention as described above,

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;(b) preparing a dispersion solution by dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in an organic solvent at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml;

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계를 포함하는, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 의하여 달성된다.(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle The run time is achieved by a method of making a large area graphene film, comprising the step being 0.01 seconds to 5 minutes.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법은, 상기 (d) 단계 후에 하기의 (e) 단계를 더 포함할 수 있다:The manufacturing method of the large-area graphene film may further include the following step (e) after the step (d):

(e) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계.(e) annealing temperatures of 500 ° C. to 3000 ° C. for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof. And annealing at the annealing temperature for 5 minutes to 24 hours.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법은. 상기 (e) 단계 바로 전, 바로 후, 또는 바로 전과 바로 후에 하기의 단계를 더 포함할 수 있다:Method for producing the large area graphene film. The method may further include the following steps immediately before, immediately after, or immediately before and after step (e):

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계.(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle The run time is 0.01 seconds to 5 minutes.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 스핀 코팅은 100rpm 내지 10000rpm의 속도로 수행된다.In the manufacturing method of the large-area graphene film, the spin coating is performed at a speed of 100rpm to 10000rpm.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 (d) 단계의 건조는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력 하에서 이루어진다.In the manufacturing method of the large-area graphene film, the drying of the step (d) is performed under a temperature of -100 ℃ to 600 ℃ and a pressure of -5 atm to 5 atm.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된다.In the method for producing the large-area graphene film, the substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof.

상기 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 유기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.In the method for producing the large-area graphene film, the organic solvent is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, Isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane , Dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl Formamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxy Ethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate and mixtures thereof.

또한, 본 발명의 목적은 상기한 본 발명의 대면적 그래핀 필름의 제조 방법에 의하여 제조된 대면적 그래핀 필름에 의하여 달성된다.In addition, the object of the present invention is achieved by the large-area graphene film produced by the method for producing a large-area graphene film of the present invention described above.

또한, 본 발명의 목적은 In addition, the object of the present invention

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 및 유기 용매 2의 1:0.001 내지 1:1000 부피비의 혼합물 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계;(b) a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml of the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in a mixture of organic solvent 1 and organic solvent 2 in a volume ratio of 1: 0.001 to 1: 1000 Preparing a dispersion solution by dispersing with a solvent, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1;

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes

를 포함하는, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 의하여 달성된다.It comprises, by a method of producing a patterned graphene film.

또한, 본 발명의 목적은,In addition, the object of the present invention,

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;(b) dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml in organic solvent 1 to prepare a dispersion solution;

(c) 밀폐된 곳에서 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; (c) dropping or spin coating the dispersion solution on a substrate in a confined area;

(d) 유기 용매 2를 기화시켜 기체 상태로 상기 기판에 도포시키는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계; 및(d) vaporizing and applying the organic solvent 2 to the substrate in a gaseous state, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1; And

(e) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계(e) horizontally drying or repeatedly drying the cycle of inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes

를 포함하는, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 의하여 달성된다.It comprises, by a method of producing a patterned graphene film.

상기 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법은 상기 (e) 단계 이후에 하기의 (f) 단계를 더 포함할 수 있다:The method for producing a patterned graphene film of the present invention may further include the following step (f) after the step (e):

(f) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계.(f) annealing temperatures of 500 ° C. to 3000 ° C. for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof. And annealing at the annealing temperature for 5 minutes to 24 hours.

상기 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 스핀 코팅은 100rpm 내지 10000rpm의 속도로 수행된다.In the method for producing a patterned graphene film of the present invention, the spin coating is performed at a speed of 100rpm to 10000rpm.

상기 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 건조시키는 단계는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력 하에서 이루어진다.In the method for producing a patterned graphene film of the present invention, the drying step is carried out under a temperature of -100 ℃ to 600 ℃ and a pressure of -5 atm to 5 atm.

상기 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된다.In the method for producing a patterned graphene film of the present invention, the substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof.

상기 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 유기 용매 1 및 유기 용매 2는 각각 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.In the method for producing a patterned graphene film of the present invention, the organic solvent 1 and the organic solvent 2 is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, respectively Isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, Carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide , N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine , Tetrabutylmethyl ether, dimethoxyethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate and mixtures thereof.

또한, 본 발명의 목적은 상기 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법에 의하여 제조된, 패터닝된 그래핀 필름에 의하여 달성된다.In addition, an object of the present invention is achieved by a patterned graphene film, produced by the method for producing the patterned graphene film.

이러한 본 발명에 따르면, 제조 단계 자체가 매우 간단하고 실시가 용이하며, 질좋은 대면적의 그래핀 필름 또는 패터닝된 그래핀 필름을 저비용으로 제조할 수 있도록 한다.According to the present invention, the manufacturing step itself is very simple and easy to implement, it is possible to produce a high quality graphene film or a patterned graphene film at low cost.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른, 고분자가 그래프팅된 그래핀의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고분자가 그래프팅된 그래핀의 열적 특성을 흑연과 비교한 TGA 결과를 나타낸 것이다. (Heat rate: 10℃/min)
도 3는 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고분자가 가장자리에 그래프팅된 그래핀의 열적 특성을 흑연과 비교한 TGA 결과를 나타낸 것이다.(Heat rate: 1℃/min)
도 4은 본 발명의 실시예 1에 따른 고분자가 가장자리에 그래프팅된 그래핀의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 고분자가 가장자리에 그래프팅된 그래핀의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6는 실시예 2에 의하여 얻은 어닐링 이후 실리콘 기판 위의 대면적의 그래핀 필름의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7는 실시예 2에 의하여 얻은 어닐링 이후 실리콘 기판 위의 대면적 그래핀 필름의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 2와 실시예 3번의 전반적인 과정을 보여주는 이미지를 나타낸 것이다.
도 9은 실시예 3번의 결과 얻어진 OHP필름에 패터닝된 그래핀 필름이 옮겨진 이미지를 나타낸 것이다.
도 10는 실시예 4번의 결과 얻어진 패터닝된 그래핀 필름의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows a manufacturing process of the graphene grafted polymer according to Example 1 of the present invention.
Figure 2 shows the TGA results comparing the thermal properties of the graphene grafted graphene polymer according to Example 1 of the present invention with graphite. (Heat rate: 10 ℃ / min)
Figure 3 is a graph showing the TGA results of the thermal properties of the graphene grafted to the edge of the polymer according to Example 1 of the present invention compared with graphite. (Heat rate: 1 ℃ / min)
Figure 4 shows an AFM image of graphene grafted to the edge of the polymer according to Example 1 of the present invention.
Figure 5 shows a TEM image of graphene grafted on the edge of the polymer according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 shows an SEM image of a large area graphene film on a silicon substrate after annealing obtained in Example 2. FIG.
FIG. 7 shows an AFM image of a large area graphene film on a silicon substrate after annealing obtained by Example 2. FIG.
Figure 8 shows an image showing the overall process of Example 2 and Example 3.
FIG. 9 shows an image in which a graphene film patterned on the OHP film obtained in Example 3 is transferred.
FIG. 10 shows an AFM image of a patterned graphene film obtained as a result of Example 4. FIG.

본 발명은 약산인 고분자 인산 (polyphosphoric acid, 폴리인산) 등의 존재 하에 유기물과 흑연을 반응시켜 유기물로 기능화된 그래핀이나 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하고 이를 유기 용매에 분산시킨 후 이를 드롭핑 또는 스핀 코팅 후 건조시키는 단계를 포함하는 대면적 그래핀 필름의 제조 방법 및 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법과 이들 제조 방법에 의하여 제조되는 그래핀 필름에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 본 발명을 차례로 상세히 설명한다.
The present invention prepares graphene functionalized with organics or graphene grafted with polymers in the presence of a weak acid, polyphosphoric acid (polyphosphoric acid) and the like, and disperses it in an organic solvent and drops it. It relates to a method for producing a large-area graphene film comprising the step of drying after ping or spin coating, and a method for producing a patterned graphene film and a graphene film produced by these methods. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 대면적 그래핀 필름의 제조 방법은,The manufacturing method of the large-area graphene film of the present invention,

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;(b) preparing a dispersion solution by dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in an organic solvent at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml;

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes

를 포함한다.It includes.

상기 (a) 단계의 상기 유기물로 기능화된 그래핀은 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 제조한다.Graphene functionalized with the organic material of step (a) is selected from the group consisting of carboxylic acid group, amide group, sulfonic acid group, carbonyl chloride group and carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide The organic material having at least two functional groups is reacted with graphite to prepare a bond between the graphenes forming the graphite with a covalent bond between the graphene and the organic material.

상기 고분자 인산은 약산으로서 pH는 1 내지 4이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 3인 것이다. 이러한 고분자 인산은 약산으로서 기능을 하면서도 흑연의 원래 구조에 별 영향을 미치지 않아 흑연 본래의 고유한 특성을 약화시키는 않는 장점이 있다. 또한 이러한 고분자 인산은 물에 잘 녹기 때문에 제거하기도 쉬운 장점이 있다.The polymer phosphoric acid is a weak acid, the pH is 1 to 4, more preferably 2 to 3. The polymer phosphoric acid does not weaken the inherent properties of graphite because it functions as a weak acid but does not affect the original structure of the graphite. In addition, these polymer phosphates are easy to remove because they are soluble in water.

상기 오산화인은 탈수제로서 유기물과 흑연의 반응에 의해 생성되는 물을 제거하는 것이다. 이러한 오산화인은 물과 반응하여 고분자 인산으로 바뀌기 때문에 흑연과 유기물의 반응을 촉진시키는 것 이외에는 반응에 다른 영향을 미치지 않고 또한 물에 잘 녹기 때문에 제거하기도 쉬운 장점을 가지고 있다.The phosphorus pentoxide is a dehydrating agent that removes water generated by the reaction of organic matter and graphite. Since phosphorus pentoxide reacts with water and is converted into polymer phosphoric acid, it has the advantage of being easy to remove because it does not affect other reactions and dissolves well in water except promoting the reaction of graphite and organic matter.

반응 매질에는 상기한 고분자 인산이 65 중량% 내지 85 중량%의 양으로, 바람직하게는 74 중량% 내지 83 중량%의 양으로 포함되고, 오산화인이 15 중량% 내지 35 중량%의 양으로, 바람직하게는 17중량% 내지 26 중량%의 양으로 포함된다.The reaction medium comprises the aforementioned polymeric phosphoric acid in an amount of 65% to 85% by weight, preferably in an amount of 74% to 83% by weight, and phosphorus pentoxide in an amount of 15% to 35% by weight, preferably Preferably in an amount from 17% to 26% by weight.

상기 작용기를 가지는 유기물의 작용기는 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상이다.The functional group of the organic substance having the functional group is at least one selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group.

바람직하게는, 상기 유기물의 작용기는 -COOH, -CONH2, -CONR'H, -CONR'R", -SO3H, -COCl 및 -COBr로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상이며, 상기 R' 및 R"는 각각 독립적으로 탄소원자 1개 내지 5개를 가지는 알킬기, 탄소 원자 6개 내지 10개를 가지는 아릴기 또는 탄소 원자 6개 내지 10개를 가지는 아랄킬기이고, 상기 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기는 치환되지 않거나, 할로, 니트로, 아미노, 시아노, 멀캅토, 히드록시, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬, 탄소수가 1개 내지 4개인 알콕시, 포르밀, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬카르보닐, 페닐, 벤조일, 페녹시 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기로 치환된 것이다.Preferably, the functional group of the organic material is at least one selected from the group consisting of -COOH, -CONH 2 , -CONR'H, -CONR'R ", -SO 3 H, -COCl and -COBr, wherein R 'And R' are each independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms or an aralkyl group having 6 to 10 carbon atoms, and the alkyl group, aryl group or Aralkyl groups are unsubstituted, halo, nitro, amino, cyano, mercapto, hydroxy, alkyl having 1 to 4 carbon atoms, alkoxy having 1 to 4 carbon atoms, formyl, having 1 to 4 carbon atoms And substituted with a substituent selected from the group consisting of alkylcarbonyl, phenyl, benzoyl, phenoxy and combinations thereof.

상기 작용기를 가지는 유기물은 상기 작용기를 가지는 탄소원자 1개 내지 5개를 가지는 알칸, 탄소원자 2개 내지 5개를 가지는 알켄, 탄소 원자 2개 내지 5개를 가지는 알킨, 탄소원자 3개 내지 10개를 가지는 사이클로알칸, 탄소 원자 6개 내지 15개를 가지는 아릴 화합물 또는 탄소 원자 6개 내지 15개를 가지는 아랄킬 화합물이고, 상기 알칸, 알켄, 알킨, 사이클로알칸, 아릴 화합물, 또는 아랄킬 화합물은 치환되지 않거나, 할로, 니트로, 아미노, 시아노, 멀캅토, 히드록시, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬, 탄소수가 1개 내지 4개인 알콕시, 포르밀, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬카르보닐, 페닐, 벤조일, 페녹시 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기로 치환된 것이다.The organic substance having the functional group may be an alkan having 1 to 5 carbon atoms having the functional group, an alkene having 2 to 5 carbon atoms, an alkene having 2 to 5 carbon atoms, and 3 to 10 carbon atoms. A cycloalkane having 6 to 15 carbon atoms or an aryl compound having 6 to 15 carbon atoms or an aralkyl compound having 6 to 15 carbon atoms, wherein the alkane, alkene, alkyne, cycloalkane, aryl compound, or aralkyl compound is substituted Halo, nitro, amino, cyano, mercapto, hydroxy, alkyl having 1 to 4 carbon atoms, alkoxy having 1 to 4 carbon atoms, formyl, alkylcarbonyl having 1 to 4 carbon atoms, It is substituted with a substituent selected from the group consisting of phenyl, benzoyl, phenoxy, and combinations thereof.

바람직하게는, 상기 유기물은 치환되지 않거나, 할로, 니트로, 아미노, 시아노, 멀캅토, 히드록시, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬, 탄소수가 1개 내지 4개인 알콕시, 포르밀, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬카르보닐, 페닐, 벤조일, 페녹시 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기로 치환된 벤조산이다.Preferably, the organic material is unsubstituted, halo, nitro, amino, cyano, mercapto, hydroxy, alkyl of 1 to 4 carbon atoms, alkoxy of 1 to 4 carbon atoms, formyl, 1 carbon Benzoic acid substituted with a substituent selected from the group consisting of 4 to 4 alkylcarbonyl, phenyl, benzoyl, phenoxy and combinations thereof.

더욱 바람직하게는, 상기 유기물은 3-아미노벤조산, 4-아미노벤조산, 4-(4-아미노페닐)벤조산, 4-(3-아미노페닐)벤조산, 5-아미노이소프탈산, 4-(4-아미노페녹시)벤조산, 4-(3-아미노페녹시)벤조산, 3,4-디아미노벤조산, 3,5-디아미노벤조산, 2-페녹시벤조산, 3-페녹시벤조산, 4-페녹시벤조산, 3,5-디페녹시벤조산, 5-페녹시이소프탈산, 4-페닐-(4-페녹시 벤조산), 4-페녹시-(4-페닐벤조산), 4-에틸벤조산, 2-에틸벤조산 및 4-에틸페녹시벤조산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 화합물이다.More preferably, the organic material is 3-aminobenzoic acid, 4-aminobenzoic acid, 4- (4-aminophenyl) benzoic acid, 4- (3-aminophenyl) benzoic acid, 5-aminoisophthalic acid, 4- (4-amino Phenoxy) benzoic acid, 4- (3-aminophenoxy) benzoic acid, 3,4-diaminobenzoic acid, 3,5-diaminobenzoic acid, 2-phenoxybenzoic acid, 3-phenoxybenzoic acid, 4-phenoxybenzoic acid, 3,5-diphenoxybenzoic acid, 5-phenoxyisophthalic acid, 4-phenyl- (4-phenoxy benzoic acid), 4-phenoxy- (4-phenylbenzoic acid), 4-ethylbenzoic acid, 2-ethylbenzoic acid and 4 -Any one compound selected from the group consisting of ethylphenoxybenzoic acid.

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에 유기물과 흑연을 2:1 내지 1:5의 중량비, 바람직하게는 3:2 내지 1:3의 중량비로 반응시킨다.In the reaction medium containing the polymeric phosphoric acid and phosphorus pentoxide, the organic material and the graphite are reacted in a weight ratio of 2: 1 to 1: 5, preferably in a weight ratio of 3: 2 to 1: 3.

이때, 반응 온도는 100 내지 160 ℃, 바람직하게는 120 내지 140 ℃이고, 반응 온도가 100 ℃ 미만인 경우에는 반응이 일어나지 않는 문제점이 있고, 반응 온도가 160 ℃를 초과하는 경우에는 부반응이 많이 일어나는 문제가 있다.At this time, the reaction temperature is 100 to 160 ℃, preferably 120 to 140 ℃, if the reaction temperature is less than 100 ℃ there is a problem that the reaction does not occur, if the reaction temperature exceeds 160 ℃ a lot of side reactions There is.

반응 시간은 12 시간 내지 120 시간, 바람직하게는 60 시간 내지 84 시간이다. 반응 시간이 12 시간 미만인 때에는 반응이 완료되지 않고, 반응 시간이 120 시간을 초과하는 경우에는 더 이상의 반응이 진행되기 않는다.The reaction time is 12 hours to 120 hours, preferably 60 hours to 84 hours. When the reaction time is less than 12 hours, the reaction is not completed, and when the reaction time exceeds 120 hours, no further reaction proceeds.

반응 매질 100 중량부에 대하여 흑연 0.01 내지 40 중량부를 넣고 반응을 수행한다.0.01-40 parts by weight of graphite is added to 100 parts by weight of the reaction medium to carry out the reaction.

상기한 유기물과 흑연의 반응에 의하여 가장자리 위치가 유기물로 기능화된 그래핀이 제조된다. 즉, 고분자 인산과 오산화인을 포함하는 반응 매질 중에서 흑연과 유기물이 반응하여 흑연을 이루는 각 층인 그래핀들간의 가장자리 위치의 결합이 유기물의 작용기와 그래핀 가장자리 탄소 간의 공유 결합으로 치환되고, 이러한 방식으로 흑연의 그래핀에 결합된 유기물이 쐐기로 작용하여 흑연으로부터 그래핀을 박리시키는 역할을 한다. By the reaction of the organic material with the above-described graphite, graphene having an edge position functionalized with the organic material is produced. That is, in the reaction medium containing the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide, the bond of the edge position between the graphene, which is each layer of the graphite to form the graphite by reacting the graphite with the organic substance, is replaced by the covalent bond between the functional group of the organic substance and the graphene edge carbon. Organic matter bound to the graphene of the graphite acts as a wedge serves to peel the graphene from the graphite.

이와 같이 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서 유기물과 흑연을 반응시키면 상기한 바와 같이 가장자리 위치가 기능화된 그래핀이 생성되지만 반응 생성물 중에는 이외에 반응하지 않은 흑연 및 유기물을 비롯하여 고분자 인산과 오산화인이 공존한다. As such, when the organic material and the graphite are reacted in the reaction medium containing the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide, the graphene functionalized at the edge is produced as described above, but the polymer product of the phosphoric acid and phosphorus pentoxide, including the graphite and the organic material which are not reacted in the reaction product, is This coexists.

이와 같이 여러가지 화합물이 공존하는 반응 생성물로부터 고분자 인산, 오산화인, 미반응 유기물을 제거하기 위하여, 상기 반응 생성물을 물을 이용하여 세정하고, 메탄올 등의 알코올을 이용하여 세정하는 단계를 거친다. 그런 후에 세정물을 동결 건조 등의 방법을 이용하여 건조시킬 수 있다. In order to remove the polymeric phosphoric acid, phosphorus pentoxide, and unreacted organics from the reaction product in which various compounds coexist, the reaction product is washed with water, followed by washing with alcohol such as methanol. Thereafter, the washings may be dried using a method such as freeze drying.

동결 건조를 수행하게 되면 생성된 가장자리 위치가 기능화된 그래핀들 간의 사이 공간을 그대로 유지하면서 건조가 이루어지기 때문에 이러한 동결 건조를 거쳐 얻어진 동결 건조물을 다시 용매에 녹일 때 용매가 기능화된 그래핀들 간에 더 잘 침투할 수 있고 그 결과 기능화된 그래핀이 더 잘 녹아 이후의 공정이 더욱 용이하게 진행될 수 있도록 한다.When lyophilization is performed, the resulting edge position is dried while maintaining the space between the functionalized graphenes, and thus, when the lyophilisate obtained through the lyophilization is dissolved in the solvent again, the solvent is more likely to be functionalized between the graphenes. It can penetrate and, as a result, the functionalized graphene melts better, making the subsequent process easier.

상기 동결 건조물에는 미반응 흑연 및 가장자리 위치가 기능화된 그래핀이 혼재하는 상태이므로 이러한 건조물을 용매에 분산시키고, 원심 분리시켜 가장자리 위치가 기능화된 그래핀을 분리한다. 또는, 상기 건조물을 용매에 분산시키고 초음파 분해 후 필터링시켜 가장자리 위치가 기능화된 그래핀을 분리한다.In the freeze-dried product, since the unreacted graphite and the graphene functionalized at the edge are mixed, the dried material is dispersed in a solvent and centrifuged to separate the graphene functionalized at the edge. Alternatively, the dried material is dispersed in a solvent and filtered after sonication to separate graphene having a functionalized edge position.

상기 용매는 상기의 가장자리 위치가 기능화된 그래핀에 있어서의 가장자리 위치에 결합된 유기물의 종류에 따라 달라지는데, 이러한 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.The solvent depends on the type of organic matter bound to the edge position in the graphene where the edge position is functionalized. Such solvents are water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1- Butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m- Cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylform Amide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, Ethylamine, di is selected from ethyl ether, triethylamine, tetra-butyl methyl ether, dimethoxy ethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, the group consisting of ethyl acetate, and mixtures thereof.

상기 원심 분리는 1,000 rpm 내지 15,000 rpm의 속도로, 바람직하게는 7,000 rpm 내지 12,000 rpm의 속도로, 30초 내지 20분 동안, 바람직하게는 2분 내지 15분 동안 수행하여 가장자리 위치가 기능화된 그래핀을 분리시킨다. 상기 원심 분리 속도가 1,000 rpm 미만이거나, 원심 분리 시간이 30초 미만인 경우에는 분리가 제대로 이루어지지 않고, 원심 분리 속도가 15,000 rpm을 초과하거나 원심 분리 시간이 20분을 초과하는 경우에는 원심분리기 튜브가 깨질 위험이 있다.The centrifugation is performed at a speed of 1,000 rpm to 15,000 rpm, preferably at a speed of 7,000 rpm to 12,000 rpm, for 30 seconds to 20 minutes, and preferably for 2 to 15 minutes, so that the edge position is functionalized. To separate. If the centrifugation speed is less than 1,000 rpm, or if the centrifugation time is less than 30 seconds, the separation is not performed properly, and if the centrifugation speed exceeds 15,000 rpm or the centrifugation time exceeds 20 minutes, the centrifuge tube There is a risk of breaking.

상기 (a) 단계의 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀은 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 제조한다.The graphene grafted with the polymer of step (a) includes a benzene ring in a reaction medium containing polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide, and includes a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group, and a carbonyl bromide By reacting at least one monomer having at least one functional group selected from the group consisting of a group and graphite, the bond between the graphenes forming the graphite is replaced by a covalent bond between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomer. do.

상기 고분자 인산은 약산으로서 pH는 1 내지 4이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 3인 것이다. 이러한 고분자 인산은 약산으로서 기능을 하면서도 흑연의 원래 구조에 별 영향을 미치지 않아 흑연 본래의 고유한 특성을 약화시키는 않는 장점이 있다. 또한 이러한 고분자 인산은 물에 잘 녹기 때문에 제거하기도 쉬운 장점이 있다.The polymer phosphoric acid is a weak acid, the pH is 1 to 4, more preferably 2 to 3. The polymer phosphoric acid does not weaken the inherent properties of graphite because it functions as a weak acid but does not affect the original structure of the graphite. In addition, these polymer phosphates are easy to remove because they are soluble in water.

상기 오산화인은 탈수제로서 고분자와 인산의 반응에 의해 생성되는 물을 제거하는 것이다. 이러한 오산화인은 물과 반응하여 고분자 인산으로 바뀌기 때문에 흑연과 고분자의 반응을 촉진시키는 것 이외에는 반응에 다른 영향을 미치지 않고 또한 물에 잘 녹기 때문에 제거하기도 쉬운 장점을 가지고 있다.The phosphorus pentoxide is a dehydrating agent that removes water generated by the reaction between the polymer and phosphoric acid. Since phosphorus pentoxide reacts with water and is converted into polymer phosphoric acid, it has an advantage that it is easy to remove because it does not affect other reactions and is well dissolved in water except for promoting the reaction between graphite and polymer.

반응 매질에는 상기한 고분자 인산이 65 중량% 내지 85 중량%의 양으로, 바람직하게는 74 중량% 내지 83 중량%의 양으로 포함되고, 오산화인이 15 중량% 내지 35 중량%의 양으로, 바람직하게는 17중량% 내지 26 중량%의 양으로 포함된다.The reaction medium comprises the aforementioned polymeric phosphoric acid in an amount of 65% to 85% by weight, preferably in an amount of 74% to 83% by weight, and phosphorus pentoxide in an amount of 15% to 35% by weight, preferably Preferably in an amount from 17% to 26% by weight.

상기 단량체는 벤젠 고리를 포함하고 상기 작용기를 가지는, 탄소원자 1개 내지 5개를 가지는 알칸, 탄소원자 2개 내지 5개를 가지는 알켄, 탄소 원자 2개 내지 5개를 가지는 알킨, 탄소원자 3개 내지 10개를 가지는 사이클로알칸, 탄소 원자 6개 내지 15개를 가지는 아릴 화합물 또는 탄소 원자 6개 내지 15개를 가지는 아랄킬 화합물이고, 상기 알칸, 알켄, 알킨, 사이클로알칸, 아릴 화합물, 또는 아랄킬 화합물은 치환되지 않거나, 할로, 니트로, 아미노, 시아노, 멀캅토, 히드록시, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬, 탄소수가 1개 내지 4개인 알콕시, 포르밀, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬카르보닐, 페닐, 벤조일, 페녹시 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기로 치환된 것이다.The monomer includes a benzene ring and has the functional group, alkanes having 1 to 5 carbon atoms, alkenes having 2 to 5 carbon atoms, alkynes having 2 to 5 carbon atoms, and 3 carbon atoms. A cycloalkane having from 10 to 10 carbon atoms, an aryl compound having 6 to 15 carbon atoms or an aralkyl compound having 6 to 15 carbon atoms, wherein the alkane, alkene, alkyne, cycloalkane, aryl compound, or aralkyl Compounds are unsubstituted, halo, nitro, amino, cyano, mercapto, hydroxy, alkyl having 1 to 4 carbon atoms, alkoxy having 1 to 4 carbon atoms, formyl, alkyl having 1 to 4 carbon atoms And substituted with a substituent selected from the group consisting of carbonyl, phenyl, benzoyl, phenoxy, and combinations thereof.

바람직하게는, 상기 단량체는 치환되지 않거나, 할로, 니트로, 아미노, 시아노, 멀캅토, 히드록시, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬, 탄소수가 1개 내지 4개인 알콕시, 포르밀, 탄소수가 1개 내지 4개인 알킬카르보닐, 페닐, 벤조일, 페녹시 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기로 치환된 벤조일 기를 포함하는 것이다.Preferably, the monomer is unsubstituted, halo, nitro, amino, cyano, mercapto, hydroxy, alkyl having 1 to 4 carbon atoms, alkoxy having 1 to 4 carbon atoms, formyl, 1 carbon atom. It is to include a benzoyl group substituted with a substituent selected from the group consisting of 4 to 4 alkylcarbonyl, phenyl, benzoyl, phenoxy and combinations thereof.

더욱 바람직하게는, 상기 단량체는 3-아미노벤조산, 4-아미노벤조산, 4-(4-아미노페닐)벤조산, 4-(3-아미노페닐)벤조산, 5-아미노이소프탈산, 4-(4-아미노페녹시)벤조산, 4-(3-아미노페녹시)벤조산, 3,4-디아미노벤조산, 3,5-디아미노벤조산, 2-페녹시벤조산, 3-페녹시벤조산, 4-페녹시벤조산, 4-(2,6-디메틸페녹시)벤조산, 3,5-디페녹시벤조산, 5-페녹시이소프탈산, 4-페닐-(4-페녹시 벤조산), 4-페녹시-(4-페닐벤조산), 4-에틸벤조산, 2-에틸벤조산 및 4-에틸페녹시벤조산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 화합물이다.More preferably, the monomer is 3-aminobenzoic acid, 4-aminobenzoic acid, 4- (4-aminophenyl) benzoic acid, 4- (3-aminophenyl) benzoic acid, 5-aminoisophthalic acid, 4- (4-amino Phenoxy) benzoic acid, 4- (3-aminophenoxy) benzoic acid, 3,4-diaminobenzoic acid, 3,5-diaminobenzoic acid, 2-phenoxybenzoic acid, 3-phenoxybenzoic acid, 4-phenoxybenzoic acid, 4- (2,6-dimethylphenoxy) benzoic acid, 3,5-diphenoxybenzoic acid, 5-phenoxyisophthalic acid, 4-phenyl- (4-phenoxy benzoic acid), 4-phenoxy- (4-phenylbenzoic acid ), 4-ethylbenzoic acid, 2-ethylbenzoic acid and 4-ethylphenoxybenzoic acid.

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에 단량체와 흑연을 20:1 내지 1:1의 중량비, 바람직하게는 13:1 내지 6:1의 중량비, 더욱 바람직하게는 11:1 내지 8:1의 중량비로 반응시킨다. 단량체로서 2종 이상의 단량체를 사용하는 경우 각 단량체는 동일한 몰 비율로 사용하는 것이 바람직하다.In the reaction medium containing the polymeric phosphoric acid and phosphorus pentoxide, the monomers and graphite are added in a weight ratio of 20: 1 to 1: 1, preferably in a weight ratio of 13: 1 to 6: 1, more preferably in a ratio of 11: 1 to 8: 1. React in weight ratio. When using 2 or more types of monomers as a monomer, it is preferable to use each monomer in the same molar ratio.

반응 온도는 100 내지 160 ℃, 바람직하게는 120 내지 140 ℃이고, 반응 온도가 100 ℃ 미만인 경우에는 단량체의 중합 반응 및 단량체가 중합되어 형성된 고분자와 흑연간의 반응이 일어나지 않는 문제점이 있고, 반응 온도가 160 ℃를 초과하는 경우에는 부반응이 많이 일어나는 문제가 있다.The reaction temperature is 100 to 160 ℃, preferably 120 to 140 ℃, when the reaction temperature is less than 100 ℃ there is a problem that the polymerization of the monomer and the reaction between the polymer and the graphite formed by polymerization of the monomer does not occur, the reaction temperature is If it exceeds 160 ℃ there is a problem that a lot of side reactions occur.

반응 시간은 12 시간 내지 120 시간, 바람직하게는 60 시간 내지 84 시간이다. 반응 시간이 12 시간 미만인 때에는 반응이 완료되지 않고, 반응 시간이 120 시간을 초과하는 경우에는 더 이상의 반응이 진행되기 않는다.The reaction time is 12 hours to 120 hours, preferably 60 hours to 84 hours. When the reaction time is less than 12 hours, the reaction is not completed, and when the reaction time exceeds 120 hours, no further reaction proceeds.

반응 매질 100 중량부에 대하여 흑연 0.01 내지 40 중량부를 넣고 반응을 수행한다.0.01-40 parts by weight of graphite is added to 100 parts by weight of the reaction medium to carry out the reaction.

상기한 단량체와 흑연의 반응에 의하여 우선 단량체가 친전자성 치환 축합 중합되어 고분자가 형성되고 이러한 고분자가 흑연과 반응하여 고분자로 그래프팅된 그래핀이 제조된다. 즉, 고분자 인산과 오산화인을 포함하는 반응 매질 중에서 단량체가 친전자성 치환 축합 중합되어 형성된 고분자와 흑연이 반응하여 흑연을 이루는 각 층인 그래핀들간의 가장자리 위치의 결합이 고분자와 그래핀 가장자리 탄소 간의 공유 결합으로 치환되고, 이러한 방식으로 흑연의 그래핀에 결합된 고분자가 쐐기로 작용하여 흑연으로부터 고분자가 그래프팅된 그래핀을 박리시키는 역할을 한다. By the reaction of the monomer and graphite, the monomer is first electrophilic substitution condensation polymerization to form a polymer, and the polymer is reacted with graphite to produce graphene grafted with a polymer. In other words, in the reaction medium containing the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide, the bond between the polymer formed by the electrophilic substitution condensation polymerization of the monomer and the graphene, which is each layer forming the graphite by the reaction of graphite, is shared between the polymer and the graphene edge carbon. Substituted with a bond, the polymer bonded to the graphene of the graphite in this way acts as a wedge serves to peel off the graphene grafted with the polymer from the graphite.

이와 같이 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서 상기한 바와 같이 고분자가 그래프팅된 그래핀이 생성되지만 반응 생성물 중에는 이외에 반응하지 않은 흑연 및 단량체를 비롯하여 고분자 인산과 오산화인이 공존한다. As described above, the polymer-grafted graphene is produced in the reaction medium containing the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide, but the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide coexist in the reaction product, including graphite and monomers which are not reacted.

이와 같이 여러가지 화합물이 공존하는 반응 생성물로부터 고분자 인산, 오산화인, 미반응 단량체를 제거하기 위하여, 상기 반응 생성물을 물을 이용하여 세정하고, 메탄올 등의 알코올을 이용하여 세정하는 단계를 거친다. 그런 후에 세정물을 동결 건조 등의 방법을 이용하여 건조시킬 수 있다. In order to remove the polymeric phosphoric acid, phosphorus pentoxide, and unreacted monomers from the reaction product in which various compounds coexist, the reaction product is washed with water, followed by washing with alcohol such as methanol. Thereafter, the washings may be dried using a method such as freeze drying.

동결 건조를 수행하게 되면 생성된 고분자가 그래프팅된 그래핀들 간의 사이 공간을 그대로 유지하면서 건조가 이루어지기 때문에 이러한 동결 건조를 거쳐 얻어진 동결 건조물을 다시 용매에 녹일 때 용매가 고분자가 그래프팅된 그래핀들 간에 더 잘 침투할 수 있고 그 결과 고분자가 그래프팅된 그래핀이 더 잘 녹아 이후의 공정이 더욱 용이하게 진행될 수 있도록 한다.When lyophilization is carried out, the polymer is dried while maintaining the space between the grafted graphenes as it is. Thus, when the freeze-dried product obtained through the lyophilization is dissolved in a solvent again, the solvent is grafted to the graphene. It can penetrate the liver better and, as a result, the graphene grafted with the polymer melts better, making the subsequent process easier.

상기 동결 건조물에는 미반응 흑연 및 고분자가 그래프팅된 그래핀이 혼재하는 상태이므로 이러한 건조물을 용매에 분산시키고, 원심 분리시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 분리한다. 또는, 상기 건조물을 용매에 분산시키고 초음파 분해 후 필터링시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 분리한다.Since the freeze-dried product is in a state in which unreacted graphite and a graphene grafted with a polymer are mixed, the dry matter is dispersed in a solvent and centrifuged to separate the graphene grafted with a polymer. Alternatively, the dried material is dispersed in a solvent and filtered after sonication to separate the graphene grafted graphene.

상기 용매는 상기의 고분자가 그래프팅된 그래핀에 있어서의 가장자리 위치에 결합된 고분자의 종류에 따라 달라지는데, 이러한 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것이다.The solvent depends on the type of polymer bound to the edge position in the graphene grafted graphene, such solvent is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1- Butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m- Cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylform Amide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, die Amine, diethyl ether, triethylamine, tetra-butyl methyl ether, dimethoxy ethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, is selected from the group consisting of ethyl acetate, and mixtures thereof.

상기 원심 분리는 1,000 rpm 내지 15,000 rpm의 속도로, 바람직하게는 7,000 rpm 내지 12,000 rpm의 속도로, 30초 내지 20분 동안, 바람직하게는 2분 내지 15분 동안 수행하여 가장자리 위치가 기능화된 그래핀을 분리시킨다. 상기 원심 분리 속도가 1,000 rpm 미만이거나, 원심 분리 시간이 30초 미만인 경우에는 분리가 제대로 이루어지지 않고, 원심 분리 속도가 15,000 rpm을 초과하거나 원심 분리 시간이 20분을 초과하는 경우에는 원심분리기 튜브가 깨질 위험이 있다.The centrifugation is performed at a speed of 1,000 rpm to 15,000 rpm, preferably at a speed of 7,000 rpm to 12,000 rpm, for 30 seconds to 20 minutes, and preferably for 2 to 15 minutes, so that the edge position is functionalized. To separate. If the centrifugation speed is less than 1,000 rpm, or if the centrifugation time is less than 30 seconds, the separation is not performed properly, and if the centrifugation speed exceeds 15,000 rpm or the centrifugation time exceeds 20 minutes, the centrifuge tube There is a risk of breaking.

상기 (b) 단계는 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도, 바람직하게는 0.1 ㎎/㎖ 내지 10 ㎎/㎖의 농도, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎎/㎖ 내지 5 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계이다.In step (b), the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer is in a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml in an organic solvent, preferably 0.1 mg / ml to 10 mg / ml. Dispersing at a concentration of, more preferably, 0.5 mg / ml to 5 mg / ml to prepare a dispersion solution.

상기 유기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되나, 이에 한정되는 것은 아니다.The organic solvent is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene , Pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone , Methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide Said, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxyethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate Yite and mixtures thereof, but is not limited thereto.

상기 (c) 단계는 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계이다.Step (c) is to drop or spin coat the dispersion solution on a substrate.

상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택되나 이에 한정되지 않는다. 또한, 이러한 기판의 크기는 0.1 ㎠ 내지 50 ㎡이다.The substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof, but is not limited thereto. In addition, the size of such a substrate is 0.1 cm 2 to 50 m 2.

상기 스핀 코팅의 속도는 100 rpm 내지 10000 rpm, 바람직하게는 300 rpm 내지 4000 rpm, 더욱 바람직하게는 500 rpm 내지 1500 rpm이다.The speed of the spin coating is 100 rpm to 10000 rpm, preferably 300 rpm to 4000 rpm, more preferably 500 rpm to 1500 rpm.

상기 (d) 단계는 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기, 바림직하게는 0.5° 내지 45°의 기울기, 더욱 바람직하게는 1° 내지 30°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분이다. The step (d) may be performed by leveling the substrate horizontally or by selecting an order from the group consisting of right, left, top, and bottom, inclination of 0.1 ° to 60 °, inclination of 0.5 ° to 45 °, more preferably Preferably, the cycle of inclining at an inclination of 1 ° to 30 ° is repeatedly carried out several times, wherein a single execution time of the cycle is 0.01 second to 5 minutes.

이러한 건조는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도, 바람직하게는 0℃ 내지 450℃의 온도, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 200℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력, 바람직하게는 -2 atm 내지 2 atm의 압력 하에서 이루어진다.This drying is carried out at a temperature of -100 ° C. to 600 ° C., preferably at a temperature of 0 ° C. to 450 ° C., more preferably at a temperature of 20 ° C. to 200 ° C. and a pressure of -5 atm to 5 atm, preferably at -2 atm. To 2 atm.

본 발명의 대면적 그래핀 필름의 제조 방법은, 상기 (d) 단계 이후에 하기의 (e) 단계를 더 포함할 수 있다:Method for producing a large-area graphene film of the present invention, after the step (d) may further comprise the following step (e):

(e) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안, 바람직하게는 1시간 내지 6시간 동안, 더욱 바람직하게는 3시간 내지 6시간 동안, 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도, 바림직하게는 500℃ 내지 1200℃의 어닐링 온도, 더욱 바람직하게는 600℃ 내지 950℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안, 바람직하게는 30분 내지 6시간 동안, 더욱 바람직하게는 1시간 내지 3시간 동안 어닐링하는 단계.(e) for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof, preferably 1 hour to 6 hours. For an hour, more preferably 3 to 6 hours, annealing temperatures of 500 ° C. to 3000 ° C., preferably annealing temperatures of 500 ° C. to 1200 ° C., more preferably 600 ° C. to 950 ° C. Annealing at said annealing temperature for 5 minutes to 24 hours, preferably for 30 minutes to 6 hours, more preferably for 1 to 3 hours.

상기 비활성 기체로는, 예컨대 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 주된 기체로 사용하고, 이에 암모니아, 수소, 메탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 추가로 혼합하여 사용할 수 있다.As the inert gas, for example, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen and mixtures thereof are used as the main gas, and thus the group consisting of ammonia, hydrogen, methane and mixtures thereof. It may be used by further mixing selected from.

본 발명의 대면적 그래핀 필름의 제조 방법은, 상기 (e) 단계 바로 전, 바로 후, 또는 바로 전과 바로 후에 하기의 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the large-area graphene film of the present invention may further include the following steps immediately before, immediately after, or immediately after and immediately after the step (e).

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계.(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle The run time is 0.01 seconds to 5 minutes.

이러한 (c) 및 (d) 단계는 위에서 설명한 바와 같다.
These steps (c) and (d) are as described above.

본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법은Method for producing a patterned graphene film of the present invention

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 및 유기 용매 2의 1:0.001 내지 1:1000 부피비의 혼합물 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계;(b) a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml of the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in a mixture of organic solvent 1 and organic solvent 2 in a volume ratio of 1: 0.001 to 1: 1000 Preparing a dispersion solution by dispersing with a solvent, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1;

(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And

(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes

를 포함한다.It includes.

상기 (a) 단계의 유기물로 기능화된 그래핀과 고분자가 그래프팅된 그래핀은 상기한 본 발명의 대면적 그래핀의 제조 방법의 설명에서 설명된 바와 동일하다.The graphene functionalized with the organic material of step (a) and the graphene grafted with the polymer are the same as described in the description of the method for producing the large-area graphene of the present invention.

상기 (b) 단계는 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 및 유기 용매 2의 1:0.001 내지 1:1000 부피비, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:100 부피비, 더욱 바람직하게는 1:0.5 내지 1:50 부피비의 혼합물 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도, 바람직하게는 0.1㎎/㎖ 내지 10㎎/㎖의 농도, 더욱 바람직하게는 0.5㎎/㎖ 내지 5㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상이다.In the step (b), the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer is 1: 0.001 to 1: 1000 volume ratio of the organic solvent 1 and the organic solvent 2, preferably 1: 0.01 to 1: 100. Concentrations from 0.001 mg / ml to 100 mg / ml, preferably from 0.1 mg / ml to 10 mg / ml, more preferably 0.5 mg in a mixture of volume ratios, more preferably from 1: 0.5 to 1:50 Dispersing at a concentration of / ml to 5mg / ml to prepare a dispersion solution, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1.

상기 유기 용매 1 및 유기 용매 2는 각각 독립적으로 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되나, 상기한 바와 같이 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상이다.The organic solvent 1 and the organic solvent 2 are each independently water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, Dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid , Formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxyethane, benzyl acetate Tate, 1-chlorobutane, ethyl acetate and mixtures thereof, but as described above, the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than the density of the organic solvent 1.

상기 (c) 단계는 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계이다.Step (c) is to drop or spin coat the dispersion solution on a substrate.

상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택되나 이에 한정되지 않는다. 또한 이러한 기판의 크기는 0.1 ㎠ 내지 50 ㎡이다.
The substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof, but is not limited thereto. In addition, the size of such a substrate is 0.1 cm 2 to 50 m 2.

상기 스핀 코팅의 속도는 100 rpm 내지 10000 rpm, 바람직하게는 500 rpm 내지 5000 rpm, 더욱 바람직하게는 800 rpm 내지 1500 rpm이다.The speed of the spin coating is 100 rpm to 10000 rpm, preferably 500 rpm to 5000 rpm, more preferably 800 rpm to 1500 rpm.

상기 (d) 단계는 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기, 바람직하게는 0.5° 내지 45°의 기울기, 더욱 바람직하게는 1° 내지 30°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분이다. 이러한 건조는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도, 바람직하게는 0℃ 내지 450℃의 온도, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 200℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력, 바람직하게는 -1 atm 내지 1 atm의 압력 하에서 이루어진다.The step (d) is inclined from 0.1 to 60 degrees, preferably from 0.5 to 45 degrees, more preferably in the order of horizontally or in the group consisting of right, left, top and bottom. Preferably a step of drying the cycle of inclining at an inclination of 1 ° to 30 ° several times, wherein the one running time of the cycle is 0.01 seconds to 5 minutes. Such drying is carried out at temperatures of -100 ° C. to 600 ° C., preferably at temperatures of 0 ° C. to 450 ° C., more preferably at temperatures of 20 ° C. to 200 ° C. and at pressures of −5 atm to 5 atm, preferably at −1 atm. To 1 atm.

또한, 본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 또 하나의 제조 방법은In addition, another method for producing a patterned graphene film of the present invention

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or

고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;

(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;(b) dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml in organic solvent 1 to prepare a dispersion solution;

(c) 밀폐된 곳에서 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; (c) dropping or spin coating the dispersion solution on a substrate in a confined area;

(d) 유기 용매 2를 기화시켜 기체 상태로 상기 기판에 도포시키는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계; 및(d) vaporizing and applying the organic solvent 2 to the substrate in a gaseous state, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1; And

(e) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계(e) horizontally drying or repeatedly drying the cycle of inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes

를 포함한다.It includes.

상기 (a) 단계의 유기물로 기능화된 그래핀과 고분자가 그래프팅된 그래핀은 상기한 본 발명의 대면적 그래핀의 제조 방법의 설명에서 설명된 바와 동일하다.The graphene functionalized with the organic material of step (a) and the graphene grafted with the polymer are the same as described in the description of the method for producing the large-area graphene of the present invention.

상기 (b) 단계는 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도, 바람직하게는 0.1㎎/㎖ 내지 10㎎/㎖의 농도, 더욱 바람직하게는 0.5㎎/㎖ 내지 5㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계이다.In step (b), the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer is in a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml in organic solvent 1, preferably 0.1 mg / ml to 10 mg /. A dispersion solution is prepared by dispersing at a concentration of ml, more preferably at a concentration of 0.5 mg / ml to 5 mg / ml.

상기 유기 용매 1은 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되나, 이에 한정되지 않는다.The organic solvent 1 is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, Benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, Acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl Sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxyethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate Byte and but selected from the group consisting of and mixtures thereof, and the like.

상기 (c) 단계는 밀폐된 곳에서 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계이다.Step (c) is the step of dropping or spin coating the dispersion solution on a substrate in a sealed place.

여기서 "밀폐된 곳"이란 바람의 흐름이 없고 일정한 양의 용매의 증기압이 존재 할 수 있게 한 곳을 의미하는 것이다.By "closed place" is meant a place where there is no wind flow and a certain amount of vapor pressure of the solvent exists.

상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택되나 이에 한정되지 않는다. 또한 이러한 기판의 크기는 0.1 ㎠ 내지 50 ㎡이다.
The substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof, but is not limited thereto. In addition, the size of such a substrate is 0.1 cm 2 to 50 m 2.

상기 스핀 코팅의 속도는 100 rpm 내지 10000 rpm, 바람직하게는 500 rpm 내지 5000 rpm, 더욱 바람직하게는 800 rpm 내지 1500 rpm이다.The speed of the spin coating is 100 rpm to 10000 rpm, preferably 500 rpm to 5000 rpm, more preferably 800 rpm to 1500 rpm.

상기 (d) 단계는 유기 용매 2를 기화시켜 기체 상태로 상기 기판에 도포시키는 단계이다.In step (d), the organic solvent 2 is vaporized and applied to the substrate in a gaseous state.

상기 유기 용매 2는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것으로서, 이러한 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상이다.The organic solvent 2 is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, Benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, Acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl Sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxyethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate Sites, and as being selected from the group consisting of and mixtures thereof, and the density of the organic solvent 2 is not less than the density of the first organic solvent.

유기 용매 2를 기화시켜 기체 상태로 상기 기판에 도포시키는 방법의 일례로 용매에 대하여 끓는점까지 온도를 인가한 후, 기체 상태가 된 용매를 관을 따라 기판 상으로 이동시켜 도포시키는 방법이 있다. 이때 관의 끝과 기판 사이의 거리는 0.1cm 내지 5cm이다.One example of a method in which the organic solvent 2 is vaporized and applied to the substrate in a gaseous state is to apply a temperature to a boiling point with respect to the solvent, and then moves and applies the solvent, which has become a gaseous state, along the tube to the substrate. At this time, the distance between the end of the tube and the substrate is 0.1cm to 5cm.

유기 용매 2의 도포시 유기 용매 1 대비 유기 용매 2의 부피 비율이 1: 0.001 내지 1:1000의 비율, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:100의 비율, 더욱 바람직하게는 1:0.5 내지 1:50의 비율로 수행한다.When the organic solvent 2 is applied, the volume ratio of the organic solvent 2 to the organic solvent 1 is 1: 0.001 to 1: 1000, preferably 1: 0.01 to 1: 100, and more preferably 1: 0.5 to 1: Perform at a rate of 50.

도포 속도는 0.0001 ㎖/s 내지 1 ㎖/s이 바람직하다.The application rate is preferably 0.0001 ml / s to 1 ml / s.

상기 (e) 단계는 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기, 바람직하게는 0.5° 내지 45°의 기울기, 더욱 바람직하게는 1° 내지 30°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분이다. 이러한 건조는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도, 바람직하게는 0℃ 내지 450℃의 온도, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 200℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력, 바람직하게는 -2atm 내지 2atm의 압력 하에서 이루어진다.The step (e) is inclined from 0.1 ° to 60 °, preferably from 0.5 ° to 45 °, more preferably in the order of leveling the substrate or ordering from the group consisting of right, left, top and bottom. Preferably a step of drying the cycle of inclining at an inclination of 1 ° to 30 ° several times, wherein the one running time of the cycle is 0.01 seconds to 5 minutes. Such drying is carried out at a temperature of -100 ° C to 600 ° C, preferably at a temperature of 0 ° C to 450 ° C, more preferably at a temperature of 20 ° C to 200 ° C and a pressure of -5 atm to 5 atm, preferably -2atm to Under pressure of 2 atm.

본 발명의 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법은 상기 (e) 단계 이후에 하기의 (f) 단계를 더 포함할 수 있다:Method for producing a patterned graphene film of the present invention may further comprise the following step (f) after step (e):

(f) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안, 바람직하게는 1시간 내지 6시간 동안, 더욱 바람직하게는 3시간 내지 6시간 동안, 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도, 바람직하게는 500℃ 내지 1200℃의 어닐링 온도, 더욱 바람직하게는 600℃ 내지 950℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안, 바람직하게는 0.5시간 내지 6시간 동안, 더욱 바람직하게는 1시간 내지 3시간 동안 어닐링하는 단계.(f) for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof, preferably 1 hour to 6 hours. For an hour, more preferably 3 to 6 hours, annealing temperature of 500 ° C. to 3000 ° C., preferably annealing temperature of 500 ° C. to 1200 ° C., more preferably 600 ° C. to 950 ° C. Annealing at an annealing temperature for 5 minutes to 24 hours, preferably for 0.5 to 6 hours, more preferably for 1 to 3 hours.

상기 비활성 기체로는, 예컨대 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 주된 기체로 사용하고, 이에 암모니아, 수소, 메탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 추가로 혼합하여 사용할 수 있다.
As the inert gas, for example, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen and mixtures thereof are used as the main gas, and thus the group consisting of ammonia, hydrogen, methane and mixtures thereof. It may be used by further mixing selected from.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀더 명확하게 이해하기 위하여 제시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시되는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허 청구 범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, but these examples are only presented to more clearly understand the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be determined within the scope of the technical idea of the claims.

실시예Example 1: 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서 흑연과 4-에틸벤조산을 반응시켜 얻은 고분자가  1: A polymer obtained by reacting graphite with 4-ethylbenzoic acid in a reaction medium containing polymeric phosphoric acid and phosphorus pentoxide 그래프팅된Grafted 그래핀의Graphene 제조 Produce

시그마 알드리치사의 폴리인산 (115% H3PO4 basis)인 고분자 인산(PPA)과, 오산화인(P2O6)을 각각 200g 및 50g 포함하는 반응 매질 250g에 흑연 5g과 4-에틸 벤조산 5g을 넣고 130 ℃에서 72 시간 동안 반응시켰다. 상기의 반응으로 우선 4-에틸 벤조산이 중합되어 에틸벤조(에테르-케톤)을 형성하고, 형성된 에틸벤조(에테르-케톤)이 흑연과 반응하여 흑연을 이루는 각 그래핀 간의 가장자리 위치의 결합이 그래핀의 가장자리 위치의 탄소와 고분자의 카르보닐기와의 공유 결합으로 치환되어 그래핀의 가장자리 위치에 고분자를 그래프팅시켰다(도 1 참조).Sigma-Aldrich Corporation polyphosphoric acid to (115% H 3 PO 4 basis ) a polymeric acid (PPA) and phosphorus pentoxide (P 2 O 6) graphite 5g and 4-ethyl benzoic acid 5g in the reaction medium, each containing 200g 250g and 50g Put and reacted at 130 ℃ for 72 hours. In the above reaction, 4-ethyl benzoic acid is first polymerized to form ethyl benzo (ether-ketone), and the formed ethyl benzo (ether-ketone) reacts with graphite to bond the edge positions between the graphenes forming the graphite. The polymer was grafted to the edge position of graphene by substitution with a covalent bond between carbon at the edge of the polymer and carbonyl group of the polymer (see FIG. 1).

상기 반응이 종결된 후에, 상기 가장자리 위치에 고분자를 그래프팅시킨 그래핀을 물에 침전시키고, 다시 회수하여 속슬렛을 이용하여 물에서 3일, 메탄올에서 3일 동안 처리하여, 고분자 인산, 오산화인 및 미반응 에틸벤조산 등의 미 반응물을 제거하였다. After the reaction was terminated, the graphene grafted the polymer at the edge position was precipitated in water, and recovered again and treated with Soxhlet for 3 days in water and methanol for 3 days, and the polymer phosphoric acid and phosphorus pentoxide And unreacted substances such as unreacted ethylbenzoic acid were removed.

그런 후에, 상기한 미 반응물로부터 분리된, 가장자리 위치에 고분자가 그래프팅된 그래핀(4-에틸벤조산-g-그라파이트, EBA-g-graphite)을 동결 건조시켰다.
Thereafter, graphene (4-ethylbenzoic acid-g-graphite, EBA-g-graphite) grafted with polymer at the edge position, isolated from the above unreacted material, was lyophilized.

실험예Experimental Example 1: 고분자가  1: high molecular weight 그래프팅된Grafted 그래핀에On graphene 대한  About TGATGA 실험 Experiment

TA Hi-Res TGA 2950 열중량 분석기를 이용하여 흑연, 상기 실시예 1에서 제조한 EBA-g-graphite에 대하여 열중량 분석을 수행하여 열적 특성을 확인하였다.Thermogravimetric analysis was performed on graphite, EBA-g-graphite prepared in Example 1 using a TA Hi-Res TGA 2950 thermogravimetric analyzer to confirm thermal properties.

그 결과를 도 2와 도 3에 나타내었는데, 도 2의 a는 공기 중에서의 온도의 따른 질량의 손실을 나타낸 것이고, 도 2의 b는 질소 분위기 하에서 온도의 따른 질량의 손실을 나타낸 것이며, 도 2에 있어 파란색 그래프는 흑연의 결과를 나타내고 빨간색 그래프는 상시 실시예 1에서 제조한 EBA-g-graphite의 결과를 나타낸다.The results are shown in FIGS. 2 and 3, where a in FIG. 2 shows a loss of mass with temperature in air, and b in FIG. 2 shows a loss of mass with temperature in a nitrogen atmosphere. The blue graph for shows the results of graphite and the red graph shows the results of EBA-g-graphite prepared in Example 1 at all times.

도 2의 a를 보면, 흑연의 결과인 파란색 그래프는 약 650℃에서 질량의 손실이 시작되었지만 실시예 1의 EBA-g-graphite는 상기 흑연보다 약 250℃ 낮은 400℃에서 질량 손실이 시작되는 것을 확인할 수 있다. 이는 그래핀이나 흑연의 구조보다는 이들의 가장자리에 그래프팅된 고분자가 열적으로 더 불안정하여 더 낮은 온도에서 제거되는 것을 보이는 것이다.Referring to a of FIG. 2, the blue graph resulting from graphite started losing mass at about 650 ° C., but the EBA-g-graphite of Example 1 started losing mass at 400 ° C., which was about 250 ° C. lower than the graphite. You can check it. This shows that the polymers grafted on their edges are thermally more unstable than the structures of graphene or graphite and are removed at lower temperatures.

도 3는 공기 중에서의 질량 손실을 나타낸 것으로서 도 2의 a와 대비시 열속도(heat rate)를 더 느리게 하여 열이 시료에 충분히 가해질 수 있는 시간(heat rate = 1℃/분) 동안 열을 가하여 질량 손실을 측정한 것이다. Figure 3 shows the mass loss in the air as compared to a of Figure 2 by slowing the heat rate (heat rate) by applying heat for a time (heat rate = 1 ℃ / min) that the heat can be sufficiently applied to the sample It is a measure of mass loss.

충분한 시간 동안 충분히 열을 주어 질량 손실을 측정한 도 3에서는 도 2의 a 그래프보다 질량 손실이 100℃~150℃ 정도 더 빨리 일어나는 것을 확인할 수 있다. In FIG. 3, in which heat is sufficiently heated for a sufficient time to measure mass loss, it can be confirmed that the mass loss occurs about 100 ° C. to 150 ° C. faster than the graph a of FIG. 2.

또한, 도 3에서는 540℃보다 높은 온도에서는 흑연보다는 실시예 1의 EBA-g-graphite가 열적으로 더 안정하다는 것을 확인할 수 있다.In addition, in Figure 3 it can be seen that the EBA-g-graphite of Example 1 is more thermally stable than the graphite at a temperature higher than 540 ℃.

또한, 도 3에서는 800℃ 정도가 되면 모두 제거되는데 비활성 기체의 존재 하에서 어닐링하게 되면 높은 온도에서도 그래핀이 제거되지 않고 또한 그래핀의 가장자리에 그래프팅된 유기물이나 고분자가 높은 온도에서 카보니제이션되는 재배열이 일어나게 되어 구조가 더욱 탄탄해진다(미도시).In addition, in FIG. 3, all of them are removed at about 800 ° C. When the annealing is performed in the presence of an inert gas, the graphene is not removed even at a high temperature and the organic or polymer grafted to the edge of the graphene is carbonized at a high temperature. Rearrangement occurs, which makes the structure stronger (not shown).

한편, 질소 분위기 하에서 질량 손실을 측정한 결과인 도 2의 b 그래프를 통해서는 질소 분위기 하에서 실시예 1의 EBA-g-graphite가 확연히 제거되지 않고 온도가 증가함에 따라 서서히 질량의 제거가 일어나는 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, through the b graph of Figure 2, the result of measuring the mass loss in the nitrogen atmosphere it was confirmed that the removal of the mass gradually occurs as the temperature is increased without increasing EBA-g-graphite of Example 1 under the nitrogen atmosphere. Can be.

실험예Experimental Example 2: 고분자가  2: high molecular weight 그래프팅된Grafted 그래핀에On graphene 대한  About AFMAFM  And FEFE -- TEMTEM 이미지 image

Veeco Multimode V. 원자 현미경(Atomic force microscopy) 및 FEI Tecnai G2 F30 S-Twin 전계 방사형 투과 전자 현미경(Field Emission Transmission Electron Microscope) (작동 전압: 200 kV)을 이용하여 흑연과, 상기 실시예 1에서 얻은 EBA-g-graphite의 확대 이미지를 얻었다.Veeco Multimode V. Atomic force microscopy and FEI Tecnai G2 F30 S-Twin Field Emission Transmission Electron Microscope (operating voltage: 200 kV) An enlarged image of EBA-g-graphite was obtained.

그 결과를 도 4와 도 5에 나타내었는데, 도 4는 원자 현미경으로부터 얻은 이미지로서, 도 4의 표면의 지형도의 높이(topographic height)를 확인해 보면 그래핀 표면의 가장자리에 해당하는 부분의 높이가 가운데의 표면의 높이보다 일반적으로 0.5nm~1nm 정도 높은 것을 확인할 수 있다. 이것은 평평한 흑연이나 그래핀의 가장자리에 고분자가 그래프팅되었다는 것을 뒷받침한다.The results are shown in FIG. 4 and FIG. 5. FIG. 4 is an image obtained from an atomic microscope. When checking the topographic height of the surface of FIG. 4, the height of the portion corresponding to the edge of the graphene surface is centered. It can be seen that generally 0.5 nm to 1 nm higher than the height of the surface. This supports the grafting of polymer onto the edges of flat graphite or graphene.

또한, 도 5는 투과 전자 현미경을 통해 얻은 이미지로서, 도 5의 a는 한 층의 그래핀으로서 그 가장자리에 고분자가 그래프팅된 그래핀을 보여주고 있다. 그래핀은 원래 잘 구부러지는 특성을 가졌기 때문에 평평하지 않고 접혀저 있는 이미지를 상기 도 5의 a를 통해서 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 도 5의 b는 도 5의 a의 일부분을 확대한 것으로서, 이 역시 가장자리에 고분자가 그래프팅된 것을 뒷받침한다.
In addition, Figure 5 is an image obtained through a transmission electron microscope, Figure 5a shows a graphene graphed with a polymer grafted at its edge as a layer of graphene. Since graphene originally had a property of bending well, the flat and folded image can be confirmed through a of FIG. 5. In addition, b of FIG. 5 is an enlarged portion of a of FIG. 5, which also supports the grafting of the polymer at the edge.

실시예Example 2:  2: 실시예Example 1에서 얻은  Obtained from 1 EBAEBA -g--g- graphitegraphite 로 기능화된 Functionalized with 그래핀을Graphene 얻은 후에 이를 디클로로메탄에 용해시키고  After it is dissolved in dichloromethane 기판 상에On a substrate 드롭핑시킨Dropped 후 아르곤 기체 분위기 하에서 900℃의 온도에서  After argon gas atmosphere at a temperature of 900 ℃ 2시간동안For 2 hours 어닐링하여Annealed 전기전도도가 있는 대면적  Large area with electrical conductivity 그래핀Graphene 필름의 제조 Manufacture of film

실시예 1을 통해서 얻은 EBA-g-graphite을 디클로로메탄에 용해시킨 후 1분동안 초음파 분해를 실시하고, 테프론 재질의 구멍 크기가 0.5㎛인 필터지를 이용하여 덩어리 상태의 흑연과 가장자리가 기능화된 그래핀과 분리하였다.After dissolving the EBA-g-graphite obtained in Example 1 in dichloromethane and sonication for 1 minute, using a filter paper with a hole size of 0.5 ㎛ of Teflon material, the graphite in the form of agglomerate and the edges were functionalized. It was separated from the pin.

디클로로메탄에 녹아 있는 고분자가 그래프팅된 그래핀 (0.5mg/ml) 용액을 HF 클리닝을 한 25cm2 실리콘 기판에 다섯방울 드롭핑한다. 그 이후 드롭핑한 실리콘 기판을 밀폐시킨 후, 용액이 한 곳에 머물러 있지 않도록 오른쪽, 왼쪽, 위쪽, 아래쪽으로 약 10~25° 정도의 기울기로 기울이는 사이클을 적절하게 반복하여 건조시킨다. 건조하는데 걸린 시간은 10분 정도 소요되었고, 건조 온도는 상온이며, 건조 압력은 밀폐된 공간에서 생성된 디클로로 메탄 증기압이었다. 그 이후 잘 건조된 고분자가 그래프팅된 그래핀이 올려진 실리콘 기판을 아르곤 분위기 하에서, 4시간 동안 어닐링 온도인 900℃의 온도로 올리고 900℃에서 2시간 동안 어닐링시킨다. 이 과정을 통해서 평균 면저항이 l.75㏀이고, 면적이 9cm2인 그래핀 필름을 얻었다.
Graphene (0.5mg / ml) solution grafted with polymer dissolved in dichloromethane was 25cm 2 with HF cleaning. Drop five drops onto the silicon substrate. After that, the dropped silicon substrate is sealed, and the cycle of tilting at an angle of about 10 to 25 ° to the right, left, top, and bottom so as not to remain in one place is repeated by appropriately drying. The drying time was about 10 minutes, the drying temperature was room temperature, and the drying pressure was the dichloromethane vapor pressure produced in the enclosed space. After that, the graphene-loaded silicon substrate grafted with the well-dried polymer is raised to an annealing temperature of 900 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere and annealed at 900 ° C. for 2 hours. Through this process, a graphene film having an average sheet resistance of l.75 kPa and an area of 9 cm 2 was obtained.

실험예Experimental Example 3:  3: 실시예Example 2의 대면적  2, large area 그래핀Graphene 필름에 대한  For film AFMAFM  And FEFE -- SEMSEM 이미지 image

LEO 1530FE 전계 방사형 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope) 및 Veeco Multimode V. 원자 현미경(Atomic force microscopy)을 이용하여 상기 실시예 2에서 제조한 대면적 그래핀 필름 표면의 특성을 확인하였다.The characteristics of the large-area graphene film surface prepared in Example 2 were confirmed by using a LEO 1530FE Field Emission Scanning Electron Microscope and Veeco Multimode V. Atomic force microscopy.

도 6은 실시예 2의 대면적 그래핀 필름의 주사 전자 현미경의 이미지를 나타낸다. a는 어닐링하기 전의 이미지이고, b는 어닐링한 후의 이미지로서, 어닐링하기 전에는 그래핀 필름의 가장자리의 고분자로 인해 표면의 주름진 것처럼 보이는 데 반해, 어닐링한 이 후의 이미지인 b는 표면의 매우 매끈한 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 어닐링한 후의 그래핀 필름을 보게 되면 필름이 투명하다는 것을 확인할 수 있다. 만들어진 이 필름의 두께는 16nm 정도이다.6 shows an image of a scanning electron microscope of the large area graphene film of Example 2. FIG. a is an image before annealing, b is an image after annealing, and before annealing, the surface of the graphene film appears to be wrinkled on the surface, whereas b after image annealing is very smooth. Can be. As well as seeing the graphene film after annealing, it can be seen that the film is transparent. The thickness of this film is about 16 nm.

도 7은 원자 현미경 이미지로 어닐링한 후 대면적 그래핀 필름은 그 표면이 매우 매끈하다는 것을 보인다.
7 shows that the large area graphene film is very smooth in its surface after annealing with an atomic microscope image.

실시예Example 3:  3: 실시예Example 2를 통해 실리콘 기판 위에 얻은 대면적  Large area obtained on silicon substrate via 2 그래핀Graphene 필름을  Film HFHF 에칭을 통해  Through etching OHPOHP 필름으로  With film 그래핀Graphene 필름을 이동시켜 구부러질 수 있는  Which can be bent by moving the film 그래핀Graphene 필름 제조 Film manufacturing

실시예 2에 의하여 실리콘 기판 위에 얻은 대면적 그래핀 필름을 폴리메타크릴레이트(PMMA) 용액으로 코팅시켰다. 코팅 후 15분 정도 폴리메타크릴레이트(PMMA)를 충분히 건조시킨 후 적절한 원하는 크기로 그래핀 필름이 있는 실리콘 기판을 자른다. 잘라진 실리콘 기판을 10% HF solution에 에칭시키면 30초 후 프리-스탠딩한 그래핀 필름을 제조할 수 있다.The large area graphene film obtained on the silicon substrate by Example 2 was coated with polymethacrylate (PMMA) solution. After the coating, the polymethacrylate (PMMA) is sufficiently dried for about 15 minutes, and then the silicon substrate with the graphene film is cut to an appropriate desired size. The cut silicon substrate is etched in 10% HF solution to prepare a free-standing graphene film after 30 seconds.

이러한 프리 스탠팅한 그래핀 필름을 OHP 필름으로 옮길 수도 있다. OHP 필름으로 옮긴 후 그래핀 필름 위에 코팅된 폴리메타크릴레이트(PMMA)는 아세톤을 이용하여 제거하여 OHP 위에 있는 대면적 그래핀 필름을 얻었다.
Such pre-standing graphene film may be transferred to an OHP film. After transferring to the OHP film, polymethacrylate (PMMA) coated on the graphene film was removed using acetone to obtain a large area graphene film on the OHP.

실험예Experimental Example 4: 에칭하는 과정과  4: process of etching and OHPOHP 필름에 옮기는 과정을 보여주는 이미지Image showing the process of transferring to film

도 8은 실시예 2와 실시예 3의 전반적인 과정을 보여주는 사진을 나열한 것이다. 디클로로메탄에 녹인 실시예 1의 고분자가 그래프팅된 그래핀 분산 용액을 실리콘 기판 상에 드롭핑시킨 후(b), 균일하게 분산시키며 건조시킨다(c). 잘 건조된 기판을 4시간 동안 어닐링 온도인 900℃의 온도로 올리고 900℃에서 2시간 동안 어닐링 한 후(d), 원하는 크기로 잘라서(e) 8% HF 용액에 넣어 에칭시키면(f) 프리스탠딩(free standing)한 전도도를 가지는 그래핀 필름을 얻을 수 있다.8 lists photographs showing the overall process of Example 2 and Example 3. The graphene dispersion solution grafted with the polymer of Example 1 dissolved in dichloromethane was dropped onto a silicon substrate (b), and then uniformly dispersed and dried (c). The well-dried substrate was heated to 900 ° C., annealing temperature for 4 hours, annealed at 900 ° C. for 2 hours (d), cut to desired size (e) and etched in an 8% HF solution (f) and freestanding. A graphene film having a free standing conductivity can be obtained.

도 9는 도 8에서 얻은 프리스탠딩한 그래핀 필름을 OHP 필름으로 옮긴 그래핀 필름의 모습이다. 크기는 2인치 × 2인치이다.
FIG. 9 is a view of a graphene film obtained by transferring the freestanding graphene film obtained in FIG. 8 into an OHP film. The size is 2 inches by 2 inches.

실시예Example 4:  4: 실시예Example 1에서 얻은 고분자가  The polymer obtained in 1 그래프팅된Grafted 그래핀을Graphene 부피 비율이 15:1인 디클로로메탄과  Dichloromethane with a volume ratio of 15: 1 디클로로벤젠에In dichlorobenzene 용해시켜  Dissolve 드롭핑시킨Dropped  after 아르곤기체Argon gas 분위기에서 어 In the atmosphere 닐링하여By niling 패터닝된Patterned 그래핀Graphene 필름을 제조 Manufacture film

실시예 1을 통해서 얻은 고분자가 그래프팅된 그래핀을 디클로로메탄(15ml)에 용해시킨 후 1분 동안 초음파 분해를 실시하였다. 그런 후에 테프론 재질의 구멍 크기가 0.5㎛인 필터지를 이용하여 덩어리상태의 흑연과 가장자리가 기능화된 그래핀과 분리하였다.After dissolving the graphene grafted graphene obtained in Example 1 in dichloromethane (15ml) was subjected to sonication for 1 minute. Thereafter, a filter paper having a pore size of 0.5 μm of Teflon was separated from the lumped graphite and the functionalized graphene.

디클로로메탄(15ml)에 녹아 있는 고분자가 그래프팅된 그래핀(0.5mg/ml) 분산 용액에 디클로로벤젠(1ml)를 넣어 잘 섞어 준 후, HF 클리닝을 한 1cm2 실리콘 기판에 한 방울 드롭핑시켰다. 그 이후 드롭핑시킨 실리콘 기판을 수평을 맞춘 상태에서 상온에서 24시간 동안 방치한다. 그 이후 패터닝된 그래핀 필름이 올려진 실리콘 기판을 아르곤 분위기 하에서, 4시간 동안 어닐링 온도인 900℃의 온도로 올리고 900℃의 온도에서 2시간 동안 어닐링하였다. 이 과정을 통해서 일정한 간격과 일정한 구멍 크기를 가진 패터닝된 그래핀 필름을 얻게 되었다.
Dichlorobenzene (1ml) was added to a graphene (0.5mg / ml) grafted graphene (0.5mg / ml) dispersion solution dissolved in dichloromethane (15ml), followed by HF cleaning 1cm 2 One drop was dropped onto the silicon substrate. Thereafter, the dropped silicon substrate is left at room temperature for 24 hours while being leveled. Thereafter, the silicon substrate on which the patterned graphene film was loaded was raised to 900 ° C., an annealing temperature for 4 hours under an argon atmosphere, and annealed at 900 ° C. for 2 hours. This resulted in a patterned graphene film with uniform spacing and uniform pore size.

실험예Experimental Example 5:  5: 패터닝된Patterned 그래핀Graphene 필름에 대한  For film AFMAFM 이미지 image

Veeco Multimode V. 원자 현미경(Atomic force microscopy)을 이용하여 상기 실시예 4에서 제조한 패터닝된 그래핀 필름의 표면의 특성을 확인 하였다.The surface of the patterned graphene film prepared in Example 4 was confirmed using Veeco Multimode V. Atomic force microscopy.

도 10은 어닐링 후 패터닝된 그래핀 필름의 표면을 나타낸 원자 현미경 이미지로서, 표면 안에 생긴 구명은 디클로로벤젠으로 인해 생긴 것으로 구멍의 크기가 3가지의 크기도 구별할 수 있고 구멍 간의 간격도 대략적으로 균일한 것을 확인할 수 있다.
FIG. 10 is an atomic microscope image showing the surface of a graphene film patterned after annealing. The lifespan generated in the surface is due to dichlorobenzene. You can see that.

이상 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며 본 발명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.
The present invention has been described above with reference to the illustrated examples, but this is only an example and the present invention can perform various modifications and other embodiments that are obvious to those skilled in the art. Understand the facts.

Claims (16)

(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는
고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;
(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및
(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계
를 포함하는, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법.
(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or
One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;
(b) preparing a dispersion solution by dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in an organic solvent at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml;
(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And
(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes
Comprising, a large-area graphene film production method.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계 후에 하기의 (e) 단계를 더 포함하는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법:
(e) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계.
The method of claim 1, further comprising the following step (e) after the step (d):
(e) annealing temperatures of 500 ° C. to 3000 ° C. for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof. And annealing at the annealing temperature for 5 minutes to 24 hours.
제2항에 있어서, 상기 (e) 단계 바로 전, 바로 후, 또는 바로 전과 바로 후에 하기의 단계를 더 포함하는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법.
(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및
(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계.
The method of claim 2, further comprising the following steps immediately before, immediately after, or immediately after and immediately after the step (e).
(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And
(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle The run time is 0.01 seconds to 5 minutes.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스핀 코팅은 100rpm 내지 10000rpm의 속도로 수행되는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the spin coating is performed at a speed of 100 rpm to 10000 rpm. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 (d) 단계의 건조는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력 하에서 이루어지는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법.The large-area graphene film of any one of claims 1 to 3, wherein the drying of the step (d) is performed at a temperature of -100 ° C to 600 ° C and a pressure of -5 atm to 5 atm. Method of preparation. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법.The large area according to claim 1, wherein the substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof. Method for producing graphene film. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인, 대면적 그래핀 필름의 제조 방법. The organic solvent of claim 1, wherein the organic solvent is water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tetra Butyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, dimethyl sulfoxide , Dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrroli Don, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl ether, dimethoxye Tan, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate and a mixture thereof, the method for producing a large-area graphene film. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항의 제조 방법에 의하여 제조된 대면적 그래핀 필름.A large-area graphene film produced by the method of any one of claims 1 to 3. (a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는
고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;
(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 및 유기 용매 2의 1:0.001 내지 1:1000 부피비의 혼합물 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계;
(c) 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계; 및
(d) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계
를 포함하는, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.
(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or
One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;
(b) a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml of the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer in a mixture of organic solvent 1 and organic solvent 2 in a volume ratio of 1: 0.001 to 1: 1000 Preparing a dispersion solution by dispersing with a solvent, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1;
(c) dropping or spin coating the dispersion solution onto a substrate; And
(d) drying the substrate several times in a cycle of tilting the substrate horizontally or inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes
Comprising a method for producing a patterned graphene film.
(a) 고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 유기물과 흑연을 반응시켜 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을 그래핀과 유기물 간의 공유 결합으로 치환시켜 유기물로 기능화된 그래핀을 제조하거나 또는
고분자 인산과 오산화인을 함유하는 반응 매질 중에서, 벤젠 고리를 포함하고, 카르복시산기, 아마이드기, 술폰산기, 카르보닐클로라이드기 및 카르보닐브로마이드기로 이루어진 군 중에서 선택되는 1개 이상의 작용기를 가지는 단량체 1종 이상 및 흑연을 반응시킴으로써, 상기 흑연을 이루는 그래핀들간의 결합을, 상기 단량체가 축합 중합되어 형성된 고분자와 그래핀 간의 공유 결합으로 치환시켜 고분자가 그래프팅된 그래핀을 제조하는 단계;
(b) 상기 유기물로 기능화된 그래핀 또는 상기 고분자가 그래프팅된 그래핀을 유기 용매 1 중에 0.001 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖의 농도로 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계;
(c) 밀폐된 곳에서 상기 분산 용액을 기판 상에 드롭핑시키거나 또는 스핀 코팅시키는 단계;
(d) 유기 용매 2를 기화시켜 기체 상태로 상기 기판에 도포시키는 단계로서, 상기 유기 용매 2의 밀도는 상기 유기 용매 1의 밀도 이상인 것인 단계; 및
(e) 상기 기판을 수평에 맞추거나 또는 오른쪽, 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽으로 이루어진 군 중에서 순서를 정하여 차례로 0.1° 내지 60°의 기울기로 기울이는 사이클을 수회 반복하여 건조시키는 단계로서, 상기 사이클의 1회 수행 시간은 0.01초 내지 5분인 단계
를 포함하는, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.
(a) reacting graphite with an organic substance having at least one functional group selected from the group consisting of carboxylic acid groups, amide groups, sulfonic acid groups, carbonyl chloride groups and carbonyl bromide groups in a reaction medium containing high molecular weight phosphoric acid and phosphorus pentoxide; Graphene functionalized with an organic material is prepared by substituting the covalent bond between the graphene and the organic material with the bond between the graphenes forming the graphite, or
One monomer containing a benzene ring and having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxylic acid group, an amide group, a sulfonic acid group, a carbonyl chloride group and a carbonyl bromide group in a reaction medium containing high molecular phosphoric acid and phosphorus pentoxide Preparing a graphene-grafted graphene by substituting covalent bonds between the polymer and graphene formed by condensation polymerization of the monomers by reacting graphite with the graphite;
(b) dispersing the graphene functionalized with the organic material or the graphene grafted with the polymer at a concentration of 0.001 mg / ml to 100 mg / ml in organic solvent 1 to prepare a dispersion solution;
(c) dropping or spin coating the dispersion solution on a substrate in a confined area;
(d) vaporizing and applying the organic solvent 2 to the substrate in a gaseous state, wherein the density of the organic solvent 2 is equal to or greater than that of the organic solvent 1; And
(e) horizontally drying or repeatedly drying the cycle of inclining at an inclination of 0.1 ° to 60 ° in order from the group consisting of right, left, top and bottom, each time of the cycle Run time is 0.01 seconds to 5 minutes
Comprising a method for producing a patterned graphene film.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 (e) 단계 이후에 하기의 (f) 단계를 더 포함하는, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법:
(f) 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소, 암모니아, 메탄, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 비활성 기체 분위기 하에서 5분 내지 12 시간 동안 500℃ 내지 3000℃의 어닐링 온도로 올리고 상기 어닐링 온도에서 5분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계.
The method of claim 9 or 10, further comprising the following step (f) after the step (e):
(f) annealing temperatures of 500 ° C. to 3000 ° C. for 5 minutes to 12 hours under an inert gas atmosphere selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen, ammonia, methane, hydrogen and mixtures thereof. And annealing at the annealing temperature for 5 minutes to 24 hours.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 스핀 코팅은 100rpm 내지 10000rpm의 속도로 수행되는 것인, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 9, wherein the spin coating is performed at a speed of 100 rpm to 10000 rpm. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 건조시키는 단계는 -100 ℃ 내지 600 ℃의 온도 및 -5 atm 내지 5 atm의 압력 하에서 이루어지는 것인, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 9, wherein the drying step is performed at a temperature of −100 ° C. to 600 ° C. and a pressure of −5 atm to 5 atm. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 실리콘, 구리, 알루미늄, 금, 백금, 은, 아연 및 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.The patterned graphene film of claim 9 or 10, wherein the substrate is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, copper, aluminum, gold, platinum, silver, zinc and oxides thereof. Way. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 유기 용매 1 및 유기 용매 2는 각각 독립적으로 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유 에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트, 1-클로로부탄, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인, 패터닝된 그래핀 필름의 제조 방법.The method of claim 9 or 10, wherein the organic solvent 1 and the organic solvent 2 are each independently water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, en-propanol, en-butanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl Alcohol, tetrabutyl alcohol, isoamyl alcohol, 1-octanol, toluene, benzene, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, dioxane, m-cresol, ethyl acetate, carbon disulfide, Dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dichloroethane, dichlorobenzene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N- Methylpyrrolidone, dimethylformamide, acetic acid, formic acid, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, petroleum ether, diethylamine, diethyl ether, triethylamine, tetrabutylmethyl The method of Le, dimethoxy ethane, benzyl acetate, 1-chlorobutane, ethyl acetate and mixtures thereof which is selected from the group, patterned graphene films. 제9항 또는 제10항의 제조 방법에 의하여 제조된, 패터닝된 그래핀 필름.The patterned graphene film produced by the manufacturing method of claim 9 or 10.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015111839A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Method for preparing graphite or graphene having edges functionalized with fluoro group by mechanochemical method
US9690190B2 (en) 2015-01-09 2017-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Pellicles and methods of manufacturing the same
US9721734B2 (en) 2013-02-22 2017-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Graphene-nanomaterial composite, electrode and electric device including the same, and method of manufacturing the graphene-nanomaterial composite

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109293359B (en) * 2018-08-31 2021-01-26 河北长瀛六元素石墨烯科技有限公司 Graphene metal composite material and preparation method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8679859B2 (en) 2007-03-12 2014-03-25 State of Oregon by and through the State Board of Higher Education on behalf of Porland State University Method for functionalizing materials and devices comprising such materials

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9721734B2 (en) 2013-02-22 2017-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Graphene-nanomaterial composite, electrode and electric device including the same, and method of manufacturing the graphene-nanomaterial composite
KR101438184B1 (en) * 2013-02-25 2014-09-12 한국과학기술원 Large-area Films Using Interfacial Self-assembly of Microparticles and Method Manufacturing the Same
WO2015111839A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Method for preparing graphite or graphene having edges functionalized with fluoro group by mechanochemical method
US9690190B2 (en) 2015-01-09 2017-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Pellicles and methods of manufacturing the same

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