KR20120111659A - 그래핀을 포함하는 필름 제조 방법 - Google Patents

그래핀을 포함하는 필름 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, (a) 촉매금속필름의 일면에 그래핀을 형성하는 단계; (b) 상기 그래핀의 상기 촉매금속필름이 형성되지 않은 면에 제1 전사필름을 형성하는 단계; 및 (c)상기 촉매금속필름을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 각 단계는 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 일방향으로 이송되면서 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

그래핀을 포함하는 필름 제조 방법{Method for manufacturing film comprising graphene}
본 발명은 그래핀을 포함하는 필름을 제조하는 방법에 관련된 것이다.
그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그 두께가 매우 얇고 투명하며 전기 전도성이 매우 큰 특성을 가진다. 그래핀의 이러한 특성을 이용하여 그래핀을 투명 디스플레이 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이에 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다.
이와 같은 그래핀에 대한 관심이 증대됨에 따라 고품질의 그래핀을 대량 생산하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 대량 생산이 가능한 그래핀을 포함하는 필름의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, (a) 촉매금속필름의 일면에 그래핀을 형성하는 단계; (b) 상기 그래핀의 상기 촉매금속필름이 형성되지 않은 면에 제1 필름을 형성하는 단계; 및 (c)상기 촉매금속필름을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 각 단계는 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 일방향으로 이송되면서 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 (a)단계 전에 상기 촉매금속필름을 전처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 전처리된 촉매금속필름은 롤-투-롤 방식으로 상기 그래핀 형성단계로 이송될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 촉매금속필름은, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 필름과 상기 그래핀 사이에 접착면을 더 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 (c)단계 후, 상기 제1 필름을 제거하고, 상기 그래핀의 제1 필름이 형성되지 않은 면에 제2 필름을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 필름은 열박리 필름이고, 상기 제2 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 필름의 제거 및 상기 제2 필름의 형성은 롤-투-롤 방식으로 일 방향으로 이송되면서 진행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 (c)단계는, 에칭 공정에 의해 진행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 에칭 공정은 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl3) 용액 및 질산제2철(Fe(No3)3) 용액 중 적어도 어느 하나를 이용한 습식 에칭 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 습식 에칭 전에 상기 촉매금속필름을 건식 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 (c)단계 후에, 상기 그래핀이 형성된 제1 필름을 도핑하는 단계를 더 포함하고, 상기 도핑하는 단계는 롤-투-롤 방식으로 진행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 (c)단계와 상기 도핑하는 단계 사이에, 상기 제1 필름이 형성된 그패핀을 세정 및 건조하는 단계를 더 포함하고, 상기 세정 및 건조단계는 롤-투-롤 방식으로 진행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 도핑하는 단계 후 에어 블로잉(air blowing)하는 단계를 더 포함하고, 상기 에어 블로잉은 롤-투-롤 방식으로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 그래핀을 포함하는 필름의 제조 방법에 의하면, 그래핀 합성 공정부터 에칭 공정, 및 전사 공정을 포함하는 전체 제조 공정을 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 일방향으로 이송하면서 진행하므로, 그래핀을 포함하는 필름의 대량 생산이 가능하다. 또한, 촉매금속 필름의 습식 에칭 전에 건식 에칭을 실시함으로써 전체 에칭 공정 시간을 단축시길 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 5는 도 2의 Ⅴ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 도 2의 Ⅵ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 8은 도 2의 Ⅶ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 12는 도 9의 ⅩⅡ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
도 13은 도 9의 ⅩⅢ에 대응되는 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀을 포함하는 필름의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 3 내지 도 7은 도 2의 각 단계에서 형성된 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다. 상기 도면들에 있어서 촉매금속 필름(301), 그래핀(302), 열박리 필름(303) 및 PET 필름(304)의 두께는 설명 상의 편의를 위해서 과장되게 도시되어 있다.
먼저 촉매금속 필름 전처리 공정(S100)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 제1권출롤(10)에 권취되어 있던 촉매금속 필름(301, 도 3 참조)이 풀리면서 그래핀 형성 공간(210)으로 이송된다.
촉매금속 필름(301)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 촉매금속 필름(301)이 단일 층인 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 적어도 2개의 층으로 이루어진 다층 기판 중 1개의 층이 촉매금속 필름(301)일 수 있다. 이 경우 촉매금속 필름(301)은 다층 기판의 최외곽에 배치된다.
촉매금속 필름(301)이 그래핀 형성 공간(210)으로 이송되는 과정에서 촉매금속 필름의 표면을 세정하는 전처리 과정을 진행한다(S100). 전처리 과정(S100)은 촉매금속 필름(301)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 수소 기체를 사용할 수 있다. 또는, 산/알칼리 용액 등을 사용하여 촉매금속 필름(301)의 표면을 세정함으로써, 이후의 공정인 그래핀(302) 형성 시 결함을 줄일 수 있다.
촉매금속 필름(301)의 표면을 세정하는 본 단계(S100)는 필요에 따라 생략될 수 있으며, 제1권출롤(10)에 촉매금속 필름(301)이 권취되기 전에 이루어질 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 그래핀 형성 공정(S110)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 촉매금속 필름(301)이 그래핀 형성 공간(210)으로 이송되면, 그래핀 형성 공간(210)에 기상의 탄소공급원을 투입하고 열처리한다. 열처리는 가열 및 냉각으로 이루어진다. 상기 그래핀 형성 공정(S110)에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition: TCVD), 급속 열 화학기상증착법(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition: PTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착법(Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition: ICP-CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition: ATLD) 등 다양한 공정이 이용될 수 있다.
기상의 탄소 공급원은 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 이와 같은 기상의 탄소 공급원은 고온에서 탄소 원자와 수소 원자로 분리된다.
분리된 탄소 원자는 가열된 촉매금속 필름(301)에 증착되고, 촉매금속 필름(301)이 냉각되면서 그래핀(302)으로 형성된다.
그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 이송용 롤러(미도시)를 통해 그래핀 형성 공간(210) 외부로 반출된다. 도 4는 촉매금속 필름(301)에 형성된 그래핀(302)을 나타낸 측단면도이다.
그래핀 형성 공간(210)은 가열과 냉각 공정이 모두 한 공간에서 이루어지는 하나의 장치일 수 있고, 또는 가열 공정과 냉각 공정이 별도로 이루어지는 복수개의 장치로 구성하여 가열과 냉각 공정을 별도의 공간에서 수행할 수 있다.
본 실시예에서는 촉매금속 필름(301)의 표면을 세정하는 전처리 공정이 그래핀 형성 공간(210)으로 촉매금속 필름(301)을 이송하기 이전에 이루어지는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 순서에 한정되지 않는다. 예컨대, 그래핀 형성 공간(210)으로 이송된 촉매금속 필름(301)에 기상 탄소 공급원을 투입하기 이 전에, 수소 기체 등을 이용하여 전처리 할 수 있다. 이 경우, 그래핀 형성 공간(210)은 전처리 공간을 별도로 구비할 수 있다.
다음으로, 열박리 필름 형성 공정(S120)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 제2권출롤(20)에 권취되어 있던 열박리 필름(303)이 풀리면서 제1부착용 롤러(11) 쪽으로 이송되고, 그래핀 형성 공간(210)으로부터 이송된 그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 제2부착용 롤러(12) 쪽으로 이송되면서, 촉매금속 필름(301)이 형성되지 않은 그래핀(302)의 일면에 열박리 필름(303)이 형성된다. 열박리 필름(303)은 상온에서 그 일면이 접착성을 가지지만, 소정 박리 온도 이상으로 가열되면 접착성을 잃는 성질을 가지는 것으로, 다양한 박리 온도를 구비한 제품을 선택할 수 있다.
제1 및 제2부착용 롤러(11, 12)는 촉매금속 필름(301)의 이송 경로를 중심으로 소정 간격 이격되게 배치되고, 제2권출롤(20)에서 권출된 열박리 필름(303)과 그래핀 형성 공간(210)으로부터 이송된 그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)을 가압하여 부착되도록 한다. 도 5는 촉매금속 필름(301)이 형성되지 않은 그래핀(302)의 일면에 전사되어 형성된 열박리 필름(303)을 나타낸 측단면도이다.
한편, 상기 실시예에서는 캐리어 필름으로 열박리 필름(303)이 상용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그패핀(302)을 전사 대상 필름에 이송하기 위하여 사용되는 것이라면 열박리 필름 이외에도 다양한 캐리어 필름이 사용될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 촉매금속 필름(301)을 건식 에칭하는 공정(S130)을 진행한다. 도 2를 참조하면, 열박리 필름(303)에 부착된 그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 이송용 롤러(미도시)에 이송되어 건식 에칭 공간(230)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다. 예컨대, 건식 에칭 공정(S130)은 그래핀(302)이 형성되지 않은 촉매금속 필름(301)의 일면을 후술할 습식 에칭 전에 플라즈마(plasma) 에칭하거나 폴리싱(polishing) 함으로써, 전체 에칭 공정 시간을 단축할 수 있다. 물론 상기 촉매금속 필름(301)의 건식 에칭 공정(S130)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
다음으로, 촉매금속 필름(301)을 습식 에칭하는 공정(S140)을 진행한다. 도 2를 참조하면, 건식 에칭된 촉매금속 필름(301)을 포함하는 그래핀 구조체는 이송용 롤러(13)를 통해 습식 에칭 공간(240)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다. 에칭액으로는 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl3) 용액 및 질산제2철(Fe(No3)3) 용액 등이 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 전술한 건식 에칭 공정(S130) 및 습식 에칭 공정(S140)으로 촉매금속 필름(301)이 그래핀(302)으로부터 제거된다. 상기 도면에는 습식 에칭 공간(240)을 침수조(241)에 에칭액(242)이 저장된 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 습식 에칭 공간(240)은 에칭액을 분사하는 분사기가 구비되는 등 다양한 장치로 구성될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 세정 및 건조 공정(S150)을 진행한다. 도 2를 참조하면, 습식 에칭이 완료된 그래핀(302)이 형성된 열박리 필름(303)은 이송용 롤러(14)로 세정 및 건조 공간(250)으로 이송된다. 세정 및 건조 공간(250)에서는 그래핀(302)이 형성된 열박리 필름(303)에 잔류하는 에칭액이 제거된다.
다음으로, 열박리 필름(303) 분리 및 PET 필름(304) 형성 공정(S160)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 제3권출롤(30)에 권취되어 있던 PET 필름(304)이 풀리면서 제3부착용 롤러(15)로 이송되고, 세정 및 건조 공간(250)에서 반출된 그래핀(302)이 형성된 열박리 필름(303)은 제4부착용 롤러(16)로 이송된다. 대향 배치된 제3부착용 롤러(15) 및 제4부착용 롤러(16) 열박리 필름(303)이 형성되지 않는 그래핀(302)은 PET 필름(304)에 전사되고, 열박리 필름(303)은 그래핀(302)으로부터 분리되어 제4권출롤(40)에 회수된다.
도 7은 열박리 필름(303)이 분리되고, 그래핀(302)이 코팅된 PET 필름(304)을 나타낸 측단면도이다. 그래핀(302)이 코팅된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트: polyethylene terephthalate) 필름(304)은 플렉시블 디스플레이, 유기발광소자, 태양 전지 등의 투명전극 필름으로 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 그래핀이 전사되는 전사대상 필름으로 PET 필름(304)이 사용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그래핀이 전사될 수 있는 전사대상 필름으로는 PET 필름(304) 외에도 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 그래핀 도핑 공정(S170)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 그래핀(302)이 형성된 PET 필름(304)은 이송용 롤러(미도시)에 이송되어 도핑 공간(270)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다. 예컨대, 도핑 공정(S170)은 PET 필름에 형성된 그래핀(302)을 산을 이용한 습식 도핑 또는 건식 도핑으로 진행될 수 있다.
다음으로, 건조 공정(S180)이 진행된다. 도 2를 참조하면, 도핑 공정(S170)이 완료된 그래핀(302)이 형성된 PET 필름(304)은 이송용 롤러(17)에 이송되어 건조 공간(280)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다. 예컨대, 건조 공정은 에어 블로잉(air blowing)으로 진행될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 건조 공정은 경우에 따라 에어 블로잉 공정 대신 자연 건조 방식이 사용될 수 있으며, 또는 50℃ 내외의 열로 도핑공정이 완료된 그래핀(302)이 형성된 PET 필름(304)을 건조할 수 도 있다.
한편, 건조 공정(S180)이 완료된 그래핀이 형성된 PET 필름을 이송용 롤러(18)로 롤-투-롤 방식으로 이송되어 분석 공정(미도시)을 더 진행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 그래핀 필름 제조 방법에 따르면, 전체 공정을 롤-투-롤 공정으로 진행함으로써, 그래핀 필름을 대량 생산할 수 있다. 또한, 촉매금속 필름의 습식 에칭 전에 건식 에칭을 실시함으로써 전체 에칭 공정 시간을 단축시길 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 설명한다. 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내며, 전술한 실시예와의 차이점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 10 내지 도 13은 도 9의 각 단계에서 형성된 그래핀 필름의 개략적인 측단면도이다.
먼저 전술한 실시예와 마찬가지로, 촉매금속 필름 전처리 공정(S400)이 진행된다. 도 9를 참조하면, 제1권출롤(10)에 권취되어 있던 촉매금속 필름(301)이 풀리면서 그래핀 형성 공간(210)으로 이송된다.
촉매금속 필름(301)이 그래핀 형성 공간(210)으로 이송되는 과정에서 촉매금속 필름의 표면을 세정하는 전처리 과정을 진행한다(S100). 촉매금속 필름(301)의 표면을 세정하는 본 단계(S100)는 필요에 따라 생략될 수 있으며, 제1권출롤(10)에 촉매금속 필름(301)이 권취되기 전에 이루어질 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 전술한 실시예와 마찬가지로 그래핀 형성 공정(S410)이 진행된다. 도 9를 참조하면, 촉매금속 필름(301)이 그래핀 형성 공간(210)으로 이송되면, 그래핀 형성 공간(210)에 기상의 탄소공급원을 투입하고 열처리한다. 열처리는 가열 및 냉각으로 이루어진다. 분리된 탄소 원자는 가열된 촉매금속 필름(301)에 증착되고, 촉매금속 필름(301)이 냉각되면서 그래핀(302)으로 형성된다.
그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 이송용 롤러(미도시)를 통해 그래핀 형성 공간(210) 외부로 반출된다. 도 11은 촉매금속 필름(301)에 형성된 그래핀(302)을 나타낸 측단면도이다.
다음으로, 전술한 실시예와 달리 그래핀에 직접 PET 필름 형성된다(S420). 도 9를 참조하면, 제2권출롤(20)에 권취되어 있던 PET(304)이 풀리면서 제1부착용 롤러(11) 쪽으로 이송되고, 그래핀 형성 공간(210)으로부터 이송된 그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 제2부착용 롤러(12) 쪽으로 이송되면서, 도 12에 도시된 바와 같이, 촉매금속 필름(301)이 형성되지 않은 그래핀(302)의 일면에 PET 필름(304)이 직접 형성된다.
전술한 실시예에서는 그래핀(302)이 캐리어인 열박리 필름(303)에 먼저 전사된 후, 촉매금속 필름(301)을 그래핀(302)으로부터 제거한 후, 전사대상 필름인 PET 필름(304)에 최종적으로 전사되었으나, 본 실시에에서는 열박리 필름(303) 형성 및 분리의 중간 단계 없이 그래핀(302)에 직접 PET 필름(304)이 형성된다. 따라서, 그래핀 필름의 전체 제조 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
이와 같은 PET 필름(304)은 그래핀(302)에 부착되는 일면이 접착성을 가질 수 있도록 플라즈마 처리되거나 접착성 물질이 도포될 수 있다. 뿐만 아니라, PET 필름(304) 자체가 내재적으로 접착성을 가지는 물질을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 그래핀이 전사되는 전사대상 필름으로 PET 필름(304)이 사용되었으나, 전술한 바와 본 발명은 이에 한정되지 않음은 물론이다.
다음으로, 전술한 실시예와 마찬가지로 촉매금속 필름(301)을 건식 에칭하는 공정(S430), 습식 에칭하는 공정(S440), 및 세정 건조 공정(S450)을 진행한다.
도 9를 참조하면, PET 필름(304) 및 그래핀(302)이 형성된 촉매금속 필름(301)은 이송용 롤러(미도시)에 이송되어 건식 에칭 공간(230), 습식 에칭 공간(240) 및 세정 건조 공간(250)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다.
예컨대, 건식 에칭 공정(S430)은 그래핀(302)이 형성되지 않은 촉매금속 필름(301)의 일면을 후술할 습식 에칭 전에 플라즈마(plasma) 에칭하거나 폴리싱(polishing) 함으로써, 전체 에칭 공정 시간을 단축할 수 있다. 세정 및 건조 공간(250)에서는 그래핀(302)이 형성된 열박리 필름(303)에 잔류하는 에칭액이 제거된다.
도 13을 참조하면, 전술한 건식 에칭 공정(S430) 및 습식 에칭 공정(S440)으로 촉매금속 필름(301)이 그래핀(302)으로부터 제거된다.
한편, 본 실시예에서는 그래핀이 전사되는 전사대상 필름으로 PET 필름(304)이 사용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그래핀이 전사될 수 있는 전사대상 필름으로는 PET 필름(304) 외에도 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 실시예와 마찬가지로 그래핀 도핑 공정(S460) 및 건조 공정(S470)이 진행된다. 도 9를 참조하면, 그래핀(302)이 형성된 PET 필름(304)은 이송용 롤러(미도시)에 이송되어 도핑 공간(270) 및 건조 공간(280)으로 롤-투-롤 방식으로 이송된다. 여기서 건조 공정(S470)은 에어 블로잉, 자연 건조 방식 또는 50℃ 내외의 열로 건조하는 공정 등이 적용될 수 있다.
한편, 건조 공정(S470)이 완료된 그래핀이 형성된 PET 필름을 이송용 롤러(18)로 롤-투-롤 방식으로 이송되어 분석 공정(미도시)을 더 진행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 그래핀 필름 제조 방법에 따르면, 전체 공정을 롤-투-롤 공정으로 진행함으로써, 그래핀 필름을 대량 생산할 수 있다. 또한, 열박리 필름으로 그래핀을 전사하는 공정을 생략할 수 있기 때문에 전체 제조 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 그래핀에 열박리 필름을 부착 및 분리하는 과정에서 발생할 수 있는 그래핀의 손상을 방지할 수 있다. 또한. 촉매금속 필름의 습식 에칭 전에 건식 에칭을 실시함으로써 전체 에칭 공정 시간을 단축시길 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제1권출롤 20: 제2권출롤
30: 제3권출롤 40: 제4권출롤
210: 그래핀 형성 공간 230: 건식 에칭 공간
240: 습식 에칭 공간 250: 세정 및 건조 공간
270: 도핑 공간 280: 건조 공간
301: 촉매금속 필름 302: 그래핀
303: 열박리 필름 304: PET 필름
11,12,15,16: 부착용 롤러 13,14,17,18: 이송용 롤러

Claims (14)

  1. (a) 촉매금속필름의 일면에 그래핀을 형성하는 단계;
    (b) 상기 그래핀의 상기 촉매금속필름이 형성되지 않은 면에 제1 필름을 형성하는 단계; 및
    (c)상기 촉매금속필름을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 각 단계는 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 일방향으로 이송되면서 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계 전에 상기 촉매금속필름을 전처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 전처리된 촉매금속필름은 롤-투-롤 방식으로 상기 그래핀 형성단계로 이송되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매금속필름은, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 로지움(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 필름과 상기 그래핀 사이에 접착면을 더 형성되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계 후, 상기 제1 필름을 제거하고, 상기 그래핀의 제1 필름이 형성되지 않은 면에 제2 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 필름은 열박리 필름이고,
    상기 제2 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 합성 고무, 및 천연 고무 중 적어도 하나를 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 필름의 제거 및 상기 제2 필름의 형성은 롤-투-롤 방식으로 일 방향으로 이송되면서 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 에칭 공정에 의해 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에칭 공정은 산, 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화제2철(FeCl3) 용액 및 질산제2철(Fe(No3)3) 용액 중 적어도 어느 하나를 이용한 습식 에칭인 그래핀 필름의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 습식 에칭 전에 상기 촉매금속 필름을 건식 에칭하는 단계를 더 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계 후에, 상기 그래핀이 형성된 제1 필름을 도핑하는 단계를 더 포함하고, 상기 도핑하는 단계는 롤-투-롤 방식으로 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c)단계와 상기 도핑하는 단계 사이에, 상기 제1 필름이 형성된 그패핀을 세정 및 건조하는 단계를 더 포함하고, 상기 세정 및 건조단계는 롤-투-롤 방식으로 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 도핑하는 단계 후, 도핑공정이 완료된 그래핀이 형성된 제1 필름을 에어 블로잉(air blowing), 자연 건조 및 50℃ 내외의 열을 가열하여 건조하는 단계 중에서 선택된 건조 단계를 더 포함하고, 상기 선택된 건조 단계는 롤-투-롤 방식으로 진행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
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