KR20130012642A - Graphene composition, graphene source and method for manufacturing the same, method for manufacturing graphene thin film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일실시예는 그래핀 조성물, 그래핀 소스 제조방법, 이 방법으로 제조된 그래핀 소스, 그래핀 박막 제조방법에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to a graphene composition, a graphene source manufacturing method, a graphene source prepared by this method, a graphene thin film manufacturing method.
그래핀은 흑연의 표면층을 한겹만 떼어낸 탄소나노물질이다. 흑연은 탄소를 6각형의 벌집모양으로 층층이 쌓아 올린 구조인데 이것에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것이 그래핀이다. 그래핀은 2차원 평면형태를 가지고 두께가 0.35㎚에 불과하다. 또한 그래핀은 전기전도도가 구리보다 100배 좋고 투명하다. 이러한 그래핀은 지금까지 터치스크린 장치 등 전자소자에서 사용되어 오고 있는 ITO(인듐-주석산화물)을 대체할 수 있는 물질로 관심이 집중되고 있다.Graphene is a carbon nanomaterial with only one layer of graphite surface removed. Graphite is a structure in which carbon is stacked in layers of hexagonal honeycomb, and the thinnest layer is graphene. Graphene has a two-dimensional planar shape and is only 0.35 nm thick. In addition, graphene is 100 times better than copper and transparent. Such graphene is attracting attention as a material that can replace ITO (indium tin oxide), which has been used in electronic devices such as touch screen devices.
그래핀은 전기전도도가 좋을 뿐만 아니라 휘어지거나 늘어나기도 하여 접거나 휘어지는 플렉서블 기판(FPCB 등)에 필수적으로 사용되는 물질이다.Graphene is a material used for flexible substrates (FPCB, etc.) that are not only good in electrical conductivity but also bent or stretched to be folded or bent.
그래핀 박막을 형성하기 위해서 기판상에 그래핀 용액을 투하하여 건조시킨다. 그러나 그래핀 용액의 건조과정에서 문제가 발생한다. In order to form a graphene thin film, a graphene solution is dropped onto a substrate and dried. However, problems arise during the drying of the graphene solution.
도1과 도2는 그래핀 용액의 액적 건조과정을 나타낸 도면이다.1 and 2 is a view showing a droplet drying process of the graphene solution.
도1은 기판의 상부에 투하된 그래핀 용액의 액적이 소위 핀드모드로 건조되는 과정을 도시한다. 그래핀을 포함하고 있는 용액이 건조되면서 바깥쪽 방향으로 그래핀 용액을 이동시켜 반지모양의 커피링스트레인(coffee ring strain)을 형성한다. 도2는 기판의 상부에 투하된 그래핀 용액의 액적이 디핀드모드로 건조되는 과정을 도시한다. 액적의 바깥쪽부터 건조되면서 안쪽으로 그래핀 용액이 점점 몰려들어와 중심에 그래핀성분이 몰리게 된다. 디핀드모드에 의해서 볼류메티릭 쉬링키지(volumetric shrinkage)를 형성한다.1 shows a process in which droplets of graphene solution dropped on top of a substrate are dried in a so-called pinned mode. As the solution containing graphene is dried, the graphene solution is moved outward to form a coffee ring strain. FIG. 2 illustrates a process in which droplets of the graphene solution dropped on top of the substrate are dried in a definite mode. Drying from the outside of the droplets causes the graphene solution to gradually flow inward, causing the graphene to concentrate in the center. Defined mode forms a volumetric shrinkage.
이러한 건조과정에서의 문제는 그래핀 박막의 평활도에 문제를 일으키게 된다. This drying problem causes a problem in the smoothness of the graphene thin film.
도3은 그래핀 용액의 그래핀이 뭉치는 현상을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a phenomenon in which graphene is aggregated in the graphene solution.
도3에 도시된 바와 같이 그래핀 용액을 이용하여 그래핀 박막을 제조하기 과정에서 발생하는 또 다른 문제는 잉크젯 프린팅방식을 이용할 경우 챔버 내에 그래핀 용액을 짧지 않은 시간동안 보관해야 하고 이 과정에서 수용액 내에서 이들이 뭉치는 현상이 발생한다. 수용액 내부에 포함된 그래핀 시트가 뭉치게 되면 이를 원상회복할 수 있는 방법이 없어 그래핀 박막을 제조할 수 없다.
As shown in FIG. 3, another problem arising in the process of manufacturing a graphene thin film using a graphene solution is to store the graphene solution in the chamber for a short time when using the inkjet printing method, and in this process The clustering of these things occurs within. When the graphene sheets contained in the aqueous solution are agglomerated, there is no way to recover the original graphene thin film.
본 발명의 일실시예에 의하면 그래핀의 뭉치는 현상을 방지하고, 기판에서 건조되는 과정에서 우수한 평활도를 갖도록 하는 그래핀 소스의 제조방법이 제공된다. According to one embodiment of the present invention there is provided a method for producing a graphene source to prevent agglomeration of graphene and to have excellent smoothness in the process of drying on a substrate.
본 발명의 일실시예인 그래핀 조성물은 고분자물질, 제1용매, 상기 제1용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 제2용매를 포함한다. The graphene composition of one embodiment of the present invention includes a polymer material, a first solvent, and a second solvent having a lower surface tension and a higher breaking point than the first solvent.
실시예로서, 상기 고분자물질은 전도성 고분자물질일 수 있으며, 상기 제1용매는 DI water(deionized water), 메탄올(CH3OH), 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, EG),아세톤(CH3COCH3) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. For example, the polymer material may be a conductive polymer material, and the first solvent may be DI water (deionized water), methanol (CH 3 OH), dimethylformamide (DMF), ethylene glycol (Ethylene Glycol, EG), acetone (CH 3 COCH 3 ) may be at least one.
본 발명의 실시예인 그래핀 소스 제조방법은 그래핀 시트가 분산된 용액에 고분자물질을 투입하는 단계 그리고 상기 용액에 포함된 주용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 부용매를 투입하는 단계를 포함한다. The graphene source manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes the step of injecting a polymer material into a solution in which the graphene sheet is dispersed, and a step of introducing a subsolvent having a lower surface tension and a higher breaking point than the main solvent included in the solution. .
실시예로서, 상기 고분자 물질은 전도성 고분자 물질인 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)) 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 상기 주용매는 DI water(deionized water), 메탄올(CH3OH), 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, EG),아세톤(CH3COCH3) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. In some embodiments, the polymer material may be at least one of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)), and the main solvent is DI. At least one of water (deionized water), methanol (CH 3 OH), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), ethylene glycol (Ethylene Glycol, EG), acetone (CH 3 COCH 3 ).
실시예로서, 상기 주용매는 DI water이고, 부용매는 아세트산(acetic acid)일 수 있다. For example, the main solvent may be DI water, and the sub solvent may be acetic acid.
실시예로서, 상기 부용매는 상기 주용매 대비 20% ~ 50%의 부피비를 갖도록 투입될 수 있다. In an embodiment, the subsolvent may be added to have a volume ratio of 20% to 50% of the main solvent.
실시예로서, 상기 부용매를 투입하는 단계는 상온에서 주용매에 부용매를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. As an embodiment, the step of injecting the subsolvent may include the step of injecting the subsolvent to the main solvent at room temperature.
실시예로서, 상기 고분자 물질이 포함된 상기 용액을 여과지에 걸러내는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the method may include filtering the solution containing the polymer material onto a filter paper.
본 발명의 실시예인 그래핀 소스는 그래핀 시트가 분산된 용액에 고분자물질을 투입하는 단계 그리고 상기 용액에 포함된 주용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 부용매를 투입하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.The graphene source according to an embodiment of the present invention is a method comprising the step of injecting a polymer material into a solution in which the graphene sheet is dispersed and a subsolvent having a lower surface tension and a higher break point than the main solvent included in the solution. Can be prepared.
본 발명의 실시예인 그래핀 박막 제조방법은 그래핀 소스를 준비하는 단계; 그리고 상기 그래핀 소스를 사용하여 잉크젯 프린팅 방식으로 박막을 증착시키는 단계를 포함한다. Graphene thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a graphene source; And depositing a thin film by inkjet printing using the graphene source.
실시예로서, 상기 그래핀 소스를 준비하는 단계는 그래핀 시트가 분산된 용액에 고분자물질을 투입하는 단계, 상기 용액에 포함된 주용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 부용매를 투입하여 그래핀 소스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the preparing of the graphene source may include adding a polymer material to a solution in which the graphene sheet is dispersed, and adding a subsolvent having a lower surface tension and a higher breaking point than the main solvent included in the solution. Generating a source.
실시예로서, 상기 고분자물질을 여과지를 걸러내는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the polymer material may include filtering the filter paper.
실시예로서, 상기 박막을 증착시키는 단계는 상기 그래핀 소스를 잉크젯 프린터에 유입시키는 단계, 기판에 그래핀 소스를 묘화된 배선패턴에 따라 투하하는 단계 그리고 투하된 상기 그래핀 소스를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
In an embodiment, the depositing of the thin film may include introducing the graphene source into an inkjet printer, dropping the graphene source on a substrate according to a wiring pattern drawn, and drying the dropped graphene source. It may include.
본 발명의 실시예들은 다음에 열거된 효과들 중 적어도 하나 이상을 나타낸다.Embodiments of the present invention exhibit at least one or more of the effects listed below.
첫째, 그래핀 용액내에서 그래핀이 뭉치는 현상이 발생하지 않는다.First, graphene aggregates in the graphene solution does not occur.
둘째, 평활도가 높은 그래핀 박막을 제조할 수 있다.Second, it is possible to manufacture a graphene thin film with high smoothness.
셋째, 간단한 공정을 통해서 그래핀 박막을 제조할 수 있다.
Third, the graphene thin film can be manufactured through a simple process.
도1은 기판의 상부에 투하된 그래핀 용액의 액적이 소위 핀드모드로 건조되는 과정을 도시한다.
도2는 기판의 상부에 투하된 그래핀 용액의 액적이 디핀드모드로 건조되는 과정을 도시한다.
도3은 그래핀 용액의 그래핀이 뭉치는 현상을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 제조하는 순서도이다.
도5는 본 발명의 일실시예인 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))과 그래핀의 혼합구조의 개념도이다.
도6은 마랑고니 흐름의 묘사도이다.
도7은 본 발명의 일실시예인 그래핀 박막의 두께에 관한 도면이다.
도8은 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 이용하여 잉크젯 프린팅 방법으로 박막을 제조하는 개략도이다.
도9는 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 이용하여 그래핀 박막전극을 제조하는 흐름도이다.
도10은 본 발명의 일실시예인 그래핀 박막의 형성 순서도이다.1 shows a process in which droplets of graphene solution dropped on top of a substrate are dried in a so-called pinned mode.
FIG. 2 illustrates a process in which droplets of the graphene solution dropped on top of the substrate are dried in a definite mode.
3 is a view illustrating a phenomenon in which graphene is aggregated in the graphene solution.
Figure 4 is a flow chart for producing a graphene source of an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram of a mixed structure of PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)) and graphene according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic representation of the Marangoni flow.
7 is a view of the thickness of the graphene thin film which is an embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram of manufacturing a thin film by an inkjet printing method using a graphene source of an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart of manufacturing a graphene thin film electrode using a graphene source according to an embodiment of the present invention.
10 is a flow chart of forming a graphene thin film which is an embodiment of the present invention.
실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화되어질 수 있고, 여기에서 설명되는 양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양태들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다. 비록 제1, 제2 .. 등의 용어들이 여러 구성 요소들을 기술하기 위하여 여기에서 사용되어 질 수 있다면, 상기 구성 요소들은 이러한 용어들로 한정되지 않는 것으로 이해되어 질 것이다. 단지 이러한 용어들은 어떤 구성 요소로부터 다른 구성 요소를 구별하기 위해서 사용되어질 뿐이다.The embodiments may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the aspects set forth herein. Rather, the above aspects make the embodiments more thorough and complete, and fully convey the scope of the embodiments to those skilled in the art. Although the terms first, second, etc. can be used herein to describe various components, it will be understood that the components are not limited to these terms. These terms are only used to distinguish one component from another.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless otherwise stated. In this specification, the singular forms also include the plural unless specifically stated otherwise in the phrases.
본 발명의 일실시예는 그래핀 용액내에서 그래핀의 뭉치는 현상을 방지하기 위해서 전도성 고분자물질을 투입하고, 그래핀 박막의 평활도를 향상시키기 위한 마랑고니 흐름을 유도하기 위해서 부용매를 투입하여 평활도가 우수하고 그래핀의 뭉침현상이 일어나지 않는 그래핀 소스 제조방법에 관한 것이다. In one embodiment of the present invention, a conductive polymer material is added to prevent agglomeration of graphene in a graphene solution, and a subsolvent is added to induce a marangoni flow to improve the smoothness of the graphene thin film. It relates to a graphene source manufacturing method excellent in smoothness and does not occur graphene aggregation.
이 방법으로 제조된 그래핀 소스는 그래핀 박막을 제조하기 위해서 사용된다. The graphene source prepared in this way is used to produce graphene thin films.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도4는 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 제조하는 순서도이다.Figure 4 is a flow chart for producing a graphene source of an embodiment of the present invention.
도4에 도시된 바와 같이 그래핀 소스를 제조하는 방법은 그래핀 용액에 전도성 고분자 물질을 투입하는 단계(S100), 전도성 고분자 물질을 걸러내는 단계(S200), 부용매를 투입하는 단계(S300)을 포함한다. As shown in FIG. 4, the method for preparing a graphene source includes the steps of adding a conductive polymer material to the graphene solution (S100), filtering the conductive polymer material (S200), and adding a subsolvent (S300). It includes.
먼저 그래핀 용액에 전도성 고분자 물질을 투입하는 단계(S100)는 그래핀 용액내에 있는 그래핀 시트들의 뭉침현상(aggregation)을 방지한다. 그래핀 용액내부에서 대류현상이 발생하고 그래핀 사이의 결합이 쉽고 빠르게 일어난다. 그래핀 시트의 뭉침현상은 발생하게 되면 회복할 수 없어 뭉침자체를 방지하는 방법이 필요하다. 이러한 방법으로 본 발명의 일실시예에서는 그래핀 용액에 전도성 고분자 물질을 투입한다. 전도성 고분자 물질의 투입으로 인해 그래핀 시트들 사이에 척력을 인가하여 뭉치는 현상을 방지한다. First, the step (S100) of injecting the conductive polymer material into the graphene solution prevents aggregation of the graphene sheets in the graphene solution. Convection occurs in the graphene solution, and the bonding between graphenes occurs quickly and easily. The aggregation phenomenon of the graphene sheet cannot be recovered when it occurs, and a method of preventing the aggregation itself is needed. In this manner, in one embodiment of the present invention, a conductive polymer material is added to the graphene solution. Due to the introduction of the conductive polymer material, a repulsive force is applied between the graphene sheets to prevent agglomeration.
이 때 사용되는 전도성 고분자 물질은 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))일 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 특히 본 발명의 일실시예에서 사용되는 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))는 그래핀 용액에 투입되어 혼합구조를 생성한다. The conductive polymeric material used at this time may be polypyrrole, polyaniline, polythiophene, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)). However, the present invention is not limited thereto. In particular, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)) used in one embodiment of the present invention is added to the graphene solution to generate a mixed structure.
도5는 본 발명의 일실시예인 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))과 그래핀의 혼합구조의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a mixed structure of PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)) and graphene according to an embodiment of the present invention.
도5에 도시된 혼합구조가 형성되면서 음성전하를 띄고 있는 PSS들이 서로 반발해 분산도가 높아지고, 안정성이 높은 수용액이 제조된다. RGO는 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)이다. As the mixed structure shown in FIG. 5 is formed, PSSs having negative charges repel each other, resulting in a high dispersion, and an aqueous solution having high stability is produced. RGO is reduced graphene oxide.
앞서 언급한 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜과 같은 전도성 고분자 물질 또한 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))과 같은 원리로 혼합구조를 형성하고 척력을 인가하여 그래핀이 결합되는 것을 막는다.Conductive polymer materials such as polypyrrole, polyaniline and polythiophene mentioned above also form a mixed structure on the same principle as PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)) and apply graphene by applying repulsive force. Prevent it from becoming
그래핀 용액에 전도성 고분자 물질을 투입하여 혼합구조를 형성하고 남는 전도성 고분자 물질이 존재하게 된다. 혼합구조를 형성하지 않고 남는 전도성 고분자 물질은 분자량이 커서 향후 박막을 형성하는데 있어 헤드를 통해서 용액을 투하하는 과정과 건조과정에서 문제가 발생할 수 있어 결합되지 않고 남은 전도성 고분자 물질은 별도의 여과지를 통해서 걸러내는 단계를 거치게 된다(S200). The conductive polymer material is added to the graphene solution to form a mixed structure, and the remaining conductive polymer material is present. The conductive polymer material remaining without forming a mixed structure has a high molecular weight, which may cause a problem in the process of dropping the solution through the head and drying process in the future to form a thin film. The filtering step is passed (S200).
결합되지 않고 남은 전도성 고분자 물질을 걸러낸 후에 그래핀 용액에 포함된 주용매에 부용매를 투입한다(S300). 부용매를 투입하는 이유는 그래핀 박막 형성시에 액적의 마랑고니 흐름을 유도하여 박막의 평활도를 향상시키기 위함이다.After filtering out the remaining conductive polymer material that is not bound, a subsolvent is added to the main solvent included in the graphene solution (S300). The reason for adding the sub-solvent is to induce the marangoni flow of the droplets during the formation of the graphene thin film to improve the smoothness of the thin film.
본 발명의 일실시예에서 사용되는 주용매는 DI water(deionized water), 메탄올(CH3OH), 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, EG), 아세톤(CH3COCH3) 중 선택된 어느 하나 일 수 있다. 부용매는 주용매로 사용된 용매보다 표면장력이 낮고 끊는 점이 높은 용매이면 가능하다. 표1은 주용매, 부용매로 사용되는 주요 용매재료의 끊는점과 표면장력에 관한 표이다. 본 발명의 주용매, 부용매 재료는 반드시 이에 국한되지 않는다. The main solvent used in the embodiment of the present invention is DI water (deionized water), methanol (CH 3 OH), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), ethylene glycol (Ethylene Glycol, EG), acetone (CH 3 COCH 3 ) may be any one selected. The subsolvent may be a solvent having a lower surface tension and a higher breaking point than the solvent used as the main solvent. Table 1 shows the break points and surface tensions of the main solvent materials used as the main solvent and subsolvent. The main solvent and subsolvent material of the present invention are not necessarily limited thereto.
주용매로서 DI water를 사용하게 되면 부용매로 끊는점이 높고 표면장력이 낮은 DMF 또는 EG를 부용매로 사용할 수 있다. 만약 주용매로 아세톤을 사용하는 경우 부용매로 메탄올을 사용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 주용매로 DI water를 사용하였으며, 부용매로 아세트산을 사용하였다. If DI water is used as the main solvent, DMF or EG with high break point and low surface tension can be used as the subsolvent. If acetone is used as the main solvent, methanol can be used as the subsolvent. In one embodiment of the present invention, DI water was used as the main solvent, and acetic acid was used as the subsolvent.
부용매는 주용매 대비 20% ~ 50%의 부피비를 갖는다. 또한 부용매를 상온에서 투입한다. The subsolvent has a volume ratio of 20% to 50% of the main solvent. In addition, the solvent is added at room temperature.
이처럼 부용매를 주용매에 투입하면 마랑고니 흐름이 유도된다.In this way, when the subsolvent is added to the main solvent, the marangoni flow is induced.
도6은 마랑고니 흐름의 묘사도이다.6 is a schematic representation of the Marangoni flow.
도6에 도시된 바와 같이 기판에 투하된 용액의 액적은 핀드모드 또는 디핀드 모드로 건조되지 않도록 마랑고니 흐름이 유도된다.As shown in Fig. 6, the droplets of the solution dropped on the substrate are induced to flow the marangoni so that the droplets do not dry in the pinned mode or the definite mode.
액적의 내부에서 액적의 바깥쪽에 있는 용액은 중심으로 이동하고 중심에 있는 용액은 바깥방향으로 이동하면서 계속 순환을 한다. 서서히 용매가 건조되면서 마랑고니 흐름은 줄어들게 된다. 건조과정에서 평활도가 향상된 박막이 형성된다.Inside the droplet, the solution on the outside of the droplet moves to the center and the solution at the center moves outward and continues to circulate. As the solvent dries slowly, the Marangoni flow decreases. During the drying process, a thin film with improved smoothness is formed.
도7은 본 발명의 일실시예인 그래핀 박막의 두께에 관한 도면이다.7 is a view of the thickness of the graphene thin film which is an embodiment of the present invention.
실선부분은 마랑고니 흐름이 유도된 그래핀 박막의 두께 그래프이며, 점선은 마랑고니 흐름없이 건조된 그래핀 박막의 두께 그래프이다. 점선은 위, 아래로 요동치면서 평활도가 많이 떨어짐을 확인할 수 있으며, 실선은 거의 일정한 두께로 형성됨을 확인할 수 있다. The solid line is a graph of the thickness of the graphene thin film induced with marangoni flow, and the dotted line is a graph of the thickness of the graphene thin film dried without marangoni flow. It can be seen that the dashed line swings up and down while the smoothness drops a lot, and the solid line is formed to have a substantially constant thickness.
이하 앞서와 설명한 그래핀 소스를 이용하여 그래핀 박막을 제조하는 방법에 대해서 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing a graphene thin film using the graphene source described above will be described.
도8은 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 이용하여 잉크젯 프린팅 방법으로 박막을 제조하는 개략도이다.8 is a schematic diagram of manufacturing a thin film by an inkjet printing method using a graphene source of an embodiment of the present invention.
도8에 도시된 바와 같이 본 발명의 방법에 의해서 제조된 그래핀 소스를 잉크젯 프린팅의 챔버에 넣고 헤드를 통해서 액적이 기판에 투하되도록 한다. 토출구를 통해서 투하된 액적은 기판에 잉크패턴을 형성하고 잉크패턴 내부에서 마랑고니 흐름이 일어나면서 평활도를 향상시키게 된다. 잉크젯 프린팅에 의한 박막형성 뿐만 아니라 스핀코팅, 포토마스크를 이용한 노광공정 등을 이용하여 그래핀 박막을 형성하는데도 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 이용한다.As shown in Fig. 8, the graphene source prepared by the method of the present invention is placed in a chamber of inkjet printing so that droplets are dropped onto the substrate through the head. The droplets dropped through the discharge port form an ink pattern on the substrate and improve the smoothness as the marangoni flow occurs inside the ink pattern. In addition to forming a thin film by inkjet printing, a graphene source, which is an embodiment of the present invention, is used to form a thin graphene film using spin coating, an exposure process using a photomask, or the like.
도9는 본 발명의 일실시예인 그래핀 소스를 이용하여 그래핀 박막전극을 제조하는 흐름도이다. 9 is a flowchart of manufacturing a graphene thin film electrode using a graphene source according to an embodiment of the present invention.
도9에 도시된 바와 같이 잉크젯 프린팅 기법에 의하면 기판에 증착할 그래핀 박막전극에 대한 설계가 완료되고 배선을 묘화한다. 기판상에 있는 잉크젯 프린터의 헤드가 움직이면서 설계된 대로 그래핀 박막전극을 그린다. 수용액 상태의 그래핀 용액은 상온에서 건조과정을 거치게 되고 건조가 진행되는 동안 마랑고니 흐름을 통해 골고루 기판 위에 분포되어 증착이 되기 때문에 균일한 대면적의 단일겹, 혹은 여러겹의 그래핀 박막을 얻을 수 있다. According to the inkjet printing technique as shown in FIG. 9, the design of the graphene thin film electrode to be deposited on the substrate is completed and the wiring is drawn. The head of the inkjet printer on the substrate moves to draw the graphene thin film electrode as designed. The graphene solution in the aqueous solution is dried at room temperature and is evenly distributed on the substrate through the Marangoni flow during the drying process to obtain a single layer or multiple layers of graphene with a uniform large area. Can be.
도10은 본 발명의 일실시예인 그래핀 박막의 형성 순서도이다.10 is a flow chart of forming a graphene thin film which is an embodiment of the present invention.
도10에 도시된 바와 같이 그래핀 소스를 제조하기 위해서 그래핀 용액에 전도성 고분자 물질을 투입한다(S1000). 전도성 고분자 물질 중에서 그래핀과 결합하지 않은 고분자 물질을 제거하기 위해서 여과지로 걸러낸다(S2000). 그래핀 용액에 포함된 주용매보다 끊는점이 높고, 표면장력이 낮은 부용매를 투입하되(S3000) 주용매의 부피대비 20 ~ 50%의 부용매를 투입한다. 이렇게 제조된 그래핀 소스를 잉크젯 프린터에 유입시키고(S4000), 잉크젯 프린터의 헤드가 움직이면서 묘화된 배선패턴에 따라 그래핀 소스를 투하한다(S5000). 기판에 투하된 그래핀 소스를 건조시켜(S6000) 그래핀 박막을 형성한다. 다만 그래핀 소스는 상온에서 건조될 수 있다. As shown in FIG. 10, a conductive polymer material is added to the graphene solution to prepare a graphene source (S1000). In order to remove the polymer material that is not bonded to the graphene from the conductive polymer material is filtered through a filter paper (S2000). The break point is higher than the main solvent contained in the graphene solution, and the sub-solvent having a low surface tension is added (S3000). The sub-solvent is added to 20-50% of the volume of the main solvent. The graphene source thus prepared is introduced into the inkjet printer (S4000), and the graphene source is dropped according to the drawn wiring pattern while the head of the inkjet printer moves (S5000). The graphene source dropped on the substrate is dried (S6000) to form a graphene thin film. However, the graphene sauce may be dried at room temperature.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.
Claims (15)
제1용매;
상기 제1용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 제2용매를 포함하는 그래핀 조성물.
Polymer material;
First solvent;
A graphene composition comprising a second solvent having a lower surface tension and a higher breaking point than the first solvent.
상기 고분자물질은 전도성 고분자물질인 것을 특징으로 하는 그래핀 조성물.
The method of claim 1,
The polymer material is a graphene composition, characterized in that the conductive polymer material.
상기 제1용매는 DI water(deionized water), 메탄올(CH3OH), 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, EG),아세톤(CH3COCH3) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 조성물.
The method of claim 1,
The first solvent is at least one of DI water (deionized water), methanol (CH 3 OH), dimethylformamide (DMF), ethylene glycol (Ethylene Glycol, EG), acetone (CH 3 COCH 3 ) Graphene composition, characterized in that.
상기 용액에 포함된 주용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 부용매를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
Injecting a polymer material into the solution in which the graphene sheet is dispersed; And
Graphene source manufacturing method comprising the step of introducing a lower surface tension than the main solvent contained in the solution and a high break point.
상기 고분자 물질은 전도성 고분자 물질인 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
5. The method of claim 4,
The polymer material is a method for producing a graphene source, characterized in that at least any one of a conductive polymer material polypyrrole, polyaniline, polythiophene, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
상기 주용매는 DI water(deionized water), 메탄올(CH3OH), 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, EG),아세톤(CH3COCH3) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
5. The method of claim 4,
The main solvent is at least one of DI water (deionized water), methanol (CH 3 OH), dimethylformamide (DMF), ethylene glycol (Ethylene Glycol, EG), acetone (CH 3 COCH 3 ) Graphene sauce manufacturing method characterized in that.
상기 주용매는 DI water이고, 부용매는 아세트산(acetic acid)인 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
The method according to claim 6,
The main solvent is DI water, the sub-solvent is a graphene source manufacturing method characterized in that the acetic acid (acetic acid).
상기 부용매는 상기 주용매 대비 20% ~ 50%의 부피비를 갖도록 투입되는 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
5. The method of claim 4,
The sub-solvent is a graphene source manufacturing method characterized in that the input to have a volume ratio of 20% to 50% of the main solvent.
상기 부용매를 투입하는 단계는 상온에서 주용매에 부용매를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
5. The method of claim 4,
The step of injecting the sub-solvent is a graphene source manufacturing method comprising the step of injecting the sub-solvent in the main solvent at room temperature.
상기 고분자 물질이 포함된 상기 용액을 여과지에 걸러내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 소스 제조방법.
5. The method of claim 4,
Graphene source manufacturing method comprising the step of filtering the solution containing the polymer material on the filter paper.
Graphene source prepared by the method of claim 4.
상기 그래핀 소스를 사용하여 잉크젯 프린팅 방식으로 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 그래핀 박막 제조방법.
Preparing a graphene sauce; And
Graphene thin film manufacturing method comprising the step of depositing a thin film by the inkjet printing method using the graphene source.
상기 그래핀 소스를 준비하는 단계는
그래핀 시트가 분산된 용액에 고분자물질을 투입하는 단계;
상기 용액에 포함된 주용매보다 표면장력이 낮고 끊는점이 높은 부용매를 투입하여 그래핀 소스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 박막 제조방법.
The method of claim 12,
Preparing the graphene sauce
Injecting a polymer material into the solution in which the graphene sheet is dispersed;
Graphene thin film manufacturing method comprising the step of generating a graphene source by inputting a sub-solvent having a lower surface tension and a higher break point than the main solvent contained in the solution.
상기 고분자물질을 여과지를 걸러내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 박막 제조방법.
The method of claim 13,
Graphene thin film manufacturing method comprising the step of filtering the polymer material filter paper.
상기 박막을 증착시키는 단계는
상기 그래핀 소스를 잉크젯 프린터에 유입시키는 단계;
기판에 그래핀 소스를 묘화된 배선패턴에 따라 투하하는 단계;그리고
투하된 상기 그래핀 소스를 건조시키는 단계를 포함하는 그래핀 박막 제조방법.The method of claim 12,
Depositing the thin film is
Introducing the graphene source into an inkjet printer;
Dropping a graphene source onto the substrate according to the drawn wiring pattern; and
Graphene thin film manufacturing method comprising the step of drying the dropped graphene source.
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