KR20130104071A - 그래핀 필름 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, (a) 촉매금속막의 양면에 그래핀막들이 합성된 소재를 준비하는 단계; (b) 상기 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계; (c) 상기 그래핀막들의 표면에 박리 테이프들을 접착하는 단계; (d) 상기 촉매금속막을 제거하여 2개의 부재들로 분리하는 단계; (e) 상기 그래핀막들을 기판들에 전사하는 단계; 및 (f) 상기 박리 테이프들을 제거하여 그래핀 필름들을 완성하는 단계를 포함한다.

Description

그래핀 필름 제조 방법{method for manufacturing graphene film}
본 발명은 고분자 화합물에 관한 것으로서, 특히 그래핀으로 구성된 그래핀 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
과학기술이 발전하면서 나노 기술을 이용한 신소재의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서, 탄소가 포함된 재료들, 예컨대 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 다이아몬드(diamond), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene) 등에 관한 연구가 나노 기술 분야에서 집중적으로 연구되고 있다. 이러한 재료들은 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor), 바이오 센서(biosensor), 나노 복합물(nanocomposite), 양자 소자(quantum device) 등에 이용될 수 있다.
그래핀은 2차원 탄소 동소체로서, 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성을 가진다. 그 중 주목할만한 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이다. 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐르는 것을 의미한다. 현재까지 알려진 그래핀의 전자 이동도는 최대 200,000 cm2/Vs에 달한다. 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum Hall effect)를 보이며, 허공에 매달릴 경우에는 분수양자홀효과(Fractional quantum Hall effect)를 보이기도 한다.
또한, 그래핀은 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 이러한 그래핀의 전기적 특성은 키랄성 및 직경에 따라 금속성 및 반도체성의 전기적 특성이 달라지는 탄소나노튜브(CNT)와 대비된다. CNT의 경우 특정 반도체 성질 및 금속 성질을 이용하기 위하여 해당 CNT를 분리하는 과정을 거쳐야 하는데 이 과정은 어렵다. 또한, 그래핀은 합성 후 정제를 거치는 CNT와 대비하여 경제적 측면에서도 유리하다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다. 그래핀은 ITO 소재 등의 산화물 투명전극 보다 내충격성, 유연성 등이 뛰어나며, 높은 투명도와 높은 전기 전도도를 가지고 있는 특성이 있다.
그래핀 필름의 제조 방법이 국내공개특허(#2011-0079532호)에 개시되어 있다. 상기 공개특허는 롤투롤 공정을 이용한 그래핀 필름 제조 방법을 개시하고 있으며, 이러한 방법에 따라 그래핀 필름을 제조할 경우에 공정 시간이 길어져서 그래핀 필름의 제조 비용이 많이 소요된다.
본 발명은 공정 시간을 단축시킬 수 있는 그래핀 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은,
(a) 촉매금속막의 양면에 그래핀막들이 합성된 소재를 준비하는 단계; (b) 상기 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계; (c) 상기 그래핀막들의 표면에 박리 테이프들을 접착하는 단계; (d) 상기 촉매금속막을 제거하여 2개의 부재들로 분리하는 단계; (e) 상기 그래핀막들을 기판들에 전사하는 단계; 및 (f) 상기 박리 테이프들을 제거하여 그래핀 필름들을 완성하는 단계를 포함하는 그래핀 필름 제조 방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 또한,
(a) 촉매금속막의 일 면에 그래핀막이 합성된 소재를 준비하는 단계; (b) 상기 그래핀막과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계; (c) 상기 그래핀막의 표면에 박리 테이프를 접착하는 단계; (d) 상기 촉매금속막을 제거하는 단계; (e) 상기 그래핀막을 기판 위에 전사하는 단계; 및 (f) 상기 박리 테이프를 제거하여 그래핀 필름을 완성하는 단계를 포함하는 그래핀 필름 제조 방법을 제공한다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 촉매금속막은 구리, 니켈, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다.
과황산염(persulfate), 염화동, 염화철, 과수황산, 과류산소다(sodium persulfate)와 같은 에칭액을 이용하여 상기 촉매금속막과 상기 그래핀막 또는 그래핀막들 사이의 결합력을 약화시킨다.
상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 공정을 진행할 때, 상기 촉매금속막에 직류전류 또는 직류전압을 인가하여 전기화학적 반응을 일으키게 할 수 있다.
또한, 상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 공정을 진행할 때, 상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 촉매금속막에 초음파를 인가할 수 있다.
본 발명의 그래핀 필름 제조 방법에 따르면, 촉매금속막에 그래핀막을 합성한 상태에서 촉매금속막을 그래핀막으로부터 완전히 제거하지 않고 촉매금속막의 표면과 그래핀막의 결합력을 약화시킨 상태에서 공정을 진행한다. 즉, 그래핀막으로부터 촉매금속막을 완전히 에칭하여 제거할 필요가 없어지게 된다.
따라서, 그래핀 필름의 제조 공정과 제조 시간이 매우 짧아지며, 동시에 촉매금속의 재활용을 매우 용이하게 할 수 있다. 또한, 그래핀 필름의 대량생산도 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 제1 내지 제6 단계들(111∼161)을 포함한다. 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.
제1 단계(111)로써, 촉매금속막(211)의 양 면에 그래핀막들(221,222)이 형성된 소재를 준비한다.
도 2를 참조하면, 촉매금속막(211)은 얇은 판 형태로 구비된다. 촉매금속막(211)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 중 하나 또는 이들 중 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 촉매금속막(211)은 상기 금속들 중에서 가격이 저렴하고 도전성이 양호한 구리로 구비되는 것이 바람직하다.
촉매금속막(211)을 형성하기 위하여, 절연성의 기판을 챔버 내에 장착하고, 상기 촉매 금속을 스퍼터링(sputtering) 장치, 전자빔 증발 장치(e-beam evaporator) 등을 이용하여 상기 기판 위에 증착시킨 후에, 상기 기판 위에 형성된 촉맥금속막을 분리함으로써 형성될 수 있다.
촉매금속막(211)의 두께는 3, 5, 9, 12, 18, 25, 35, 70[um] 등으로 형성될 수 있다. 상기 촉매금속막(211)의 수치는 비제한적인 예시이며, 촉매금속막(211)의 두께는 제조사에 따라 다양하게 선택 및 변경될 수 있다.
도 2를 참조하면, 촉매금속막(211)의 양 면에 그래핀막들(221,222)이 형성된다. 그래핀막들(221,222)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)이나 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)으로 형성될 수 있다. 특히 화학기상증착법은 저온에서 진행이 가능하고 대량 생산이 가능하여 그래핀막들(221,222)을 형성하기에 바람직한 공정이라 할 수 있다. 촉매금속막(211)의 양쪽 표면에 그래핀막들(221,222)을 형성하는 구체적인 방법은 다음과 같다.
촉매금속막(211)을 화학 기상 증착용 챔버 또는 열화학 기상 증착용 챔버(chamber) 내에 장착한다. 이어서 상기 챔버 내에 탄화수소(CH4) 가스를 일정 농도로 충진한 후, 상기 탄화수소에서 탄소(C) 원자와 수소(H) 원자를 분리시키기 위해 상기 챔버 내에 열에너지를 공급한다. 그러면, 상기 열에너지에 의해 탄소 원자와 수소 원자가 분리되고, 상기 분리된 탄소 원자가 촉매금속막(211)의 양면에 증착되어 그래핀막들(221,222)이 형성된다.
촉매금속막(211)이 상기 챔버 내에 장착된 상태에서 상기 챔버 내에 열에너지를 주입하기 전에 상기 챔버에 수소(H2) 가스를 먼저 주입하여 촉매금속막(211)의 표면을 표면 처리하는 공정을 더 진행할 수 있다. 촉매금속막(211)을 표면처리함으로써, 그래핀막들(221,222)이 촉매금속막(211)의 표면에 보다 더 견고하게 형성될 수 있다.
본 실시 예에서는 탄소 공급원으로 탄화수소 기체가 투입되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타티엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
촉매금속막(211)의 표면에 그래핀막들(221,222)을 형성하기 전에 촉매금속막(211)의 표면에 대하여 전처리를 먼저 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정은 촉매금속막(211)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 공정으로, 예컨대 수소(H2) 기체를 사용할 수 있다. 상기 수소 기체의 공급으로 촉매금속막(211)의 표면을 깨끗이 유지할 수 있다. 다른 실시예로써, 용액을 이용하여 촉매금속막(211)의 표면을 전처리할 수 있다. 예컨대, 산 용액이나 알칼리 용액을 사용하여 촉매금속막(211)의 표면을 세정할 수 있다.
촉매금속막(211)을 특정 패턴으로 패터닝(patterning)한 후에 그래핀막을 합성할 수 있다. 촉매금속막(211)을 패터닝하게되면 촉매금속막(211)의 표면에 부분적으로 요철이 형성된다. 요철이 형성된 촉매금속막(211)의 표면에 그래핀막들(221,222)을 형성하면, 그래핀막들(221,222)은 촉매금속막(211)의 돌출된 부분과 결합되고, 오목한 부분과는 결합이 되지 않거나 약하게 결합된다. 이와 같이 촉매금속막(211)을 패터닝함으로써 촉매금속막(211)과 그래핀막들(221,222)의 결합력은 감소된다. 따라서, 이 후의 공정에서 그래핀막들(221,222)로부터 촉매금속막(211)을 분리해내는 것이 용이해진다.
제2 단계(121)로써, 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211) 사이의 결합력을 약화시킨다.
도 3을 참조하면, 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211)은 약하게 붙어있거나 부분적으로 떨어지도록 만든다. 즉, 촉매금속막(211)을 그래핀막들(221,222)로부터 완전히 분리시키지 않고 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211)의 결합력을 약화시킨다.
촉매금속막(211)과 그래핀막들(221,222) 사이의 결합력을 약화시키기 위하여 촉매금속막(211)과 그래핀막들(221,222)이 결합된 소재를 에칭액 속에 소정 시간 담근다. 상기 에칭액으로는 과황산암모늄[(NH4)2S2O8], 과황산나트륨[(Na)2S2O8], 과수황산 중 하나를 사용할 수 있다.
상기 에칭액을 사용할 경우에 촉매금속과 에칭액의 화학반응으로 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211)의 경계면(205)에 수소(H2)가 발생되어 버블링(bubbling) 현상이 일어나고, 그로 인해 그래핀막들(221,222)이 촉매금속막(211)으로부터 부분적으로 떨어지게 된다. 염화철이나 염화동과 같은 에칭액을 사용하여 그래핀막들(221,222)이 촉매금속막(211)으로부터 부분적으로 떨어지게 할 수도 있다. 이 때는 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211)의 경계면(205)에 염소가스(Cl2)가 발생하여 그래핀막들(221,222)을 촉매금속막(211)으로부터 부분적으로 떨어지게 한다. 그러나, 염소가스는 독성가스이기 때문에 사람에게 위험할 수 있다. 때문에 수소가스를 발생하는 에칭액의 사용이 바람직하다.
전기화학적 반응으로 수소가스 발생량을 늘려서 그래핀막들(221,222)을 촉매금속막(211)으로부터 부분적으로 분리시키는데 직류전압을 인가함으로써, 과황산암모늄[(NH4)2S2O8], 과황산나트륨[(Na)2S2O8], 과수황산과 같은 에칭액(전기화학적으로 전해질 역할을 함)에서 물분해 환원반응을 촉진시켜 수소가스를 더 많이 발생시킬 수 있다. 여기에다 초음파를 인가함으로써 그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211)에서 그래핀막들(221,222)만을 보다 용이하게 부분적으로 분리시킬 수가 있다.
이와 같은 방법으로 그래핀 필름을 제조하게 되면, 촉매금속막(211)에 합성된 그래핀막들(221,222)에서 촉매금속막(211)을 완전히 제거하지 않고 촉매금속막(211)의 표면과 그래핀막들(221,222)의 결합력을 약화시켜서 그래핀막들(221,222)을 부분적으로 분리하기 때문에 촉매금속막(211)을 완전히 에칭할 필요가 없어지게 된다. 따라서 그래핀 필름의 제조 공정과 제조 시간이 매우 짧아지며, 동시에 촉매금속막(211)의 재활용을 매우 용이하게 할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 그래핀 필름의 대량생산 공정에 매우 유용한 방법이다.
제3 단계(131)로써, 그래핀막들(221,222)의 표면에 박리 테이프들(231,232)들을 접착한다.
도 4를 참조하면, 그래핀막들(221,222)의 표면에 박리 테이프들(231,232)로써 예컨대, 열박리 테이프나 PET(Poly Ethylene Terephthalate), UV(Ultraviolet) 테이프, 포토 레지스트, 수용성 폴리우레탄 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 아크릴 수지, 수용성 천연 고분자 수지, 수계 접착제, 알코올 박리 테이프, 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 가시광 경화형 접착제, 적외선 경화형 접착제, 전자빔 경화형 접착제, PBI(Polybenizimidazole) 접착제, 폴리 이미드 접착제, 실리콘 접착제, 이미드 접착제, BMI(Bismaleimide) 접착제, 변성 에폭시 수지 중에서 선택된 하나가 이용될 수 있다.
박리 테이프들(231,232)은 롤 코팅(roll coating) 방식에 의해 그래핀막들(221,222)에 접착될 수 있다. 예컨대, 박리 테이프들(231,232)은 콘베이어 벨트(conveyer belt)와 같은 시스템을 통해 그래핀막들(221,222)에 접착될 수 있다. 혹은 롤러(roller)를 사용하는 릴(Reel) 공법에 의하여 수행될 수 있다. 촉매금속막(211)과 그래핀막들(221,222) 및 박리 테이프들(231,232)이 형성된 소재는 전체 두께가 얇기 때문에 롤러에 감길 수 있다. 롤러에 감긴 소재를 타측에 구비된 롤러를 사용하여 풀면서 공정을 진행할 수 있다. 즉, 롤러들을 이용하여 그래핀막들(221,222)과 박리 테이프들(231,232)을 상호 가압함으로써 그래핀막들(221,222)에 박리 테이프들(231,232)을 접착할 수 있다. 이와 같이 릴 공법을 사용하여 자동화함으로써, 그래핀 필름의 생산력을 증대시킬 수 있다.
박리 테이프들(231,232)은 그래핀막들(221,222)을 표면처리한 후에 접착될 수 있다. 즉, 그래핀막들(221,222)의 표면을 거칠게 형성하는 표면처리를 함으로써, 그래핀막들(221,222)과 박리 테이프들(231,232) 사이의 접착력이 강화된다. 이와 같이, 박리 테이프들(231,232)이 그래핀막들(221,222)에 접착되어 있기 때문에 그래핀막들(221,222)을 기판들에 전사할 때 작업자가 상기 기판들을 핸들링(handling)하는 것이 매우 원활하게 이루어질 수 있다.
제4 단계(141)로써, 촉매금속막(211)을 제거한다.
도 5를 참조하면, 그래핀막들(221,222)에 접착된 촉매금속막(211)을 제거한다.
그래핀막들(221,222)과 촉매금속막(211) 사이의 결합력이 약화된 상태이므로, 물리적인 방법으로 그래핀막들(221,222)로부터 촉매금속막(211)을 제거할 수 있다. 상기 물리적인 제거 방법으로써, 그래핀막들(221,222)의 한쪽 끝을 잡고 촉매금속막(211)을 상방 또는 하방으로 잡아당긴다. 그러면, 물리적 힘에 의하여 촉매금속막(211)이 그래핀막들(221,222)로부터 분리된다.
촉매금속막(211)을 제거한 후에 그래핀막들(221,222)의 표면을 세정 및 건조하는 단계를 더 진행할 수 있다.
제5 단계(151)로써, 그래핀막들(221,222)을 기판들(241,242) 위에 전사한다.
도 6을 참조하면, 박리 테이프들(231,232)에 접착된 그래핀막들(221,222)을 기판에 전사함으로써, 박리 테이프들(231,232), 그래핀막들(221,222) 및 기판들(241,242)이 순차적으로 적층된 형태를 갖는다. 그래핀막들(221,222)을 습식 전사 방법 또는 건식 전사 방법을 이용하여 기판들(241,242)에 전사할 수 있다. 여기서, 건식 전사 방법으로는 UV 테이프(Ultraviolet tape), 온도 반응형 점착력 소멸 테이프(thermal release tape) 등을 이용한 간접 전사 방법을 사용하거나, 직접 기판에 그래핀막들(221,222)을 전사하는 직접 전사 방법이 사용될 수 있다.
그래핀막들(221,222)을 전사하기 전에 먼저 기판들(241,242)의 표면을 플라즈마 처리할 수 있다. 기판들(241,242)의 표면을 플라즈마 처리함으로써 기판들(241,242)의 표면 특성이 향상되어 그래핀막들(221,222)이 기판들(241,242)에 견고하게 결착될 수 있다.
제6 단계(161)로써, 박리 테이프들(231,232)을 제거하여 그래핀 필름들(201,202)을 완성한다.
도 7을 참조하면, 그래핀막들(221,222)에 접착된 박리 테이프들(231,232)을 제거함으로써 기판들(241,242) 위에 그래핀막들(221,222)이 전사된 그래핀 필름들(201,202)이 완성된다.
그래핀막들(221,222)에 접착된 박리 테이프들(231,232)을 제거하기 위하여, 기판들(241,242)의 한쪽 끝을 고정시키고 박리 테이프들(231,232)을 상방 또는 하방으로 잡아당긴다. 그러면, 물리적 힘에 의하여 박리 테이프들(231,232)이 그래핀막들(221,222)로부터 분리된다. 여기서는 박리 테이프들(231,232)의 한쪽 끝에 물리적 힘이 작용하는 경우를 설명하였으나 본 발명은 이에 한하지 않는다. 예컨대, 박리 테이프들(231,232)이 접착된 기판들(241,242)의 양쪽 끝, 또는 사방에 물리적 힘을 가하여 박리 테이프들(231,232)을 제거할 수 있다.
박리 테이프들(231,232)을 그래핀막들(221,222)로부터 용이하게 분리시키기 위하여 박리 테이프들(231,232)은 그래핀막들(221,222)과 결합력이 약한 부재들을 사용할 수 있다.
박리 테이프들(231,232)로써 열박리 테이프를 사용하는 경우에는 소정의 열을 가하여 박리 테이프들(231,232)을 용이하게 제거할 수 있다.
박리 테이프들(231,232)을 제거한 후에 그래핀막들(221,222)의 표면을 세정 및 건조하는 단계를 더 진행할 수 있다.
또한, 그래핀막들(221,222)의 표면에 보호막들(도시안됨)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호막들은 그래핀막들(221,222)의 표면에 스핀 코팅법, 스프레이법, 그라비아 인쇄법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 보호막들로는 광투과성이면서 도전성 고분자 물질, 예컨대, PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))가 사용될 수 있다. PEDOT는 유기물이므로 상기 특성 외에도 그래핀들과의 친화도가 강한 특성이 있다. 상기 보호막들의 또 다른 실시예로써, 티오펜계 폴리머, 폴리피롤, 폴리아닐린, PVDF(Polyvinylidene Fluoride )와 같은 강유전체 고분자, PZT와 같은 강유전체 무기물 등이 사용될 수 있다. 그래핀막들(221,222)은 탄소 원자 한개 층의 이차원적 결합이므로 긁힘이나 압력에 따라 손상이 생겼을 때 다른 원자층으로부터 결함을 보완하기 어렵다. 따라서 터치스크린과 같이 지속적 압력이 가해지는 장치에 사용하기 위해서는 그래핀막들(221,222)의 표면에 상기 보호막들을 형성하는 것이 바람직하다.
제5 단계(151) 및 제6 단계(161)에서, 그래핀 필름들(201,202)을 제조하는 공정을 동시에 진행할 수도 있고, 별도로 진행할 수도 있으며, 선택적으로 하나만 진행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 촉매금속막(211)의 양면에 그래핀막들(221,222)을 합섬함으로써, 그래핀 필름들(201,202)의 생산 효율이 크게 증가된다. 아울러, 그래핀막들(221,222)을 분리하는 과정에서 그래핀막들(221,222)을 손상시키지 않고 촉매금속막(211)을 용이하게 제거할 수 있기 때문에, 소재의 양쪽면에 형성된 그래핀막들(221,222) 중 어느 하나를 희생하지 않으면서도 그래핀 필름들(201,202)을 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 그래핀 필름 제조 방법은 제1 내지 제 6 단계(811∼861)를 포함한다. 도 2 내지 도 7을 참조하여 도 8에 도시된 그래핀 필름 제조 방법은 다음과 같다.
제1 단계(811)로써, 촉매금속막(211)의 일 면에 그래핀막(221 또는 222)이 합성된 소재를 준비한다.
제2 단계(821)로써, 그래핀막(221 또는 222)과 촉매금속막(211) 사이의 결합력을 약화시킨다.
제3 단계(831)로써, 그래핀막(221 또는 222)의 표면에 박리 테이프(231 또는 232)를 접착한다.
제4 단계(841)로써, 촉매금속막(211)을 제거한다.
제5 단계(851)로써, 그래핀막(221 또는 222)을 기판(241 또는 242)에 전사한다.
제6 단계(861)로써, 박리 테이프(231 또는 232)를 제거하여 그래핀 필름(201 또는 202)을 완성한다.
도 8에 도시된 그래핀 필름 제조 방법은 도 1에 도시된 그래핀 필름의 제조 방법과 유사하다. 즉, 도 8에 도시된 그래핀 필름 제조 방법은 촉매금속막(211)의 일 면에 그래핀막(221 또는 222)을 합성한 다음 그래핀막(221 또는 222)의 표면에 박리 테이프(231 또는 232)를 접착하는 것인데 반해, 도 1에 도시된 그래핀 필름 방법은 촉매금속막(211)의 양 면에 그래핀막들(221,222)을 합성한 후에 그래핀막들(221,222)의 표면들에 박리 테이프들(231,232)을 접착하는 방법이다. 따라서, 상기 차이점 외의 다른 모든 공정들은 동일함으로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
다른 실시예로써, 박리 테이프(231 또는 232)를 사용하지 않고, 도 8의 제2 단계(821)가 진행된 소재 즉, 그래핀막(221 또는 222)과 촉매금속막(211) 사이의 결합력이 약화된 소재의 그래핀막(221 또는 222)을 기판(241 또는 242) 위에 접착하고, 촉매 금속(211)을 제거하여 그래핀 필름(201 또는 202)을 제조할 수 있다. 기판(241 또는 242)의 표면에는 점착제가 코팅되어 그래핀막(221 또는 222)이 접착될 수 있다.
또 다른 실시예로써, 촉매 금속(211)에 그래핀막(221 또는 222)이 합성된 상태에서 박리 테이프(231 또는 232)를 촉매 금속(211)에 접착시키고, 촉매 금속(211)과 그래핀막(221 또는 222) 사이의 결합력을 약화시킨 후 촉매 금속(211)을 제거하고, 그래핀막(221 또는 222)을 기판(241 또는 242)에 전사한 다음 박리 테이프(231 또는 232)를 제거하여 그래핀 필름(201 또는 202)을 완성할 수 있다.
상기 실시예들에 의해 별도의 그래핀 추가 공정 없이 그래핀 필름(201 또는 202)을 완성할 수 있다.
본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. (a) 촉매금속막의 양면에 그래핀막들이 합성된 소재를 준비하는 단계;
    (b) 상기 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계;
    (c) 상기 그래핀막들의 표면에 박리 테이프들을 접착하는 단계;
    (d) 상기 촉매금속막을 제거하여 2개의 부재들로 분리하는 단계;
    (e) 상기 그래핀막들을 기판들에 전사하는 단계; 및
    (f) 상기 박리 테이프들을 제거하여 그래핀 필름들을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  2. (a) 촉매금속막의 일 면에 그래핀막이 합성된 소재를 준비하는 단계;
    (b) 상기 그래핀막과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계;
    (c) 상기 그래핀막의 표면에 박리 테이프를 접착하는 단계;
    (d) 상기 촉매금속막을 제거하는 단계;
    (e) 상기 그래핀막을 기판 위에 전사하는 단계; 및
    (f) 상기 박리 테이프를 제거하여 그래핀 필름을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촉매금속막은 구리, 니켈, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    에칭액을 사용하여 상기 촉매금속막과 상기 그래핀막 또는 그래핀막들 사이의 결합력을 약화시키는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에칭액은 과황산염(persulfate), 염화동, 염화철, 과수황산, 과류산소다(sodium persulfate) 중 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 공정을 진행할 때, 상기 촉매금속막에 직류전류 또는 직류전압을 인가하여 전기화학적 반응을 일으키게 하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 공정을 진행할 때, 상기 그래핀막 또는 그래핀막들과 촉매금속막에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 박리 테이프 또는 박리 테이프들은 열박리 테이프, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촉매금속막을 특정 패턴으로 패터닝된 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 그래핀막 또는 그래핀막들의 표면에 보호층 또는 보호층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  11. (a) 촉매금속막의 일 면에 그래핀막이 합성된 소재를 준비하는 단계
    (b) 상기 그래핀막과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계
    (c) 상기 그래핀막을 기판 위에 전사하는 단계 및
    (d) 상기 촉매금속막을 제거하여 그래핀 필름을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
  12. (a) 촉매금속막의 일 면에 그래핀막이 합성된 소재를 준비하는 단계
    (b) 상기 그래핀막의 표면에 박리 테이프를 접착하는 단계
    (c) 상기 그래핀막과 상기 촉매금속막 사이의 결합력을 약화시키는 단계
    (d) 상기 촉매금속막을 제거하는 단계
    (e) 상기 그래핀막을 기판 위에 전사하는 단계 및
    (f) 상기 박리 테이프를 제거하여 그래핀 필름을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 필름 제조 방법.
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