KR20140028381A - 그래핀의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그래핀의 제조 방법에 관한 것으로서, 흑연과 황산을 혼합하여 흑연을 팽창시켜 흑연 슬러리를 제조하는 제1 단계, 상기 흑연 슬러리에 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 투입하여 반응시키는 제2 단계, 상기 제2 단계의 반응 혼합물에 물을 투입하여 반응시키는 제3 단계, 상기 제3 단계의 반응 혼합물에 과산화수소 수용액을 투입하여 산화시키는 제4 단계, 상기 제4 단계의 반응 혼합물을 여과하여 얻어진 여과물을 염산에 분산시킨 후 다시 여과하는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조시켜 산화 흑연을 제조하는 제6 단계, 상기 산화 흑연을 초음파 처리하여 박리하는 제7 단계, 그리고 상기 박리된 산화 흑연을 환원제를 이용하여 환원시켜 그래핀을 제조하는 제8 단계를 포함한다.
상기 그래핀 제조 방법은 그래핀을 대량으로 안전하고 경제적으로 제조할 수 있다.
상기 그래핀 제조 방법은 그래핀을 대량으로 안전하고 경제적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 그래핀의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그래핀을 대량으로 안전하고 경제적으로 제조할 수 있는 그래핀의 제조 방법에 관한 것이다.
그래핀은 탄소 원자 한 층으로 만들어진 벌집구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 sp2 혼성 궤도에 의해 화학 결합하면 이차원으로 퍼진 탄소 육각망 면을 형성한다. 이 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그래핀인데, 그 두께가 단지 탄소원자 한개에 불과한 0.3nm 이다. 2005년에 영국 맨체스터대학의 A.K.Geim 연구 그룹이 흑연에서 원자 하나 두께의 탄소 박막을 만드는 방법을 소개한 이래 그래핀은 물리학 분야에서 가장 뜨거운 관심 주제 중 하나가 되었다.
그 이유는, 그래핀 안에서는 전자의 유효질량이 없어서, 초속 1천 킬로미터(빛의 속도의 300분의 1)로 움직이는 상대성 입자(relativistic particles)로 거동한다는 사실에 근거하여 그래핀 만의 독특한 양자홀효과에 대한 연구뿐만 아니라 기존의 입자물리학 분야에서 수행할 수 없었던 입자물리 실험을 그래핀을 통해 간접적으로 구현할 수 있게 되었기 때문이다.
또한, 기존의 실리콘 기반 반도체 공정기술로는 30nm 급 이하의 고집적도를 갖는 반도체소자를 제조할 수 없다. 왜냐하면, 기판에 증착된 금이나 알루미늄과 같은 금속원자층의 두께가 30nm 이하에서는 열역학적으로 불안정해서 금속원자들이 서로 엉겨붙어 균일한 박막을 얻을 수 없기 때문이며, 또한 실리콘에 도핑된 불순물의 농도가 이와 같은 나노 크기에서는 불균일해 지기 때문이다. 하지만, 그래핀은 이러한 실리콘 기반 반도체 소자기술의 집적도한계를 극복할 수 있는 가능성을 갖고 있다. 그래핀은 그 특성이 금속성이면서도 그 두께가 전자차폐 두께(Screening length) 에 해당하는 수 nm 이하로 매우 얇아서, 게이트 전압에 따라 전하밀도가 바뀜으로 인해 전기저항이 변하는 특성을 갖고 있다. 이를 이용해 금속트랜지스터를 구현할 수 있으며, 전하수송체의 모빌리티가 커서 고속 전자소자를 구현할 수 있고, 또한 게이트 전압의 극성에 따라 전하수송체의 전하를 전자에서 정공으로 변화시킬 수 있기 때문에 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다.
지금까지, 그래핀을 얻는 방법은 다음의 세 가지로 분류되고 있다.
첫째, 셀로판 테이프를 사용하는 초미세 흑연층 분리방법(micro cleavage method)이다. 초미세 흑연층 분리방법은 영국 맨체스터 대학의 A.K.Geim 연구팀 내 Novoselov K. S.등[Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2005) 102, 10451]에 의해서 개발된 것으로 Novoselov K. S.이후에 그래핀을 연구하는 연구자들은 그 단순성 때문에 이 방법을 사용하였다. 이 방법을 사용하면, 흑연을 셀로판테이프를 사용해서 연속적으로 분리되도록 함으로써 흑연의 두께를 감소시킬 수 있고, 이렇게 얻어진 얇은 흑연 박막을 기판위로 옮기거나, 또는 칠판에 분필로 그리는 것처럼 흑연을 기판에 문지름으로서 얇은 흑연박막을 얻는 방법이다. 또한, 이 방법을 이용하여 그래핀(graphene)을 만든 후에 몇몇 그룹은 라만스펙트럼을 통해 FLG(Few Layer Graphite, ~20층 이하(~5nm 이하)의 흑연박막)의 층의 개수를 구분하는 연구결과를 발표하였다[A. C. Ferrari et al., Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). A. Gupta et al., Nanoletter 6, p2006 (2006), D. Grag et al., cond-mat/0607562(2006)].
그러나 이 방법은 HOPG의 접착성 테이프의 품질에 의존한다는 점, 기판 위에서 FLG의 위치가 무작위적이라는 점, 무용하고 두꺼운 흑연(graphite)입자가 많아 전자 빔 리소그래피 (E-beam lithography)에 의하여 패턴화하기 어렵다는 점에서 문제가 있다.
두 번째 방법은 고 진공(high vacuum) 하에서 SiC의 열분해를 통한 에피택시얼 성장(epitaxial growth)기법으로 만드는 방법이다. 이런 에피택시얼 성장기법은 Berger, C. 등 [J.Phys.Chem.B, (2004) 108,19912]에 의해 소개 되었다. 이 방법은 분자선결정성장시스템(MBE: Mular Beam Epitaxy)같은 고진공 및 고온에서 SiC 의 표면에 있는 Si를 승화시켜서 표면에 남아있는 탄소원자들이 그래핀을 형성하도록 하는 기술이다. 하지만 이 기술은 SiC 자체가 기판으로 사용되어야 하는데, 이 기판은 SiO2만큼 전자소재로 사용하기에 성능이 좋지 않다는 심각한 문제점이 있다.
세 번째 방법은 흑연 화합물의 화학적 박리작용을 이용하는 방법이다. 대표적으로 Dresselhaus, M. S. 등[Adv.Phys. (2002) 51, 1.]이 연구한 불순물이 섞여 있는 흑연 화합물(intercalated graphite compounds)에 대한 연구결과를 바탕으로, 많은 연구자들에 의해 화학적 박리작용 방법이 제안되어 왔다. 그러나 이러한 방법으로는 현재까지 단지 수백 나노미터 두께의 흑연조각을 얻을 수 있을 뿐 그래핀 또는 FLG를 얻는데 성공하지 못했을 뿐만 아니라, 흑연층 사이사이에 삽입된 화학물질이 완벽하게 제거되지 않아 많은 결점을 유발할 수도 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 그래핀을 대량으로 안전하고 경제적으로 제조할 수 있는 그래핀 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법은 흑연과 황산을 혼합하여 흑연을 팽창시켜 흑연 슬러리를 제조하는 제1 단계, 상기 흑연 슬러리에 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 투입하여 반응시키는 제2 단계, 상기 제2 단계의 반응 혼합물에 물을 투입하여 반응시키는 제3 단계, 상기 제3 단계의 반응 혼합물에 과산화수소 수용액을 투입하여 산화시키는 제4 단계, 상기 제4 단계의 반응 혼합물을 여과하여 얻어진 여과물을 염산에 분산시킨 후 다시 여과하는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조시켜 산화 흑연을 제조하는 제6 단계, 상기 산화 흑연을 초음파 처리하여 박리하는 제7 단계, 그리고 상기 박리된 산화 흑연을 환원제를 이용하여 환원시켜 그래핀을 제조하는 제8 단계를 포함한다.
상기 제1 단계에서 상기 흑연과 상기 황산은 1:20 내지 1:40의 중량비로 혼합될 수 있다.
상기 제1 단계에서 상기 흑연을 팽창시키는 시간은 12 내지 28시간일 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 흑연 슬러리와 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 1:2 내지 1:4의 중량비로 혼합될 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 반응은 30 내지 40℃에서 5 내지 8시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 제5 단계에서 상기 염산의 농도는 7 내지 12N일 수 있다.
상기 제5 단계에서 상기 여과물과 상기 염산은 1:4 내지 1:6의 중량비로 혼합할 수 있다.
상기 제7 단계에서 상기 초음파 처리는 130 내지 200W로 3 내지 4시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 제8 단계에서 상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화 암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 히드라진(N2H4), 히드리오딘(HI), 비타민씨(Vitamin C) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 제8 단계에서 상기 산화 흑연과 상기 환원제는 1:0.8 내지 1:1.5의 중량비로 혼합될 수 있다.
상기 제8 단계에서 상기 산화 흑연의 환원은 150 내지 200℃에서 44 내지 52시간 동안 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀의 제조 방법은 흑연과 황산을 혼합하여 흑연을 팽창시켜 흑연 슬러리를 제조하는 제1 단계, 상기 흑연 슬러리에 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 투입하여 반응시키는 제2 단계, 상기 제2 단계의 반응 혼합물에 물을 투입하여 반응시키는 제3 단계, 상기 제3 단계의 반응 혼합물에 과산화수소 수용액을 투입하여 산화시키는 제4 단계, 상기 제4 단계의 반응 혼합물을 여과하여 얻어진 여과물을 염산에 분산시킨 후 다시 여과하는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조시켜 산화 흑연을 제조하는 제6 단계, 상기 산화 흑연을 초음파 처리하여 박리하는 제7 단계, 그리고 상기 박리된 산화 흑연을 환원제를 이용하여 환원시켜 그래핀을 제조하는 제8 단계를 포함한다.
우선, 흑연과 황산을 혼합하여 흑연을 팽창시켜 흑연 슬러리를 제조한다(제1 단계).
상기 흑연은 일반적으로 입도가 클수록 좋고, 1㎛ 이상이면 사용 가능하며, 예를 들어 1 내지 300㎛의 흑연 분말을 사용할 수 있다. 상기 흑연의 입도가 너무 낮으면 중량 밀도에 따른 팽창 효과가 낮아 박리에 의한 그래핀이 잘 형성되지 않을 수 있다.
상기 황산은 농도가 80% 이상, 바람직하게는 80 내지 98%인 황산을 사용하며, 상기 흑연 슬러리는 황산에 흑연 분말을 분산시켜 제조할 수 있다.
상기 흑연 슬러리는 상기 흑연과 상기 황산을 1:20 내지 1:40, 바람직하게는 1:30의 중량비로 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 흑연의 중량비가 상기 범위를 초과하는 경우, 이후 중성화 과정에서 공정이 추가로 필요할 수 있으며, 상기 흑연의 중량비가 상기 범위 미만인 경우, 흑연 슬러리의 교반에 문제가 있을 수 있으며, 팽창 반응 효율성이 낮아 질 수 있다.
상기 흑연을 팽창시키는 시간은 12 내지 28시간 일 수 있고, 바람직하게 20 내지 24시간 일 수 있다. 상기 흑연을 팽창시키는 시간이 12시간 미만이면, 팽창 정도가 이후의 산화 반응에 적합하지 않은 문제가 있을 수 있고, 28시간을 초과하면, 공정 비용이 많이 발생하는 문제가 생길 수 있다.
다음으로, 상기 흑연 슬러리에 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 투입하여 반응시킨다(제2 단계).
상기 과망간산염은 과망간산칼륨, 과망간산나트륨, 과망간산암모늄, 또는 과망간산칼슘 등일 수 있으며, 상기 과망간산염 황산 용액은 황산 농도가 80% 이상, 바람직하게는 80 내지 98%인 황산을 사용하여 상기 과망간산염을 상기 황산에 용해시켜 제조할 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 흑연 슬러리와 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 1:2 내지 1:4의 중량비로 혼합할 수 있고, 바람직하게 1:3의 중량비로 혼합할 수 있다. 상기 흑연 슬러리의 중량비가 상기 범위 미만인 경우 흑연의 산화 효율이 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우, 상기의 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 세척하는 과정에서 추가 세척 공정이 필요한 문제가 있을 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 반응은 30 내지 40℃에서 5 내지 8시간 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 제2 단계에서의 반응 온도가 30℃ 미만인 경우 효과적인 산화가 이루어지지 않는 문제가 있을 수 있고, 40℃를 초과하는 경우 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로부터 발생하는 증기가 폭발하는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 상기 제2 단계의 반응 혼합물에 물을 투입하여 반응시킨 후(제3 단계), 상기 제3 단계의 반응 혼합물에 과산화수소 수용액을 투입하여 산화시킨다(제4 단계).
상기 제3 단계 및 제4 단계는 30 내지 40℃의 온도를 유지하면서 수행될 수 있다. 상기 온도 조건을 벗어나 반응 온도가 30℃ 미만인 경우에는 종료 반응이 원활하게 수행되지 않을 가능성이 있으며, 40℃를 초과하면 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로부터 발생하는 증기가 폭발하는 문제가 있을 수 있다.
상기 흑연 슬러지과 상기 물(초순수)은 1:2 내지 1:5의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 물의 중량비가 상기 범위 미만인 경우, 교반이 원활하게 이루어지지 않을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 폐수가 많이 발생하여 제조 비용이 증가할 수 있다.
상기 과산화수소 수용액은 과산화수소의 농도가 특별히 제한되지 않으나 일반적으로, 7 내지 13 중량%, 바람직하게는 9 내지 11 중량%일 수 있다. 또한, 상기 흑연 슬러지 용액과 상기 과산화수소는 1:1.5 내지 1:2.5, 바람직하게는 1:2의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 과산화수소 수용액은 여분의 과망간산염을 환원하여 흑연의 산화를 종결시킨다. 상기 과산화수소의 함량이 상기 중량비를 초과하는 경우 세척 및 건조하는데 비용이 많이 들 수 있고, 상기 중량비 미만인 경우 반응이 종결되지 않을 수 있다. 상기 과산화수소 수용액 첨가 후 유지 시간은 수십 분 이내일 수 있다.
다음으로, 상기 제4 단계의 반응 혼합물을 여과하여 얻어진 여과물을 염산에 분산시킨 후 다시 여과한다(제5 단계). 상기 제4 단계에서 염산을 사용하는 이유는 산화제로 사용된 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군을 제거하기 위해서이다.
상기 염산의 농도는 7 내지 12N, 바람직하게는 9 내지 11N일 수 있다. 상기 염산의 농도가 7N 미만인 경우 효과적으로 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군을 세척하는데 문제가 발생할 수 있고, 12N를 초과하는 경우, 생성되는 그래핀에 손상을 주는 문제가 발생할 수 있다.
상기 여과물과 상기 염산은 1: 100 내지 1:200, 바람직하게는 1:125의 중량비로 혼합할 수 있다. 상기 염산의 함량이 상기 중량비 미만인 경우, 효과적인 세척이 수행되지 않는다는 문제가 발생할 수 있고, 1:200 중량비를 초과하는 경우 공정에 필요한 염산이 너무 많이 필요하다는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조시키면 산화 흑연을 제조할 수 있다(제6 단계).
상기 제5 단계에서 얻어진 여과물은 80 내지 100℃에서 20 내지 28시간 동안 건조시킬 수 있다. 상기 건조 온도가 80℃ 미만이거나, 건조 시간이 20시간 미만인 경우, 건조가 완전히 수행되지 못하는 문제가 있을 수 있고, 100℃를 초과하거나, 28시간 이상인 경우에는 건조에 많은 에너지를 소모한다는 문제를 가질 수 있다.
상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조하기 전에 세척할 수 있는데, 구체적으로 물을 이용하여 중성이 될 때까지 세척하여 염산을 제거한 후 아세톤을 이용하여 다시 한번 세척할 수 있다.
다음으로, 상기 산화 흑연을 초음파 처리하여 박리한다(제7 단계).
상기 초음파를 이용하는 경우 흑연 층간의 팽창 및 박리 효율을 높일 수 있다. 상기 제7 단계에서 상기 초음파 처리는 130 내지 200W에서 3 내지 4시간 시간 동안 이루어질 수 있고, 바람직하게 170 내지 180W에서 3.3 내지 3.7 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 초음파 조건이 130W 미만이거나 3 시간 미만인 경우 박리 효율이 미미할 수 있고, 상기 초음파 조건이 200W를 초과하거나 4시간을 초과하는 경우 초음파로 인한 입자 파괴가 발생하여 입자의 크기가 작아질 수 있다.
마지막으로, 상기 박리된 산화 흑연을 환원제를 이용하여 환원시키면 그래핀을 제조할 수 있다(제8 단계).
상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화 암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 히드라진(N2H4), 히드리오딘(HI), 비타민씨(Vitamin C) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있고, 바람직하게 히드라진을 사용할 수 있다. 상기 히드라진을 사용하는 경우 환원효율이 높다는 점에서 바람직하다.
상기 산화 흑연과 상기 환원제는 1:08 내지 1:1.2, 바람직하게 1:0.9 내지 1:1.1의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 환원제의 중량비가 상기 중량비 미만인 경우 환원 효율이 낮은 문제가 있을 수 있고, 상기 중량비를 초과하는 경우 결과물은 그래핀 구조에 결함 발생하는 문제가 있을 수 있다.
상기 산화 흑연의 환원은 150 내지 200℃에서 44 내지 52시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 환원 온도가 150℃ 미만이거나 상기 환원 시간이 44 시간 미만인 경우 환원 반응이 완료되지 않을 수 있는 문제가 있을 수 있고, 상기 환원 온도가 200℃를 초과하거나 상기 환원 시간이 52 시간을 초과하는 경우, 결과물인 그래핀의 구조에 결함이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 상기의 흑연 산화물 생성 공정 조건, 즉 황산의 양, 팽창 시간, 과망간산염의 양과 반응 조건은 IR 분석 (CO bond 스펙트럼 분석) 혹은 흑연 산화물의 원소분석 (산소 함유량)을 이용하여 흑연의 산화 정도를 측정하거나, 흑연의 층을 특징을 XRD 데이터를 이용하여 판단하여, 흑연의 층을 벌려 주기 위한 산화를 최대화하며, 최소 노력을 요구하는 조건에서 결정된 것이다.
또한, 상기 그래핀 생성 공정에서 사용하는 초음파 분쇄 및 환원 공정의 양과 반응 조건은 그래핀 카본 순도(IR 분석 원소 분석(산소 포함 정도) 결과를 바탕으로 결정)와 그래핀의 상태 등을 바탕으로 결정된 것이다. 여기서, 그래핀의 상태는 생성된 그래핀의 층(layer)이 균일하게 얻어지는 것으로 판단하는데, AFM 결과를 사용하여 결정한 것이다.
본 발명의 그래핀 제조 방법은 그래핀을 대량으로 안전하고 경제적으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
(
실시예
1:
그래핀의
제조)
흑연(Graphite) 1g과 황산 약 15ml을 플라스크(1)에 넣고 약 24시간 동안 교반하여 전처리하였다. 온도의 상승을 막기 위해 드라이아이스가 담긴 아이스 배스(ice bath)에 상기 플라스크(1)을 넣고 과망간산칼륨 3g과 함께 교반하여 35℃에서 약 5시간 동안 반응시켰다.
아이스 배스에 상기 플라스크(1)를 넣고 초순수 50ml을 천천히 부어준 뒤 약 1시간 가량 교반한 후 10%의 과산화수소 140ml을 천천히 부어 약 2시간 동안 교반하여 산화시켰다.
상기 플라스크(1)의 내용물을 필터링(filtering)하여 걸러진 케이크(cake)을 500mL의 10N 염산에 분산시켜 세척한 후 다시 필터링하며, 이 과정을 5회 이상 반복하여 과산화망간을 제거하였다.
상기 필터링하여 걸러진 케이크를 초순수를 이용하여 중성이 될 때까지 세척하여 염산을 제거한 후 아세톤으로 세척하였다.
상기 필터링하여 얻어진 산화 흑연(graphite oxide)을 90℃의 오븐에서 24시간 동안 건조시켜 분말 상태의 산화 흑연을 얻었다.
상기 얻어진 분말 상태의 산화 흑연을 초순수에 넣고 150W에서 3시간 동안 초음파 처리하여 박리시켰다.
둥근 바닥 플라스크에 산화 흑연 분산 용액과 하이드라진을 1:1의 비율로 넣고 환류 냉각기를 설치하여 180℃의 실리콘 오일이 담긴 오일 배스(oil bath)에서 48시간 동안 교반시켜 그래핀으로 환원시켰다.
상기 환원된 그래핀이 검정색의 침전물로 침전되면 필터 하여 초순수로 수 차례(5차례 이상) 세척하고 마지막으로 필터링하여 실온에서 건조시켰다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (11)
- 흑연과 황산을 혼합하여 흑연을 팽창시켜 흑연 슬러리를 제조하는 제1 단계,
상기 흑연 슬러리에 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 투입하여 반응시키는 제2 단계,
상기 제2 단계의 반응 혼합물에 물을 투입하여 반응시키는 제3 단계,
상기 제3 단계의 반응 혼합물에 과산화수소 수용액을 투입하여 산화시키는 제4 단계,
상기 제4 단계의 반응 혼합물을 여과하여 얻어진 여과물을 염산에 분산시킨 후 다시 여과하는 제5 단계,
상기 제5 단계에서 얻어진 여과물을 건조시켜 산화 흑연을 제조하는 제6 단계,
상기 산화 흑연을 초음파 처리하여 박리하는 제7 단계, 그리고
상기 박리된 산화 흑연을 환원제를 이용하여 환원시켜 그래핀을 제조하는 제8 단계를 포함하는 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 상기 흑연과 상기 황산은 1:20 내지 1:40의 중량비로 혼합되는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 상기 흑연을 팽창시키는 시간은 12 내지 28시간인 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서 상기 흑연 슬러리와 상기 과망간산, 과망간산염, 과망간산염 황산 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 1:2 내지 1:4의 중량비로 혼합되는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서 상기 반응은 30 내지 40℃에서 5 내지 8시간 동안 이루어지는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제5 단계에서 상기 염산의 농도는 7 내지 12N인 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제5 단계에서 상기 여과물과 상기 염산은 1:4 내지 1:6의 중량비로 혼합하는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제7 단계에서 상기 초음파 처리는 130 내지 200W에서 3 내지 4시간 동안 이루어지는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제8 단계에서 상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화 암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 히드라진(N2H4), 히드리오딘(HI), 비타민씨(Vitamin C) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제8 단계에서 상기 산화 흑연과 상기 환원제는 1:0.8 내지 1:1.2의 중량비로 혼합되는 것인 그래핀의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제8 단계에서 상기 산화 흑연의 환원은 150 내지 200℃에서 44 내지 52시간 동안 이루어지는 것인 그래핀의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |