KR20140090488A - 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치에 관한 것으로, 화학기상증착법과 같은 진공 공정 및 별도의 에칭과 전사 과정 등의 복잡한 제조 공정을 거치지 않고, 그래핀 입자와 휘발성 액체를 혼합한 혼합 용액을 초음속 분사 노즐을 통해 분사하는 단순 스프레이 방식을 통해 그래핀 입자를 기판에 용이하게 증착 코팅시킬 수 있고, 상대적으로 저온 상태에서 그래핀 입자를 증착 코팅시킬 수 있도록 함으로써, 고온의 열에 취약한 유연 기판 등의 표면에도 그래핀 입자의 증착 코팅을 용이하게 수행할 수 있으며 더욱 다양한 용도로 활용할 수 있는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 제공한다.

Description

저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치{Apparatus for Coating Graphene Film Using Cold Spray}

본 발명은 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 화학기상증착법과 같은 진공 공정 및 별도의 에칭과 전사 과정 등의 복잡한 제조 공정을 거치지 않고, 그래핀 입자와 휘발성 액체를 혼합한 혼합 용액을 초음속 분사 노즐을 통해 분사하는 단순 스프레이 방식을 통해 그래핀 입자를 기판에 용이하게 증착 코팅시킬 수 있고, 상대적으로 저온 상태에서 그래핀 입자를 증착 코팅시킬 수 있도록 함으로써, 고온의 열에 취약한 유연 기판 등의 표면에도 그래핀 입자의 증착 코팅을 용이하게 수행할 수 있으며 더욱 다양한 용도로 활용할 수 있는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치에 관한 것이다.

그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그 특징은 두께가 매우 얇고 투명하고 우수한 전기 전도성을 가지는 차세대 물질로 알려져 있다. 이러한 그래핀의 특수성을 이용하여 최근 투명 디스플레이 또는 플렉서블(Flexible) 디스플레이 등의 전자 장비에 적용하려는 다양한 연구와 노력이 이루어지고 있다.

일반적으로 그래핀은 금속 촉매를 이용한 화학기상증착법(CVD : Chemical vapor deposition)에 의해 금속 촉매 상부에 형성하게 된다. 그 후 금속 촉매를 에칭 과정(etching process)을 통해 제거한 뒤 유연 기판(flexible substrate)과 유리 기판 등의 다양한 기판에 전사(tranfer)시켜 그래핀 박막을 얻게 된다.

그러나 이러한 에칭과 전사 과정은 화학적 안정성의 문제와 비용과 시간이 상대적으로 많이 소요되는 문제가 있었다. 따라서, 그래핀을 이용하여 기판에 그래핀 박막을 형성하는 작업이 쉽지 않았으며, 그 이용 범위가 크게 제한되고 있다는 문제가 있었다.

선행기술로는 국내공개특허 제10-2012-0007998호 등이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 화학기상증착법과 같은 진공 공정 및 별도의 에칭과 전사 과정 등의 복잡한 제조 공정을 거치지 않고, 그래핀 입자와 휘발성 액체를 혼합한 혼합 용액을 초음속 분사 노즐을 통해 분사하는 단순 스프레이 방식을 통해 그래핀 입자를 기판에 용이하게 증착 코팅시킬 수 있는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상대적으로 저온 상태에서 그래핀 입자를 증착 코팅시킬 수 있도록 함으로써, 고온의 열에 취약한 유연 기판 등의 표면에도 그래핀 입자의 증착 코팅을 용이하게 수행할 수 있으며 더욱 다양한 용도로 활용할 수 있는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 기판을 향해 작동 가스를 초음속 상태로 분사하는 초음속 분사 노즐; 상기 초음속 분사 노즐에 공급되는 작동 가스를 가열하는 히팅부; 및 그래핀 입자와 휘발성 액체가 혼합된 상태의 혼합 용액이 저장되고, 상기 혼합 용액이 상기 초음속 분사 노즐을 통해 상기 작동 가스와 함께 분사되도록 상기 초음속 분사 노즐에 연결되는 용액 공급부를 포함하고, 상기 혼합 용액은 상기 그래핀 입자가 함유된 미립자 액적 상태로 상기 초음속 분사 노즐을 통해 분사되고, 분사되는 과정에서 상기 휘발성 액체가 증발되어 상기 그래핀 입자가 상기 기판에 증착 코팅되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 제공한다.

이때, 상기 초음속 분사 노즐은 상기 작동 가스가 유동하도록 내부 공간에 가스 유로가 형성되는 노즐 하우징; 및 상기 노즐 하우징에 형성된 가스 유로의 중단부에 직각 방향으로 연통되도록 상기 노즐 하우징에 형성되는 용액 주입구를 포함하고, 상기 용액 공급부는 상기 가스 유로 내부로 상기 혼합 용액이 공급되도록 상기 용액 주입구에 연통되게 결합될 수 있다.

또한, 상기 가스 유로에 연통되는 상기 용액 주입구의 단면 형상은 상기 작동 가스의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 가스 유로는 양단에 유입구 및 배출구가 형성되고, 중단부에는 유동 단면적이 감소하는 교축부가 형성되며, 상기 교축부로부터 상기 배출구로 향하는 구간에는 상기 배출구로 갈수록 유동 단면적이 증가하는 방향으로 경사지도록 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 용액 주입구는 상기 경사면에 형성될 수 있다.

또한, 상기 용액 주입구는 상기 경사면에 상기 작동 가스의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 초음속 분사 노즐은 스틸, 스테인리스 스틸 및 텅스텐 카바이드 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 그래핀 입자가 상기 기판에 증착 형성되는 과정에서 상기 기판을 가열할 수 있도록 별도의 가열판이 구비될 수 있다.

또한, 상기 가열판은 일면에 상기 기판이 안착될 수 있도록 형성되어 열전도 방식으로 상기 기판을 가열하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 기판에 증착 코팅된 그래핀층에 레이저빔을 조사할 수 있도록 레이저 조사기가 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 화학기상증착법과 같은 진공 공정 및 별도의 에칭과 전사 과정 등의 복잡한 제조 공정을 거치지 않고, 그래핀 입자와 휘발성 액체를 혼합한 혼합 용액을 초음속 분사 노즐을 통해 분사하는 단순 스프레이 방식을 통해 그래핀 입자를 기판에 용이하게 증착 코팅시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상대적으로 저온 상태에서 그래핀 입자를 증착 코팅시킬 수 있도록 함으로써, 고온의 열에 취약한 유연 기판 등의 표면에도 그래핀 입자의 증착 코팅을 용이하게 수행할 수 있으며 더욱 다양한 용도로 활용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 초음속 분사 노즐을 통해 분사되는 작동 가스를 히팅부를 통해 가열하고, 이를 통해 미립자 액적을 가열함으로써, 휘발성 액체의 증발을 가속시키고, 이에 따라 불순물이 제거된 상태로 투과도 및 표면 저항 특성이 우수한 그래핀 증착 코팅이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 그래핀 입자가 함유된 혼합 용액을 초음속 분사 노즐로 공급하는 용액 주입구의 형상을 가스 유동 방향의 직각 방향으로 길게 형성함으로써, 혼합 용액의 미립화를 더욱 활성화하고 그래핀 입자의 증착 영역을 더욱 넓은 영역으로 확장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 기판의 일면에 별도의 전도성 가열판을 장착함으로써, 그래핀 필름에 형성될 수 있는 휘발성 액체의 액막을 제거할 수 있고, 이에 따라 더욱 고품질의 코팅층을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치에 가열판 및 레이저 조사기가 더 구비된 구성을 개념적으로 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀층을 현미경으로 관찰한 사진,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀층에 대한 X선 회전분석기 분석 결과 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀 필름에 대한 가시광 투과도를 실험적으로 테스트한 결과를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 용액 주입구 형상을 예시적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치에 가열판 및 레이저 조사기가 더 구비된 구성을 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀층을 현미경으로 관찰한 사진이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀층에 대한 X선 회전분석기 분석 결과 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치를 통해 형성된 그래핀 필름에 대한 가시광 투과도를 실험적으로 테스트한 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치는 그래핀 입자를 비진공 공정인 저온 스프레이 방식을 통해 기판 표면에 증착 코팅할 수 있는 장치로서, 초음속 분사 노즐(100)과, 히팅부(200)와, 용액 공급부(300)를 포함하여 구성된다.

초음속 분사 노즐(100)은 기판(S)을 향해 작동 가스를 초음속 상태로 분사하는 장치로서, 작동 가스의 초음속 분사 과정에서 용액 공급부(300)로부터 혼합 용액을 공급받아 작동 가스와 함께 혼합 용액을 미립자 액적(P) 상태로 분사하도록 구성된다. 이때, 사용되는 작동 가스는 혼합 용액과의 화학 반응이 억제될 수 있도록 공기, 수소, 질소, 헬륨 등 화학적으로 안정한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 초음속 분사 노즐(100)의 재질은 스틸, 스테인리스 스틸 또는 텅스텐 카바이드 등으로 형성될 수 있으며, 텅스텐 카바이드로 제작하게 되면, 재질 자체의 내마모성과 내열성이 우수하여 가열된 작동 가스와 대기 혹은 외부와의 열전달이 최소화되고, 이에 따라 작동 가스의 초음속 유동 속도를 극대화할 수 있다.

히팅부(200)는 초음속 분사 노즐(100)에 공급되는 작동 가스를 가열하는 장치로서, 초음속 분사 노즐(100)의 유입부 전방에 장착되어 작동 가스가 초음속 분사 노즐(100)에 유입되는 과정에서 가열되도록 구성될 수도 있고, 작동 가스의 저장조를 직접 가열하도록 장착되는 방식으로 구성될 수도 있는 등 다양하게 변경 가능하다. 히팅부(200)에 의한 작동 가스의 가열 온도는 350℃ 정도로 설정될 수 있다. 이와 같이 히팅부(200)를 통해 작동 가스를 가열함으로써, 이후 용액 공급부(300)의 혼합 용액을 작동 가스와 함께 분사하는 과정에서 혼합 용액을 미립자 액적(P) 상태로 용이하게 유도할 수 있고, 미립자 액적(P) 상태에서 휘발성 액체(P2)의 증발을 더욱 가속화시킬 수 있다.

용액 공급부(300)는 그래핀 입자(P1)와 휘발성 액체(P2)가 혼합된 상태의 혼합 용액이 저장되도록 형성되고, 저장된 혼합 용액이 초음속 분사 노즐(100)을 통해 작동 가스와 함께 분사되도록 초음속 분사 노즐(100)에 연결된다. 이때, 휘발성 액체(P2)는 에탄올과 같이 상온에서도 쉽게 휘발할 수 있는 액체가 적용되는 것이 바람직하다.

이러한 용액 공급부(300)는 시린지 펌프와 같이 일정양의 혼합 용액을 초음속 분사 노즐(100)에 공급하는 방식으로 구성될 수도 있으며, 이와 달리 단순히 혼합 용액을 저장하는 형태로 구성되고 초음속 분사 노즐(100)의 작동 가스 분사시 발생하는 압력 강하 현상에 의해 혼합 용액이 초음속 분사 노즐(100)로 유입되어 함께 분사되도록 하는 방식으로 구성될 수도 있다. 이때, 혼합 용액이 초음속 분사 노즐(100)로 공급되는 유량은 수십μl/mim ~ 수백μl/mim 로 설정될 수 있으며, 그 공급 유량은 사용자의 필요에 따라 다양하게 조절할 수 있고, 이에 따라 그래핀 필름의 다양한 적용 분야에 사용할 수 있다.

이와 같은 구조에 따라 초음속 분사 노즐(100)을 통해 작동 가스를 분사하면, 용액 공급부(300)로부터 혼합 용액이 초음속 분사 노즐(100)로 유입되어 작동 가스와 함께 초음속 상태로 분사된다. 이때, 혼합 용액은 작동 가스의 온도에 의해 가열됨과 동시에 초음속 상태로 가속되기 때문에, 초음속 분사 노즐(100)을 통해 분사되는 과정에서 미립자 액적(P) 상태로 분사된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 그래핀 입자(P1)를 핵으로 하여 외부 공간에 휘발성 액체(P2)가 응결된 형태의 미립자 액적(P) 상태로 초음속 분사 노즐(100)을 통해 분사된다.

이러한 미립자 액적(P)은 분사되는 과정에서 초음속 분사 노즐(100)의 출구에서부터 기판(S)의 표면에 도달하는 동안 휘발성 액체(P2)가 증발하게 되고, 따라서, 기판(S)의 표면에는 휘발성 액체(P2)가 증발한 상태로 그래핀 입자(P1)가 증착 코팅된다. 특히, 작동 가스가 히팅부(200)에 의해 가열된 상태로 분사되므로, 미립자 액적(P)이 분사되는 동안에도 작동 가스의 온도에 의해 미립자 액적(P)이 가열되므로 휘발성 액체(P2)의 증발이 더욱 활발하게 일어나고, 이에 따라 기판(S)의 표면에는 더욱 순수한 상태의 그래핀 입자(P1)가 증착 코팅될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치는 작동 가스를 가열하여 초음속 분사 노즐(100)을 통해 분사하고, 그래핀 입자(P1)가 함유된 혼합 용액을 초음속 분사 노즐(100)을 통해 미립자 액적(P) 상태로 작동 가스와 함께 분사함으로써, 분사하는 과정에서 휘발성 액체(P2)가 증발하고 그래핀 입자(P1)만 기판(S)의 표면에 증착 코팅되도록 하는 방식으로 구성된다.

따라서, 종래 기술과 달리 진공 공정인 화학기상증착법을 이용하지 않아도 되고, 별도의 에칭과 전사 과정 등의 복잡한 제조 공정을 거치지 않아도 단순히 스프레이 방식을 통해 그래핀 입자(P1)를 기판(S)의 표면에 증착 코팅시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 저온 상태에서 그래핀 입자(P1)를 증착 코팅시킬 수 있기 때문에, 고온의 열에 취약한 유연 기판 등의 표면에도 그래핀 입자(P1)의 증착 코팅을 용이하게 수행할 수 있고, 더욱 다양한 용도로 활용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 초음속 분사 노즐(100)의 분사를 통해 그래핀 입자(P1)가 기판(S)의 표면에 증착 형성되는 과정에서 기판(S)을 가열할 수 있도록 별도의 가열판(400)이 구비될 수 있다. 이러한 가열판(400)은 일면에 기판(S)이 안착될 수 있도록 형성되어 열전도 방식으로 기판(S)을 가열할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 가열판(400)은 기판(S)이 안착될 수 있는 스테이지 형태로 내부에는 히팅 코일(미도시)이 내장된 형태로 구성될 수 있다.

이와 같이 가열판(400)에 의해 기판(S)을 가열함으로써, 기판(S)의 표면에 증착될 수 있는 휘발성 액체(P2)의 액막을 증발 제거할 수 있다. 즉, 초음속 분사 노즐(100)로부터 분사되는 미립자 액적(P)은 전술한 바와 같이 기판(S)의 표면에 도달하는 과정에서 휘발성 액체(P2)가 증발하게 되지만, 미립자 액적(P)이 서로 결합되어 액적의 크기가 증가하게 되는 경우 또는 혼합 용액을 과잉 공급하는 경우 등과 같이 특정 상황에서는 미립자 액적(P)의 휘발성 액체(P2)가 완전히 증발하지 않고 기판(S)의 표면에 도달할 수 있고, 이 경우 기판(S)의 표면에는 휘발성 액체(P2)로 인한 액막이 생성될 수 있다. 이렇게 생성된 액막은 주변의 그래핀 입자(P1)들을 밀어내게 되고 그래핀 입자(P1)들을 서로 뭉치게 하는 등 증착 코팅의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 기판(S)의 표면에 생성될 수 있는 액막을 제거할 수 있도록 기판(S)의 일면에 접촉하여 열전도 방식으로 기판(S)을 가열할 수 있는 가열판(400)을 장착하고, 이를 통해 기판(S)을 가열하여 액막을 증발 제거할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(S)에 증착 코팅된 그래핀 층에 레이저 빔을 조사할 수 있도록 레이저 조사기(500)가 구비될 수 있으며, 이를 통해 그래핀 층의 균일성을 향상시킬 수 있다.

즉, 전술한 스프레이 공정을 통해 그래핀 입자(P1)는 초음속 유동 내에서 불규칙한 형태로 기판(S)에 증착하게 되고 그래핀 입자가 구겨지는 형태로 존재할 수 있는데, 이러한 그래핀 입자의 불규칙한 형태와 구겨진 형상을 개선하기 위해 레이저빔과 같은 높은 에너지를 공급할 수 있다. 그래핀은 열에너지를 받게 되면 팝콘과 같이 부피가 팽창하게 되는데, 이러한 그래핀의 특징을 이용하여 레이저빔과 같은 높은 에너지를 그래핀 입자에 공급하여 평평하고 넓은 면적을 갖는 그래핀층을 형성시킬 수 있다.

도 3에는 이와 같이 형성된 그래핀 필름의 코팅 상태를 확인하기 위해 현미경으로 확대 촬영한 사진을 도시하였고, 도 4에는 X선 회절분석기를 이용하여 그래핀층을 분석한 테스트 결과를 도시하였으며, 도 5에는 그래핀 필름의 가시광 투과도 및 표면 저항에 대한 테스트 결과를 도시하였다. 도 3 내지 도 5를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따라 저온 스프레이 방식을 통해 증착 코팅된 그래핀 필름은 그 투과도 및 표면 저항 등 그 특성이 매우 우수하여 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐의 용액 주입구 형상을 예시적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음속 분사 노즐(100)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 작동 가스가 유동하도록 내부 공간에 가스 유로(120)가 형성되는 노즐 하우징(110)과, 노즐 하우징(110)에 형성된 가스 유로(120)의 중단부에 직각 방향으로 연통되도록 노즐 하우징(110)에 형성되는 용액 주입구(130)를 포함하여 구성된다. 노즐 하우징(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)으로 분리 형성되고, 상호 결합하여 내부에 하나의 가스 유로(120)를 형성하도록 구성될 수 있다. 이때, 용액 공급부(300)는 노즐 하우징(110)의 가스 유로(120) 내부로 혼합 용액이 공급되도록 용액 주입구(130)에 연통되게 결합된다.

가스 유로(120)는 양단에 유입구(121-1) 및 배출구(123-1)가 형성되고, 중단부에는 유동 단면적이 감소하는 교축부(122)가 형성된다. 유입구(121-1)로부터 교축부(122)까지는 유동 단면적이 감소하는 형태로 유입부(121)가 형성되고, 교축부(122)로부터 배출구(123-1)까지는 유동 단면적이 증가하는 형태로 배출부(123)가 형성된다. 이때, 유입부(121) 내주면이 곡면을 이루도록 형성되며, 유동 단면적 자체는 교축부(122)로 갈수록 감소하되 그 폭은 증가하는 형태로 형성될 수 있다.

교축부(122)로부터 배출구(123-1)로 향하는 배출부(123) 구간에는 배출구(123-1)로 갈수록 유동 단면적이 증가하는 방향으로 경사지도록 경사면(123-2)이 형성된다. 따라서, 배출부(123) 구간에서는 경사면(123-2) 형태에 의해 상대적으로 가스 유로(120)의 폭이 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.

용액 주입구(130)는 이러한 경사면(123-2)에 형성되어 가스 유로(120)에 연통되도록 형성될 수 있다. 따라서, 가스 유로(120)를 통해 초음속 속도로 작동 가스가 분사되면, 가스 유로(120) 내부에서 압력 강하 현상이 발생하고, 이에 따라 용액 주입구(130)를 통해 혼합 용액이 가스 유로(120) 내부로 유입되고, 유입된 상태에서 작동 가스와 함께 배출구(123-1)를 통해 미립자 액적 상태로 분사된다.

이때, 용액 주입구(130)는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 원형 유로를 갖는 형태로 형성될 수도 있으나, 이 경우 미립자 액적(P)의 확산 범위가 상대적으로 좁고 따라서 특정 영역에만 집중적으로 그래핀 증착 코팅될 수 있다. 이와 달리 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 용액 주입구(130)가 작동 가스의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 타원 형태로 경사면(123-2)에 형성되면, 미립자 액적(P)의 확산 범위가 상대적으로 넓어지게 되고, 이에 따라 더욱 넓은 영역으로 미립자 액적(P)이 분사될 수 있으므로, 더 넓은 영역에 그래핀 입자를 증착 코팅시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 초음속 분사 노즐 110: 하우징
120: 가스 유로 130: 용액 주입구
200: 히팅부 300: 용액 공급부
400: 가열판 500: 레이저 조사기
P: 미립자 액적 P1: 그래핀 입자
P2: 휘발성 액체 S: 기판

Claims (10)

1. 기판을 향해 작동 가스를 초음속 상태로 분사하는 초음속 분사 노즐;
   상기 초음속 분사 노즐에 공급되는 작동 가스를 가열하는 히팅부; 및
   그래핀 입자와 휘발성 액체가 혼합된 상태의 혼합 용액이 저장되고, 상기 혼합 용액이 상기 초음속 분사 노즐을 통해 상기 작동 가스와 함께 분사되도록 상기 초음속 분사 노즐에 연결되는 용액 공급부
   를 포함하고, 상기 혼합 용액은 상기 그래핀 입자가 함유된 미립자 액적 상태로 상기 초음속 분사 노즐을 통해 분사되고, 분사되는 과정에서 상기 휘발성 액체가 증발되어 상기 그래핀 입자가 상기 기판에 증착 코팅되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음속 분사 노즐은
   상기 작동 가스가 유동하도록 내부 공간에 가스 유로가 형성되는 노즐 하우징; 및
   상기 노즐 하우징에 형성된 가스 유로의 중단부에 직각 방향으로 연통되도록 상기 노즐 하우징에 형성되는 용액 주입구
   를 포함하고, 상기 용액 공급부는 상기 가스 유로 내부로 상기 혼합 용액이 공급되도록 상기 용액 주입구에 연통되게 결합되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 가스 유로에 연통되는 상기 용액 주입구의 단면 형상은 상기 작동 가스의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 가스 유로는 양단에 유입구 및 배출구가 형성되고, 중단부에는 유동 단면적이 감소하는 교축부가 형성되며,
   상기 교축부로부터 상기 배출구로 향하는 구간에는 상기 배출구로 갈수록 유동 단면적이 증가하는 방향으로 경사지도록 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 용액 주입구는 상기 경사면에 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 용액 주입구는 상기 경사면에 상기 작동 가스의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초음속 분사 노즐은 스틸, 스테인리스 스틸 및 텅스텐 카바이드 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그래핀 입자가 상기 기판에 증착 형성되는 과정에서 상기 기판을 가열할 수 있도록 별도의 가열판이 구비되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 가열판은 일면에 상기 기판이 안착될 수 있도록 형성되어 열전도 방식으로 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
   
10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 증착 코팅된 그래핀층에 레이저빔을 조사할 수 있도록 레이저 조사기가 구비되는 것을 특징으로 하는 저온 스프레이 방식 그래핀 증착 장치.
    
    

Images