KR20140119950A - Apparatus and method of manufacturing Graphene - Google Patents

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송병륜
최길수
최낙의
심형섭
정한영
이정훈
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도시바삼성스토리지테크놀러지코리아 주식회사
서울대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed are a graphene manufacturing apparatus and a graphene manufacturing method. The graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a light irradiation unit for linearly collecting light from a light source and irradiating the light to a graphite oxide thin layer coated on a substrate. Thus, when the graphene is manufactured by reducing the graphite oxide layer, high-quality graphene can be more economically mass-produced.

Description

그래핀 제조장치 및 그 방법 {Apparatus and method of manufacturing Graphene}[0001] Apparatus and method of manufacturing Graphene [

본 발명은 광 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광원을 사용한 그래핀 제조기술과 관련된다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system, and more particularly to a technique for manufacturing a graphene using a light source.

그래핀(graphene)은 탄소의 동소체 중의 하나로, 탄소 원자 한 층으로 되어 있는 두께 약 0.35nm의 2차원 평면 형태의 얇은 막 구조를 갖고 있다. 탄소가 마치 그물처럼 연결된 벌집 구조를 갖기 때문에, 그래핀은 이때 생긴 공간적 여유로 신축성이 생겨 형태가 변해도 비교적 잘 견딜 수 있다. 또한 육각형의 탄소 구조가 가지는 전자배치의 특성 때문에 전도성을 잃지 않아 화학적으로 안정하다.Graphene is one of the carbon isotopes, and has a thin film structure of a two-dimensional planar shape with a thickness of about 0.35 nm consisting of one carbon atom. Since carbon has a honeycomb structure like a net, graphene can withstand relatively well even if its shape changes because of the space margin created at this time. In addition, the hexagonal carbon structure is chemically stable because it does not lose its conductivity due to its electronic arrangement characteristics.

그래핀은 상온에서 단위면적당 구리보다 약 100배 많은 전류를 전달할 수 있으며, 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전달할 수 있을 뿐만 아니라 열전도성이 가장 좋은 다이아몬드보다 열전도성이 2배 이상 높고, 기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하다. 따라서 차세대 전자소재로 활용도가 매우 높다. 이러한 특성으로 인해 예를 들어 그래핀으로 전극을 만들 경우 배터리가 가지는 높은 에너지 밀도와 커패시터(capacitor)가 가지는 높은 파워 성능이라는 장점을 모두 가질 수 있다.Graphene is capable of delivering about 100 times more current than copper per unit area at room temperature, delivering more than 100 times faster than silicon, more than twice the thermal conductivity of diamond with the best thermal conductivity, and mechanical strength greater than steel More than 200 times stronger. Therefore, it is highly utilized as a next generation electronic material. These characteristics make it possible, for example, to have electrodes with graphene, both of the high energy density of the battery and the high power performance of the capacitor.

그래핀은 일반적으로 박리 또는 합성 방법으로 만들어진다. 박리방법은 일반적으로 쉽게 얻을 수 있는 흑연으로부터 그래핀을 떼어내는 방법이다. 상대적으로 에너지가 적게 들고 대량생산이 가능하나, 넓은 면적으로 만들기 어렵고 수율이 낮다는 단점이 있다. 떼어내는 방법에 따라 물리적, 화학적 박리로 분류할 수 있다. 다른 방법으로 합성방법이 있는데, 이는 탄소원으로부터 그래핀 막을 직접 합성하는 방법이다. 상대적으로 에너지가 많이 필요하나 넓은 면적으로 결함이 거의 없이 생산할 수 있다는 장점이 있다.Graphene is usually produced by stripping or synthetic methods. The peeling method is generally a method of removing graphene from graphite which can be easily obtained. Although it is relatively energy-efficient and can be mass-produced, it has a drawback that it is difficult to produce a large area and yield is low. Depending on how they are removed, they can be classified as physical or chemical exfoliation. Another method is the synthesis of the graphene film directly from the carbon source. It has the advantage that it can produce relatively few defects with a large area but requires a relatively large amount of energy.

그러나 현재까지는 적은 비용으로 균일하면서 대면적인 그래핀을 효과적으로 만들어 내는데 한계가 있다. 또한 일반적인 방법으로 만들어진 그래핀은 단위그램당 커패시턴스가, 이론적인 단위그램당 최대 캐패시턴스 값인 550F/g 보다 훨씬 낮은 99~130F/g 정도밖에는 나오지 않는다.
Until now, however, there is a limit to effectively producing homogeneous, large-area graphene at low cost. Also, graphene made by conventional methods has a capacitance per unit gram of only about 99-130 F / g, which is much lower than the maximum capacitance value of 550 F / g per theoretical unit gram.

박막의 그라파이트 옥사이드 층을 환원시켜 그래핀을 제조하는 데 있어 고품질의 그래핀을 보다 경제적으로 대량 생산할 수 있는 그래핀 제조장치 및 그 방법이 제공된다.
There is provided a graphene manufacturing apparatus and a method for producing graphene of a high quality in a more economical manner in mass production of graphene by reducing a graphite oxide layer of a thin film.

본 발명의 일 양상에 따른 그래핀 제조장치는, 광원과, 광원으로부터의 광을 선형으로 집광하여, 기판 위에 도포된 박막의 그라파이트 옥사이드 층에 조사하는 광 조사부를 포함한다.A graphene manufacturing apparatus according to one aspect of the present invention includes a light source and a light irradiation portion for linearly condensing light from a light source and irradiating the graphite oxide layer of the thin film coated on the substrate.

광 조사부는, 광원으로부터 생성된 광을 선형으로 집광하는 선형 집광 렌즈와, 선형 집광 렌즈의 초점거리를 변경하거나 선형 집광 렌즈를 이송하는 구동부와, 광원의 광 세기 및 구동부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The light irradiation unit includes a linear condensing lens for linearly condensing the light generated from the light source, a driving unit for changing the focal distance of the linear condensing lens or for transferring the linear condensing lens, and a control unit for controlling the light intensity of the light source and the driving unit .

이때, 제어부는 기판 위를 등속으로 이동해가면서 선형 집광 렌즈에 집광된 광을 기판에 조사하도록 구동부를 제어할 수 있다. 선형 집광 렌즈는 실린드리컬 렌즈일 수 있다.At this time, the control unit may control the driving unit to irradiate the substrate with the light condensed on the linear condensing lens while moving at a constant speed on the substrate. The linear converging lens may be a cylindrical lens.

그래핀 제조장치는 광원으로부터 수신되는 광 경로를 변경하는 광 경로 변경수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 광원으로부터 수신되는 광 경로 상에 위치하여 광원으로부터 수신되는 광을 도광하는 도광층을 더 포함할 수 있다.The graphene fabrication apparatus may further comprise optical path changing means for changing the optical path received from the light source. The light guide plate may further include a light guide layer positioned on a light path received from the light source and guiding light received from the light source.

광원은 코히어런트 광을 생성하는 광원일 수 있는데, 레이저 광일 수 있다. 광원은 인-코히어런트 광을 생성하는 광원일 수 있는데, 고파워 LED광일 수 있다. 기판은 폴리카보네이트를 포함하는 열가소성 플라스틱 중합체 기판일 수 있다.The light source may be a light source that generates coherent light, which may be laser light. The light source may be a light source that generates in-coherent light, which may be a high power LED light. The substrate may be a thermoplastic plastic polymer substrate comprising polycarbonate.

한편 본 발명의 또 다른 양상에 따른 그래핀 제조방법은, 박막의 그라파이트 옥사이드 층이 도포된 기판을 준비하는 단계와, 광원으로부터의 광을 선형으로 집광하여 그라파이트 옥사이드 층에 조사하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphene comprising preparing a substrate coated with a thin graphite oxide layer, and linearly condensing light from the light source to irradiate the graphite oxide layer.

그라파이트 옥사이드 층을 환원시켜 그래핀을 제조하는데 있어 광원으로부터의 광을 선형으로 집광함으로써 고품질의 그래핀을 보다 경제적으로 대량 생산할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 그래핀 제조장치를 통해 만들어진 그래핀은 그 성능 특성이 다른 방법을 통해 만들어진 그래핀보다 우수하다.
In the production of graphene by reducing the graphite oxide layer, high-quality graphene can be economically mass produced by linearly condensing the light from the light source. Further, the graphene produced by the graphene manufacturing apparatus according to the present invention is superior to the graphene produced by other methods in terms of the performance characteristics thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 제조장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 광 조사부의 세부 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 집광 렌즈의 외관도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 그래핀 제조장치의 구현 예를 설명하기 위한 그래핀 제조장치의 정면도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 경로 변경수단을 포함하는 그래핀 제조장치의 구현 예를 설명하기 위한 그래핀 제조장치의 측면도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도광층을 포함하는 그래핀 제조장치의 구현 예를 도시한 참조도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 제조방법의 플로우차트이다.1 is a schematic view of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a detailed configuration diagram of the light irradiation unit of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention,
3 is an external view of a linear condenser lens according to an embodiment of the present invention.
4 is a front view of a graphene manufacturing apparatus for explaining an embodiment of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
5 is a side view of a graphene manufacturing apparatus for explaining an embodiment of a graphene manufacturing apparatus including an optical path changing means according to an embodiment of the present invention;
6 is a reference view showing an embodiment of a graphene manufacturing apparatus including a light guide layer according to an embodiment of the present invention,
7 is a flowchart of a graphene manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, specific examples for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 제조장치(1)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a graphene manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 그래핀 제조장치(1)는 광원(10)과 광 조사부(12)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the graphene manufacturing apparatus 1 includes a light source 10 and a light irradiation unit 12.

광원(10)은 점 광원(point of light source)일 수 있다. 광원(10)은 코히어런트 광(coherent light)을 생성하는 광원일 수 있는데, 예를 들어 레이저 광(laser light)을 생성할 수 있다. 레이저 광은 광 기록 및/또는 재생장치에서 사용되는 파장을 갖는 레이저 광일 수 있다. 또는, 광원(10)은 인-코히어런트 광(in-coherent light)을 생성하는 광원일 수 있는데, 예를 들어 고파워 LED(Light Emitting Diode) 광을 생성할 수 있다. 광원(10)은 복수 개가 어레이 형태로 구성될 수도 있다.The light source 10 may be a point of light source. The light source 10 may be a light source that generates coherent light, for example, a laser light. The laser light may be a laser light having a wavelength used in an optical recording and / or reproducing apparatus. Alternatively, the light source 10 may be a light source that generates in-coherent light, for example, a high power LED (Light Emitting Diode) light. A plurality of light sources 10 may be configured in an array form.

광 조사부(12)는 광원(10)으로부터 생성된 광을 광학 소자를 이용하여 선형으로 집광한 후 이를 기판(2)에 조사한다. 광학 소자는 선형 집광 렌즈일 수 있다. 광 조사부(12)의 세부 구성에 대해서는 도 2에서 후술한다.The light irradiation unit 12 linearly collects the light generated from the light source 10 using an optical element, and then irradiates the light onto the substrate 2. The optical element may be a linear condensing lens. The detailed structure of the light irradiation unit 12 will be described later with reference to FIG.

기판(2) 위에는 박막의 그라파이트 옥사이드 층(Graphite Oxide: GO)이 도포된다. 광 조사부(12)가 기판(2)의 그라파이트 옥사이드(GO)에 광을 조사하면 그라파이트 옥사이드(GO)가 환원되어, 환원된 그라파이트 옥사이드(reduced Graphite Oxide: rGO)가 생성된다. 환원된 그라파이트 옥사이드(rGO)에는 다수의 그래핀(graphene)이 포함되며, 본 발명에서는 환원된 그라파이트 옥사이드(rGO)를 그래핀과 동일한 개념으로 간주한다.On the substrate 2, a thin graphite oxide (GO) layer is applied. When the light irradiating unit 12 irradiates the graphite oxide GO of the substrate 2 with light, the graphite oxide GO is reduced to produce reduced graphite oxide (rGO). Reduced graphite oxide (rGO) includes a large number of graphenes, and in the present invention, reduced graphite oxide (rGO) is considered the same concept as graphene.

일 실시 예에 따르면 기판(2)은 디비디(DVD), 씨디(CD) 등과 같은 광 디스크(optical disk) 구조의 폴리카보네이트(polycarbonate) 기판이다. 폴리카보네이트는 열가소성 플라스틱 폴리머의 특정그룹으로 쉽게 가공되고, 사출 성형되고, 열 성형될 수 있다. 폴리카보네이트는 우수한 내열성, 내충격성 및 광학적 특성을 갖고 있어 디비디, 씨디 등의 플라스틱 재질 등 미디어 광 저장매체 소재의 원료에 폭넓게 사용되고 있는 고기능성 엔지니어링 플라스틱이다. 한편, 폴리카보네이트를 일 예로 설명하였으나, 기판(2)의 재질은 수지류, 철금속류나 비철금속류와 같은 다양한 소재가 될 수 있음은 물론이다.According to one embodiment, the substrate 2 is a polycarbonate substrate having an optical disk structure such as a DVD, a CD, or the like. Polycarbonates can be easily processed into specific groups of thermoplastic plastic polymers, injection molded, and thermoformed. Polycarbonate has high heat resistance, impact resistance, and optical properties, and is a high-performance engineering plastic widely used as a raw material for media optical storage media materials such as plastic materials such as DVD and CD. Meanwhile, although polycarbonate has been described as an example, it is needless to say that the material of the substrate 2 may be various materials such as resins, ferrous metals, and non-ferrous metals.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 광 조사부(12)의 세부 구성도이다.FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the light irradiation unit 12 of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 광 조사부(12)는 선형 집광 렌즈(120), 구동부(121) 및 제어부(122)를 포함한다.2, the light irradiating unit 12 includes a linear converging lens 120, a driving unit 121, and a control unit 122.

광원(10)이 광을 생성하여 이를 선형 집광 렌즈(120)에 입사하면, 선형 집광 렌즈(120)는 입사 받은 광을 선형으로 집광하여 선형의 광을 출사한다. 이때, 선형 집광 렌즈(120)는 선형의 광을 생성하여 출사하는 역할을 한다. 선형 집광 렌즈(120)는 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)일 수 있는데, 바람직하게는 볼록 실린드리컬 렌즈(Plano-Convex cylindrical lens)일 수 있다. 선형 집광 렌즈(120)의 형태에 대해서는 도 3에서 상세히 후술한다.When the light source 10 generates light and enters the linear converging lens 120, the linear converging lens 120 linearly collects the incident light and emits linear light. At this time, the linear condenser lens 120 generates linear light and emits the linear light. The linear focusing lens 120 may be a cylindrical lens, preferably a plano-convex cylindrical lens. The shape of the linear converging lens 120 will be described in detail later with reference to FIG.

광원(10)으로부터 생성된 광을 선형 집광 렌즈(120)를 통해 그파라이트 옥사이드 층에 조사하면, 그파라이트 옥사이드 층에 점이 아닌 선형으로 상이 형성되게 된다. 이에 따라, 일반적으로 사용되는 그래핀 제조방법에 비하여 상대적으로 에너지가 적게 들고 제조 시간이 단축되어 대량 생산이 가능하다.When the light generated from the light source 10 is irradiated through the linear condenser lens 120 onto the giparite oxide layer, a linear image is formed instead of a point on the giparate oxide layer. Accordingly, compared with the generally used graphene manufacturing method, relatively less energy is used and the manufacturing time is shortened, which enables mass production.

점 광원은 비교적 좁은 면적에 광이 집중되므로 넓은 면적을 가공하는데 시간이 많이 걸릴 수 있고, 점 광원 조사 위치(irradiation)에 따라 제조되는 그래핀의 품질이 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 그래핀을 제조하기 위해 점 광원을 이용하여 그라파이트 옥사이드 층에 원주 방향을 따라 나선형으로 가공하는 방식은, 기판을 갭(gap) 없이 촘촘하게 가공하는데 많은 시간이 소요되어 생산성의 한계가 존재한다. 또 다른 예로, 점 광원을 이용하여 스캔하는 방식은, 그라파이트 옥사이드 층의 x-y 스테이지(stage) 상에 x축을 따라 각 점들(points)을 일일이 스캔한 후 y축으로 스텝하여 다시 다른 열의 x축을 따라 각 점들을 순차적으로 스캔해야 하므로 가공시간이 길어지고 경로 변경 시에 속도 저하가 발생한다.Since the point light source concentrates light in a relatively narrow area, it may take a long time to process a large area, and the quality of graphene produced according to the irradiation of the point light source may not be uniform. For example, in a method of spirally processing a graphite oxide layer in a circumferential direction using a point light source to produce graphene, it takes a long time to densely process the substrate without a gap, resulting in a limit in productivity do. As another example, in a scanning method using a point light source, each point is scanned along the x axis on the xy stage of the graphite oxide layer, followed by stepping on the y axis and then again along the x axis of the other column Since the points have to be scanned sequentially, the machining time becomes longer and the speed decreases when changing the path.

이에 비하여, 본 발명의 선형 집광 렌즈(120)를 사용하는 경우, 기판에 점이 아닌 선형으로 상이 형성된다. 이때 스캔(scan)하는 방식을 이용하여 그래핀을 가공하면, 기판의 x축을 따라 각 점들을 일일이 스캔할 필요 없이 선형 집광 렌즈(120)를 이용하여 x축 선상을 한 번에 스캔한 후 y축으로 스텝하기만 하면 되므로 그래핀을 제조하는 데 상대적으로 에너지가 적게 들고 제조 시간이 단축되어 대량 생산이 가능하다.On the other hand, when the linear condenser lens 120 of the present invention is used, a linear image is formed on the substrate rather than a point. In this case, when the graphene is processed using a scan method, the x-axis is scanned at once using the linear condenser lens 120 without scanning each point along the x-axis of the substrate, It is possible to manufacture graphene in a relatively small amount of energy and shorten the manufacturing time to mass production.

구동부(121)는 선형 집광 렌즈(120)의 초점거리(f)를 변경하거나 선형 집광 렌즈(120)를 이송시킨다. 이를 위해, 구동부(121)는 선형 집광 렌즈(120)의 거리를 조절하는 거리조절 수단과, 선형 집광 렌즈(120)를 소정의 축을 기준으로 이동시키는 스텝모터(step motor) 등의 구동수단과, 구동수단의 이동을 가이드하는 가이드 레일(guide rail) 등이 구비될 수 있다.The driving unit 121 changes the focal length f of the linear converging lens 120 or conveys the linear converging lens 120. To this end, the driving unit 121 includes driving means such as a step motor for moving the linear converging lens 120 with respect to a predetermined axis, A guide rail for guiding the movement of the driving means, and the like.

제어부(122)는 광원(10)의 광 세기 및 구동부(121)를 제어한다. 일 실시 예에 따라, 제어부(122)는 구동부(121)를 통해 선형 집광 렌즈(120)를 일정한 방향, 예를 들면 위에서 아래 방향으로 이송시켜 스캐닝한다. 이 경우, 광이 선형 집광 렌즈(120)의 이송에 따라 기판 위에서 아래로 순차적으로 조사되게 되며, 결국 기판의 모든 영역에 도포된 그라파이트 옥사이드를 신속하게 환원시켜 그래핀을 제조할 수 있다. 제어부(122)는 기판 위를 등속으로 이동해가면서 선형 집광 렌즈(120)에 집광된 광을 기판에 조사하도록 구동부(121)를 제어할 수 있다.The control unit 122 controls the light intensity of the light source 10 and the driving unit 121. According to one embodiment, the controller 122 moves the linear converging lens 120 through the driving unit 121 in a predetermined direction, for example, from top to bottom. In this case, the light is sequentially irradiated downward on the substrate in accordance with the transfer of the linear condenser lens 120, and consequently, the graphite oxide applied to all the regions of the substrate can be rapidly reduced to produce graphene. The control unit 122 can control the driving unit 121 to irradiate the substrate with the light condensed on the linear condensing lens 120 while moving at a constant speed on the substrate.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 집광 렌즈(120)의 외관도이다.3 is an external view of a linear condenser lens 120 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 선형 집광 렌즈(120)는 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)일 수 있는데, 바람직하게는 볼록 실린드리컬 렌즈(Plano-Convex cylindrical lens)일 수 있다. 실린드리컬 렌즈의 곡면은 원형 또는 타원형일 수 있다. 광원(10)에서 출력된 광은 선형 집광 렌즈(120)의 볼록 면에 입사되고, 선형 집광 렌즈(120)의 구조에 의해 집광된 이후 도 3에 도시된 바와 같이 기판에 점이 아닌 선형(120)으로 상이 형성되게 된다. 즉, 입사광이 실린드리컬 렌즈에 입력되면, 실린드리컬 렌즈의 축 방향으로 직교하는 방향으로 집광되면서 선형 상의 출사광을 생성한다.Referring to FIG. 3, the linear converging lens 120 may be a cylindrical lens, preferably a plano-convex cylindrical lens. The curved surface of the cylindrical lens may be circular or elliptical. The light output from the light source 10 is incident on the convex surface of the linear condenser lens 120 and is condensed by the structure of the linear condenser lens 120, As shown in FIG. That is, when the incident light is input to the cylindrical lens, the light is condensed in the direction orthogonal to the axial direction of the cylindrical lens, and linearly emitted light is generated.

선형 집광 렌즈(120)의 너비(B)는 기판의 x축의 길이와 동일할 수 있다. 이때, 스캔하는 방식을 이용하여 그래핀을 가공하면, 기판의 x축을 따라 각 점들을 순차적으로 가공하는 작업을 생략하고, 한 번에 x축을 가공한 후 y축으로 스텝하는 작업만을 수행하면 되어 작업속도를 향상시킬 수 있어 그래핀 대량생산이 가능하다.The width B of the linear converging lens 120 may be equal to the length of the x-axis of the substrate. In this case, if graphening is performed using the scanning method, it is necessary to perform the step of machining the x-axis at one time and then stepping in the y-axis at the same time by omitting the operation of sequentially processing each point along the x- The speed can be improved, and graphene mass production is possible.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 그래핀 제조장치(1)의 구현 예를 설명하기 위한 그래핀 제조장치(1)의 정면도이다.4 is a front view of a graphene manufacturing apparatus 1 for explaining an embodiment of the graphene manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따라 그래핀 제조장치(1)는 스텝모터와 같은 구동수단을 이용하여 가이드 레일(123)을 따라 선형 집광 렌즈(120)를 기판(2) 상에서 일정한 방향으로 이송시켜 스캐닝한다. 예를 들어, 기판(2)의 제1열을 대상으로 선형 집광 렌즈(120)에 집광하여 제1열을 일괄적으로 가공한 이후, 선형 집광 렌즈(120)를 아래 방향의 제2열로 이송하고, 제2열을 대상으로 선형 집광 렌즈(120)에 집광하여 제2열을 일괄적으로 가공한다. 각 열을 일괄적으로 가공하기 위해서 선형 집광 렌즈(120)를 통해 선형 형태의 광이 기판(2)의 해당 열에 각각 출사된다. 이에 따라, 기판(2)에서 한 열씩 순차적으로 가공되며, 최종적으로 기판(2)의 모든 영역이 가공되게 된다. 도 4의 기판(2) 영역에 있어서 선형 집광 렌즈(120) 하부에 위치하는 영역은 GO가 도포된 상태이고, 선형 집광 렌즈(120) 상부에 위치하는 영역은 광 조사에 의해 GO가 환원되어 rGO로 가공된 상태이다.Referring to FIG. 4, the graphene manufacturing apparatus 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a linear converging lens 120 along a guide rail 123 by driving means such as a step motor, And scanning is performed. For example, after the first row of the substrate 2 is focused on the linear condenser lens 120 to collectively process the first row, the linear condenser lens 120 is transferred to the second row in the downward direction , And collects the second row on the linear condenser lens 120 to collectively process the second row. In order to collectively process each row, light in a linear form is output to the corresponding column of the substrate 2 through the linear condenser lens 120. As a result, the substrate 2 is sequentially processed one row at a time, and finally, all regions of the substrate 2 are processed. In the region of the substrate 2 shown in FIG. 4, the region below the linear converging lens 120 is coated with GO, and the region located above the linear converging lens 120 is irradiated with light, .

전술한 광 조사를 이미 거친 그라파이트 옥사이드 층에 한 번 더 광 조사를 하여 순도와 그래핀 산화 면적을 넓힐 수 있다. 예를 들어, 기판 위에 도포된 박막의 그라파이트 옥사이드 층에 레이저 광원으로부터의 광을 조사하여 일차적으로 환원시킨다. 그리고, 레이저 광 조사되어 일차적으로 환원된 그라파이트 옥사이드 층에 다시 한번 레이저 광원으로부터의 광을 조사하여 최종적으로 그래핀을 제조한다. 광 조사의 회수는 이에 한정되는 것은 아니고 그 이상 횟수 반복될 수도 있다.The purity and the graphene oxidation area can be widened by irradiating the graphite oxide layer already subjected to the light irradiation described above once more. For example, the graphite oxide layer of the thin film applied on the substrate is first reduced by irradiating light from the laser light source. The graphene oxide layer is irradiated with laser light and irradiated with light from the laser light source once again to finally produce the graphene oxide layer. The number of times of light irradiation is not limited to this and may be repeated more than the number of times.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 경로 변경수단(124)을 포함하는 그래핀 제조장치(1)의 구현 예를 설명하기 위한 그래핀 제조장치(1)의 측면도이다.5 is a side view of a graphene manufacturing apparatus 1 for explaining an embodiment of a graphene manufacturing apparatus 1 including an optical path changing means 124 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 그래핀 제조장치(1)는 광 경로 변경수단(124)을 포함한다. 이때, 광 경로 변경수단(124)은 광원(10)으로부터 수신되는 광이 선형 집광 렌즈(120)에 평행하게 입사될 수 있도록 광 경로를 변경한다. 광 경로 변경수단(124)의 예로는 프리즘일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도 5에 있어서, 선형 집광 렌즈(120) 상부에 위치하는 영역은, 광 조사에 의해 rGO가 생성된 상태로, 환원에 의해서 부피가 팽창해 있음을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 5, the graphene manufacturing apparatus 1 includes an optical path changing means 124. Fig. At this time, the optical path changing means 124 changes the optical path so that the light received from the light source 10 can be incident on the linear converging lens 120 in parallel. An example of the optical path changing means 124 may be a prism, but is not limited thereto. In Fig. 5, it can be confirmed that the region located above the linear converging lens 120 is in a state where rGO is generated by light irradiation, and the volume is expanded due to reduction.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도광층(125)을 포함하는 그래핀 제조장치(1)의 구현 예를 도시한 참조도이다.6 is a reference view showing an embodiment of a graphene manufacturing apparatus 1 including a light guide layer 125 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 그래핀 제조장치(1)는 도광층(125)을 포함한다. 광원(10)에서 출력된 광은 선형 집광 렌즈(120)의 볼록 면에 입사되고, 선형 집광 렌즈(120)는 광을 집광하여 도광층(125)에 전달하는데, 집광된 광은 도광층(125) 중 해당 광 경로 상에 위치한 소정의 층에 입사된다. 도광층(125)은 입사된 광을 도광한 후 이를 기판(2) 상에 전달한다.Referring to FIG. 6, the graphene manufacturing apparatus 1 includes a light guide layer 125. The light output from the light source 10 is incident on the convex surface of the linear condenser lens 120. The linear condenser lens 120 condenses the light and transmits the condensed light to the light guide layer 125. The condensed light passes through the light guide layer 125 Which is located on the corresponding optical path. The light guide layer 125 guides the incident light and transmits it onto the substrate 2.

도 6에 도시된 바와 같이, 광원(10)이 다수 개의 LED인 경우, 도광층(125)의 각 층은 해당하는 LED의 한쪽의 끝 면(입광 면)을 따라서 배치될 수 있다. 선형 집광 렌즈(120)와 도광층(125)은 분리되어 형성될 수 있으나, 일체로 형성될 수도 있다. 선형 집광 렌즈(120)는 복수 개로 분할된 어레이 형태일 수 있다. 도광층(125)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 투명 수지로 이루어질 수 있다.6, when the light source 10 is a plurality of LEDs, each layer of the light guide layer 125 may be disposed along one end surface (light incident surface) of the corresponding LED. The linear condenser lens 120 and the light guide layer 125 may be formed separately, but may be integrally formed. The linear focusing lens 120 may be in the form of an array divided into a plurality of parts. The light-guiding layer 125 may be made of a transparent resin such as polymethylmethacrylate (PMMA).

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 제조방법의 플로우차트이다.7 is a flowchart of a graphene manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1과 도 7을 참조하면, 우선, 박막의 그라파이트 옥사이드 층이 도포된 기판을 준비한다(700). 이어서, 그래핀 제조장치(1)는 광원으로부터의 광을 선형으로 집광하여 기판의 그라파이트 옥사이드 층에 조사한다(710). 이때, 그래핀 제조장치(1)는 광원으로부터 생성된 광을 선형 집광 렌즈에 집광하여 선형의 출사 광을 그라파이트 옥사이드 층에 형성시킬 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 7, first, a substrate coated with a graphite oxide layer is prepared (700). Next, the graphene manufacturing apparatus 1 linearly collects the light from the light source and irradiates the graphite oxide layer of the substrate (710). At this time, the graphene manufacturing apparatus 1 can condense the light generated from the light source on the linear condensing lens to form linearly emitted light on the graphite oxide layer.

일 실시 예에 따라, 그래핀 제조장치(1)는 선형 집광 렌즈를 이송하면서 이송되는 선형 집광 렌즈에 집광할 수 있다. 또한, 그래핀 제조장치(1)는 선형 집광 렌즈의 초점거리를 변경하여 초점거리가 변경된 선형 집광 렌즈에 집광할 수 있다.According to one embodiment, the graphene manufacturing apparatus 1 can converge the linear converging lens onto a linear converging lens which is transported while being transported. Further, the graphene manufacturing apparatus 1 can change the focal length of the linear converging lens and focus the converged light onto a linear converging lens whose focal length is changed.

그래핀 제조장치(1)는 선형 집광 렌즈에 광이 집광되도록 광원으로부터 생성되는 광 경로를 변경한 후 변경된 광 경로를 따라 선형 집광 렌즈에 집광할 수 있다. 또한, 그래핀 제조장치(1)는 광원으로부터 수신되는 광 경로 상에서 선형 집광 렌즈에 집광된 광을 도광층을 이용하여 도광할 수 있다.The graphene manufacturing apparatus 1 can change the optical path generated from the light source so that the light is converged on the linear converging lens, and then converge it on the linear converging lens along the changed optical path. Further, the graphene manufacturing apparatus 1 can conduct the light guided by the light guiding layer to the light converged by the linear converging lens on the light path received from the light source.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이로부터 당업자라면 자명하게 도출 가능한 다양한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similar arrangements that may occur to those skilled in the art.

나아가 전술한 실시 예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 특정 실시 예에 한정되지 아니할 것이다.
Further, the embodiments described above are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments.

1 : 그래핀 제조장치 10 : 광원
12 : 광 조사부 120 : 선형 집광 렌즈
121 : 구동부 122 : 제어부
123 : 가이드 레일 124 : 광 경로 변경수단
125 : 도광층1: Graphene manufacturing apparatus 10: Light source
12: light irradiation unit 120: linear condensing lens
121: driving unit 122:
123: guide rail 124: optical path changing means
125: light guiding layer

Claims (20)

광원; 및
상기 광원으로부터의 광을 선형으로 집광하여, 기판 위에 도포된 박막의 그라파이트 옥사이드 층에 조사하는 광 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
Light source; And
And a light irradiation unit for linearly condensing the light from the light source and irradiating the graphite oxide layer of the thin film coated on the substrate.
제1항에 있어서, 상기 광 조사부는
상기 광원으로부터 생성된 광을 선형으로 집광하는 선형 집광 렌즈;
상기 선형 집광 렌즈의 초점거리를 변경하거나 상기 선형 집광 렌즈를 이송하는 구동부; 및
상기 광원의 광 세기 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
The light source unit according to claim 1,
A linear condenser lens for linearly condensing the light generated from the light source;
A driving unit for changing the focal distance of the linear condensing lens or for transferring the linear condensing lens; And
And a control unit for controlling the light intensity of the light source and the driving unit.
제2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 기판 위를 등속으로 이동해가면서 상기 선형 집광 렌즈에 집광된 광을 상기 기판에 조사하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
3. The apparatus of claim 2, wherein the control unit
And controls the driving unit to irradiate the substrate with light converged on the linear converging lens while moving at a constant speed on the substrate.
제2항에 있어서,
상기 선형 집광 렌즈는 실린드리컬 렌즈인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the linear converging lens is a cylindrical lens.
제2항에 있어서,
상기 광원으로부터 수신되는 광 경로를 변경하는 광 경로 변경수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising optical path changing means for changing the optical path received from the light source.
제2항에 있어서,
상기 광원으로부터 수신되는 광 경로 상에 위치하여 상기 광원으로부터 수신되는 광을 도광하는 도광층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
3. The method of claim 2,
And a light guide layer positioned on the light path received from the light source and guiding light received from the light source.
제1항에 있어서, 상기 광원은
코히어런트 광을 생성하는 광원임을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
The light source according to claim 1,
And a light source for generating coherent light.
제7항에 있어서,
상기 코히어런트 광은 레이저 광임을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the coherent light is a laser light.
제1항에 있어서, 상기 광원은
인-코히어런트 광을 생성하는 광원임을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
The light source according to claim 1,
Wherein the light source is a light source for generating in-coherent light.
제9항에 있어서,
상기 인-코히어런트 광은 고파워 LED광임을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the in-coherent light is high power LED light.
제1항에 있어서,
상기 기판은 폴리카보네이트를 포함하는 열가소성 플라스틱 중합체 기판인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is a thermoplastic plastic polymer substrate comprising polycarbonate.
박막의 그라파이트 옥사이드 층이 도포된 기판을 준비하는 단계; 및
광원으로부터의 광을 선형으로 집광하여 상기 그라파이트 옥사이드 층에 조사하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
Preparing a substrate to which a thin film of graphite oxide layer is applied; And
Linearly condensing light from a light source and irradiating the graphite oxide layer;
≪ / RTI >
제12항에 있어서, 상기 그라파이트 옥사이드 층에 조사하는 단계는
상기 광원으로부터 생성된 광을 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계; 및
상기 선형 집광 렌즈에 집광된 광을 상기 그라파이트 옥사이드 층에 선형으로 출사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
13. The method of claim 12, wherein the step of irradiating the graphite oxide layer comprises
Converging the light generated from the light source onto a linear condenser lens; And
And linearly condensing the light converged on the linear converging lens into the graphite oxide layer.
제13항에 있어서, 상기 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계는
광원으로부터의 광이 상기 기판의 제1열에 조사되도록 상기 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계;
집광된 광이 제1열에 조사되면, 선형 집광 렌즈를 제2열로 이송하는 단계; 및
광원으로부터의 광이 상기 기판의 제2열에 조사되도록 제2열로 이송된 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
14. The method of claim 13, wherein the step of focusing on the linear focusing lens
Converging the light from the light source onto the linear converging lens so that the light from the light source is directed to the first row of the substrate;
When the condensed light is irradiated on the first row, transferring the linear condenser lens to the second row; And
Converging the light from the light source onto a linear converging lens transferred to the second row so as to be irradiated onto the second row of the substrate.
제13항에 있어서, 상기 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계는
광 경로 변경수단을 이용하여 상기 광원으로부터 생성되는 광의 경로를 변경하고 변경된 광 경로를 따라 상기 선형 집광 렌즈에 집광하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
14. The method of claim 13, wherein the step of focusing on the linear focusing lens
And changing the path of light generated from the light source by using the optical path changing means and focusing the light on the linear converging lens along the changed optical path.
제13항에 있어서, 상기 선형 집광 렌즈에 집광하는 단계는
상기 선형 집광 렌즈의 초점거리를 변경하고 초점거리가 변경된 선형 집광 렌즈에 집광하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
14. The method of claim 13, wherein the step of focusing on the linear focusing lens
And changing the focal distance of the linear converging lens and converging the converged light onto a linear converging lens having a changed focal length.
제13항에 있어서,
상기 광원으로부터 수신되는 광 경로 상에서 상기 선형 집광 렌즈에 집광된 광을 도광층을 이용하여 도광하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
14. The method of claim 13,
And guiding the light condensed on the linear condensing lens on the optical path received from the light source by using the light guide layer.
제13항에 있어서,
상기 선형 집광 렌즈는 실린드리컬 렌즈인 것을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the linear converging lens is a cylindrical lens.
제12항에 있어서,
상기 광원은 레이저 광임을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the light source is laser light.
제12항에 있어서, 상기 광원은
고파워 LED광임을 특징으로 하는 그래핀 제조방법.13. The apparatus of claim 12, wherein the light source
High power LED light.
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