KR20160002532A - Method for manufacturing porous graphene filter, porous graphene filter manufactued using the method, and filter apparatus using the porous graphene filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다공성 그래핀 필터의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 그래핀 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 다공성 그래핀을 이용하여 적어도 2 개의 서로 다른 물질들이 혼합된 혼합 물질들 중 특정 물질을 선택적으로 필터링 할 수 있는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 그래핀 필터 및 이를 이용한 필터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous graphene filter and a porous graphene filter manufactured using the porous graphene filter. More particularly, the present invention relates to a porous graphene filter using porous graphene, The present invention relates to a method for manufacturing a porous graphene filter capable of selectively filtering a material, a porous graphene filter manufactured using the same, and a filter device using the same.
최근 들어, 탄소 단원자층을 포함하는 그래핀(graphene)의 기술 개발이 급속히 진행되고 있다.Recently, the development of graphene technology including a carbon monomolecular layer has been progressing rapidly.
그래핀은 탄소 원자들이 한층으로 형성된 단원자층을 포함하며, 그래핀의 도전성은 구리에 비하여 매우 우수하고, 그래핀의 전자 이동성은 실리콘(silicon)에 비하여 빠르며, 그래핀은 강철에 비하여 매우 높은 강도를 갖는 다양한 장점들을 갖는 신소재로서, 그래핀은 초고속 반도체, 투명 전극을 활용한 플랙시블 디스플레이, 컴퓨터의 부품, 고효율 태양전지 등 다양한 분야에 적용되고 있다.Graphene has a single atomic layer in which carbon atoms are formed in a single layer. The conductivity of graphene is very superior to that of copper. The electron mobility of graphene is faster than that of silicon, and graphene has a very high strength Graphene has been applied to various fields such as ultra-high speed semiconductor, flexible display using transparent electrode, computer parts, and high efficiency solar cell.
종래 반도체, 디스플레이, 컴퓨터 부품 및 태양 전지 등에 사용되는 그래핀은 그래핀에 홀(through hole) 등과 같은 결함이 형성되지 않도록 하는 기술 방향으로 기술 개발이 진행되고 있다.BACKGROUND ART Conventionally, graphene used in semiconductors, displays, computer parts, and solar cells has been developed in the technical direction of preventing defects such as through holes from being formed in graphene.
본 발명은 탄소 단원자층 구조를 갖는 그래핀을 성막하는 도중 그래핀에 인위적으로 매우 작은 사이즈의 홀들을 형성하고, 그래핀에 인위적으로 형성한 홀들을 갖는 복수개의 다공성 그래핀 필터들을 이용하여 복수개의 물질들이 혼합된 혼합 물질 중 특정 물질을 선택적으로 필터링 할 수 있는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 다공성 그래핀 필터 및 이를 이용한 필터 장치를 제공한다.The present invention relates to a method of forming graphene having a carbon monomolecular layer structure by artificially forming very small holes in graphene and using a plurality of porous graphene filters having artificially formed holes in graphene, A porous graphene filter capable of selectively filtering a specific material among mixed materials in which materials are mixed, a porous graphene filter manufactured using the same, and a filter device using the same.
일실시예로서, 다공성 그래핀 필터의 제조 방법은 탄소 소스로부터 생성된 탄소 원자들로 그래핀을 성막하는 도중 일부 탄소 원자를 치환 소스로부터 생성된 치환 원자로 치환하여 상기 그래핀에 제1 사이즈를 갖는 제1 홀들이 형성된 제1 그래핀 필터를 형성하는 단계; 탄소 소스로부터 생성된 탄소 원자들로 그래핀을 성막하는 도중 일부 탄소 원자를 치환 소스로부터 생성된 치환 원자로 치환하여 상기 그래핀에 상기 제1 사이즈보다 큰 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터를 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 그래핀 필터들을 유입구 및 배출구가 형성된 필터 몸체 내부에 배치하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method of making a porous graphene filter comprises substituting some carbon atoms with substituting atoms generated from a substitution source during deposition of the graphene with carbon atoms generated from the carbon source to form graphene having a first size Forming a first graphene filter having first holes formed therein; The second hole having a second size larger than the first size is formed in the graphene by replacing some carbon atoms with substitution atoms generated from the substitution source during deposition of the graphene with carbon atoms generated from the carbon source, Forming a graphene filter; And disposing the first and second graphene filters inside a filter body having an inlet and an outlet.
상기 제1 그래핀 필터에 상기 제1 홀들을 형성하는 상기 치환 소스 및 상기 제2 그래핀 필터에 상기 제2 홀들을 형성하는 상기 치환 소스는 질소 원자를 포함한다.The substitution source forming the first holes in the first graphene filter and the substitution source forming the second holes in the second graphene filter comprise nitrogen atoms.
상기 제1 그래핀 필터를 형성하는 단계에서 상기 치환 소스의 제공량은 상기 제2 그래핀 필터를 형성하는 단계에서 상기 치환 소스의 제공량보다 적다.In the step of forming the first graphene filter, the amount of the substitutional source is smaller than the amount of the substitutional source in the step of forming the second graphene filter.
상기 탄소 소스는 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 아세톤(CH3COCH3), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 및 자일렌(C6H4(CH3)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.The carbon source is methane (CH 4), methanol (CH 3 OH), carbon monoxide (CO), ethane (C 2 H 6), ethylene (CH 2), ethanol (C 2 H 5), acetylene (C 2 H 2 ), acetone (CH 3 COCH 3), propane (CH 3 CH 2 CH 3) , propylene (C 3 H 6), butane (C 4 H 10), pentane (CH 3 (CH 2) 3 CH 3), polymethylpentene (C 5 H 10), dicyclopentadiene (C 5 H 6), hexane (C 6 H 14), cyclohexane (C 6 H 12), benzene (C 6 H 6), toluene (C 7 H 8) and And xylene (C 6 H 4 (CH 3 ) 2 ).
상기 치환 소스는 암모니아, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylenevinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile) 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)}으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.The substitution source may be selected from the group consisting of ammonia, polypyrrole, polyvinyl-pyrrolidone, phtnipropanolamine, pyridine, pyrimidine, polyacrylonitrile, 4-vinylpyridine, polyaniline, poly-4-vinylpyridine, poly (butadiene-b-4-vinylpyridine) Poly (p-phenylenevinylenimine), phenol formaldehyde resin, polyacetonitrile and poly (aniline-co-N-propylbenzenesulfonate-aniline) N-propylbenzenesulfonic acid-aniline).
상기 제1 및 제2 그래핀 필터들을 각각 형성할 때, 상기 탄소 소스 및 상기 치환 소스는 각각 동시에 기화되어 상기 제1 및 제2 그래핀 필터들이 형성되는 증착로로 제공된다.When forming the first and second graphene filters, the carbon source and the substitution source are respectively vaporized at the same time to provide a deposition furnace in which the first and second graphene filters are formed.
일실시예로서, 다공성 그래핀 필터는 그래핀을 이루는 탄소 원자들 중 공유 결합 부분에 결정 결함이 형성된 탄소 원자를 치환 원자로 치환하여 제1 사이즈를 갖는 제1 홀들이 형성된 제1 그래핀 필터; 그래핀을 이루는 탄소 원자들 중 공유 결합 부분에 결정 결함이 형성된 탄소 원자를 치환 원자로 치환하여 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터; 및 복수개의 물질들이 혼합된 혼합 물질들이 유입되며, 상기 혼합 물질들의 이동 경로 상에 상기 제1 및 제2 그래핀 필터를 고정하는 필터 몸체를 포함한다.In one embodiment, the porous graphene filter includes a first graphene filter in which first holes having a first size are formed by replacing a carbon atom having a crystal defect in a covalent bond portion of carbon atoms constituting graphene with a substitution atom; A second graphene filter in which second holes having a second size are formed by replacing a carbon atom having a crystal defect in a covalent bond portion among carbon atoms constituting graphene with a substitution atom; And a filter body into which mixed materials in which a plurality of materials are mixed are introduced and which fixes the first and second graphene filters on the movement path of the mixed materials.
다공성 그래핀 필터의 상기 제1 및 제2 그래핀 필터들은 필름 형태 또는 원통 형상으로 형성된다.The first and second graphene filters of the porous graphene filter are formed in a film shape or a cylindrical shape.
일실시예로서, 필터 장치는 서로 다른 사이즈를 갖는 물질들이 혼합된 일정량의 혼합물질을 단속적으로 제공하는 혼합물질 공급 장치; 상기 혼합물질이 제공되는 유입구를 갖고 측면에 적어도 두 개의 배출구들이 형성된 필터 몸체, 상기 필터 몸체의 내측에 배치되며 상기 배출구들 사이를 가로막아 상기 혼합물질에 포함된 물질을 분리하는 홀이 형성된 적어도 하나의 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 필터; 및 상기 배출구들에 각각 연결되어 상기 혼합물질로부터 분리된 각 물질들을 회수하는 회수 유닛을 포함한다.In one embodiment, the filter device includes: a mixed material supply device for intermittently providing an amount of mixed material mixed with materials having different sizes; A filter body having an inlet provided with the mixed material and having at least two outlets on a side thereof, at least one filter disposed inside the filter body and having holes for separating the substances contained in the mixed material, A graphene filter including a graphene thin film; And a recovery unit connected to each of the outlets for recovering respective materials separated from the mixed material.
필터 장치의 상기 혼합물질 공급 장치는 상기 혼합물질을 제공하는 혼합물질 제공 유닛; 상기 혼합물질을 일정량 수납하는 수납 용기; 및 상기 수납 용기에 수납된 상기 혼합물질을 배출하는 배출 유닛을 포함한다.The mixed substance supply device of the filter device may further comprise: a mixed substance supply unit for providing the mixed substance; A storage container for storing a predetermined amount of the mixed material; And a discharge unit for discharging the mixed substance stored in the storage container.
필터 장치의 상기 배출 유닛은 상기 수납 용기로 공기 또는 불활성 가스를 제공하는 블로워를 포함한다.The discharge unit of the filter device includes a blower for providing air or an inert gas to the storage container.
필터 장치는 상기 혼합물질 공급 장치, 상기 그래핀 필터 및 상기 회수 장치에 결합된 전자 밸브들; 및 상기 전자 밸브들을 제어하는 밸브 콘트롤러를 더 포함한다.The filter device comprising: electromagnetic valves coupled to the mixed material supply device, the graphene filter, and the collection device; And a valve controller for controlling the solenoid valves.
필터 장치의 상기 그래핀 필터는 상기 필터 몸체의 내측면에 배치되며 제1 사이즈를 갖는 제1 홀들이 형성된 제1 그래핀 필터; 및 상기 필터 몸체의 상기 내측면에 상기 제1 그래핀 필터와 마주하게 배치되며 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터를 포함한다.The graphene filter of the filter device comprising: a first graphene filter disposed on an inner surface of the filter body and having first holes having a first size; And a second graphene filter disposed on the inner surface of the filter body so as to face the first graphene filter and having second holes having a second size.
본 발명에 따른 다공성 그래핀 필터의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 그래핀 필터는 탄소 단원자층 구조를 갖는 그래핀 박막을 성막하는 도중 그래핀 박막에 인위적으로 매우 작은 사이즈의 홀들을 형성하고, 그래핀에 인위적으로 형성한 홀들을 갖는 다공성 그래핀 필터를 이용하여 복수개의 물질들이 혼합된 혼합 물질 중 특정 물질을 선택적으로 필터링 및 분리할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.The method of manufacturing a porous graphene filter according to the present invention and the porous graphene filter fabricated using the method can form artificially small holes in a graphene thin film while forming a graphene thin film having a carbon mono-element layer structure, The present invention has an effect of selectively filtering and separating a specific substance from a mixed substance in which a plurality of substances are mixed by using a porous graphene filter having holes formed artificially in graphene.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 그래핀 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 제1 그래핀 필터를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 제2 그래핀 필터를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 그래핀 필터 또는 제2 그래핀 필터를 제조하는 장치를 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 그래핀 필터를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 다공성 그래핀 필터의 필터 과정을 도시한 개념도이다.
도 7 및 도 8은 제1 및 제2 그래핀 필터들을 필름 형상 또는 원통 형상으로 형성한 것을 도시한 사시도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 장치를 도시한 블럭도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a porous graphene filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the first graphene filter of FIG. 1; FIG.
3 is a plan view showing the second graphene filter of FIG.
4 is a block diagram showing an apparatus for manufacturing the first graphene filter or the second graphene filter shown in FIG.
5 is a cross-sectional view illustrating a porous graphene filter according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram showing a filtering process of the porous graphene filter of FIG.
FIGS. 7 and 8 are perspective views showing that the first and second graphene filters are formed into a film shape or a cylindrical shape.
9 is a block diagram showing a filter device according to another embodiment of the present invention.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
본 발명에서 빈번하게 사용되는 기술 용어인 "그래핀(graphene)"은 탄소 원자들이 단원자층(one atomic layer)을 이룬 막 형태의 구조로 형성되며, 상기 그래핀은 단원자층을 이루는 탄소 원자들이 기본 반복 단위로서 6 개가 링 형상으로 공유 결합되는 것으로 정의된다.The term "graphene " which is frequently used in the present invention is formed into a film-like structure in which carbon atoms form a one atomic layer, Is defined as six repeating units covalently bonded in a ring shape.
그러나, 본 발명에서는 5 개의 탄소 원자들이 기본 반복 단위로서 상호 공유 결합 또는 7 개의 탄소 원자들이 기본 반복 단위로서 상호 공유 결합된 단원자층 구조 역시 "그래핀"으로 정의될 수 있다.However, in the present invention, a monolayer structure in which five carbon atoms are mutually covalent bonds as basic repeating units or 7 carbon atoms are covalently bonded as basic repeating units can also be defined as "graphene ".
또한, 본 발명에서 빈번하게 사용되는 기술 용어인 "결정 결함(crystal defect) 또는 결함"은 그래핀을 이루는 탄소 원자를 질소 원자 등으로 치환하기 위하여 그래핀을 이루는 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자의 공유 결합 중 적어도 하나를 끊는 것으로 정의하기로 한다.The term " crystal defect or defect " which is frequently used in the present invention refers to a state in which a part of carbon atoms of graphene is substituted for a nitrogen atom or the like to replace a carbon atom constituting graphene It is defined as breaking at least one of the bonds.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 그래핀 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 도 1의 제1 그래핀 필터를 도시한 평면도이다. 도 3은 도 1의 제2 그래핀 필터를 도시한 평면도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a porous graphene filter according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the first graphene filter of FIG. 1; FIG. 3 is a plan view showing the second graphene filter of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다공성 그래핀 필터를 제조하기 위해서는 먼저, 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1)가 형성된다.(단계 S10)1 and 2, in order to fabricate a porous graphene filter, first a
단계 S10에서, 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1)를 형성하기 위해서는 먼저, 고온에서 탄소 원자 및 수소 원자로 분해되어 그래핀을 성막하는 탄소 전구체를 포함하는 탄소 소스(carbon source)를 기화 시키는 단계가 수행된다.In step S10, in order to form the
본 발명의 일실시예에서, 탄소 소스를 기화시켜 증착로 등으로 제공할 경우 종래에 비하여 매우 단순한 공정에 의하여 다공성 그래핀 필터를 생산할 수 있는 장점을 갖는다.In an embodiment of the present invention, when a carbon source is vaporized and provided as a deposition furnace, the porous graphene filter can be produced by a very simple process.
본 발명의 일실시예에서, 제1 그래핀 필터(1)를 형성하기 위한 탄소 소스로서 사용될 수 있는 물질의 예로서는 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 아세톤(CH3COCH3), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 및 자일렌(C6H4(CH3)2) 등과 같이 열에 의하여 탄소 원자 및 수소 원자로 분리되는 탄화 수소(hydrocarbon)를 들 수 있다.In an embodiment of the present invention, examples of materials that can be used as the carbon source for forming the
또한, 탄소 소스를 기화 시킴과 동시에 탄소 소스에 의하여 그래핀을 성막하는 도중 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들을 그래핀에 형성하기 위해 그래핀에 포함된 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자에 결정 결함을 형성 및 결정 결함에 의하여 끊어진 공유 결합 부분에 치환 원자를 치환하여 결합 시키기 위한 치환 소스(또는 도핑 소스)를 기화 시키는 단계가 수행된다.Further, in order to vaporize the carbon source and simultaneously form first holes H1 having a first size (S1) on the graphene while forming the graphene by the carbon source, the carbon atoms A step of vaporizing a substitution source (or a doping source) for forming a crystal defect in some of the carbon atoms and substituting a substitution atom for the covalent bond portion broken by the crystal defect is carried out.
본 발명의 일실시예에서, 치환 소스로서는 질소 화합물을 포함하는 질소 전구체가 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the substitution source, a nitrogen precursor including a nitrogen compound may be used.
제1 그래핀 필터(1)에 제1 홀(H1)들을 형성하기 위한 치환 소스로서 사용될 수 있는 질소 화합물의 예로서는 암모니아(NH4), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylenevinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile) 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)} 등과 같은 질소 화합물을 들 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 제1 그래핀 필터(1)를 형성하는 탄소 원자를 제공하는 탄소 소스 및 제1 그래핀 필터(1)를 형성하는 도중 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들을 형성하기 위한 치환 소스는 양질의 제1 그래핀 필터를 제조하기 위해 각각 다른 용기에서 동시 기화 방식으로 기화된다.In one embodiment of the present invention, a carbon source providing the carbon atoms forming the
제1 그래핀 필터(1)를 형성하기 위해 동시 기화 방식으로 기화된 탄소 소스 및 치환 소스는 각각 그래핀이 성막되기에 적합한 공정 조건이 형성된 증착로(deposition funace) 내부로 각각 제공되며, 기화된 탄소 소스 및 기화된 치환 소스는 증착로의 내부에서 혼합된다.The carbon source and the substitution source vaporized in a simultaneous vaporization manner to form the
증착로의 내부로 제공된 탄소 소스는 증착로 내부에서 탄소 원자 및 수소 원자로 열 분해 되고, 수소 원자는 증착로의 외부로 배기되며 탄소 원자는 증착로의 내부에 배치된 기판에 단원자층 구조로 성막된다.The carbon source provided to the inside of the deposition furnace is thermally decomposed into carbon atoms and hydrogen atoms inside the deposition furnace and the hydrogen atoms are exhausted to the outside of the deposition furnace and the carbon atoms are deposited in the monolayer structure on the substrate disposed inside the deposition furnace .
증착로의 내부에서 탄소 원자가 기판 상에 성막될 때, 증착로의 내부로 제공된 치환 소스는 증착로 내부에서 질소 원자로 분해되고, 질소 원자는 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자들의 공유 결합 부분에 작용(또는 도핑)하여 결정 결함을 유발하고, 질소 원자는 결정 결함이 발생된 탄소 원자들의 끊어진 공유 결합 부분에 결합된다.When the carbon atoms are deposited on the substrate in the interior of the deposition furnace, the substitution source provided inside the deposition furnace is decomposed into nitrogen atoms inside the deposition furnace, and the nitrogen atoms act on the covalently bonded portions of some carbon atoms of the carbon atoms Doped) to induce crystal defects, and the nitrogen atoms are bonded to the broken covalent bond portion of the carbon atoms in which the crystal defects are generated.
탄소 원자들의 공유 결합이 끊어진 부분이 질소 원자로 치환됨에 따라 증착로 내부에 배치된 기판에는 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1)가 형성된다.As the covalent bonds of carbon atoms are replaced with nitrogen atoms, a first graphene filter (1) having first holes (H1) having an average size of first size (S1) is formed on the substrate disposed inside the deposition furnace do.
본 발명의 일실시예에서, 탄소 원자들의 공유 결합이 끊어진 부분의 개수가 증가하여 보다 많은 질소 원자가 탄소 원자드의 결정 결함 부분에 결합될 경우 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 제1 사이즈(S1)가 커지게 된다.In one embodiment of the present invention, when the number of covalent bonds of carbon atoms increases and more nitrogen atoms are bonded to crystal defect portions of the carbon atom, the first holes (H1 The larger the first size S1 of the first and second lens groups.
즉, 제1 그래핀 필터(1)에 형성된 제1 홀(H1)들의 개수 및 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1)는 탄소 소스 및 치환 소스의 비율 또는 치환 소스의 농도에 의하여 결정된다.That is, the number of the first holes H1 formed in the
일정량의 탄소 소스에 대하여 치환 소스의 양을 증가시킬 경우, 그래핀에서는 보다 많은 개수의 탄소 원자들에서 결정 결함이 발생되고, 결정 결함이 발생된 탄소 원자들에 질소 원자가 결합되어 제1 홀(H1)들의 개수가 증가되기 때문에 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1)는 증가된다.When the amount of substitution source is increased with respect to a certain amount of carbon source, crystal defects are generated in a larger number of carbon atoms in graphene and nitrogen atoms are bonded to carbon atoms in which crystal defects are generated, The average first size S1 of the first holes H1 of the
반대로, 일정량의 탄소 소스에 대하여 치환 소스의 양을 감소시킬 경우, 그래핀에서는 보다 적은 개수의 탄소 원자들에서 결정 결함이 발생되고, 결정 결함이 발생된 탄소 원자들에 질소 원자로 결합되어 제1 홀(H1)들의 개수가 감소되기 때문에 결과적으로 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1)는 감소된다.Conversely, when reducing the amount of substitutional source for a certain amount of carbon source, crystal defects are generated at a smaller number of carbon atoms in graphene, and the crystal defects are bonded to the generated carbon atoms by nitrogen atoms, The average first size S1 of the first holes H1 of the
본 발명의 일실시예에서, 그래핀에 형성되는 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1)의 데이터, 제1 홀(H1)들의 제1 사이즈(S1) 편차 데이터는 탄소 소스 및 치환 소스의 비율을 변경하면서 실험함으로써 구할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the data of the average first size S1 of the first holes H1 formed in the graphene, the first size S1 of the first holes H1, Can be obtained by experimenting while changing the ratio of the substitution source.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 그래핀 필터(1)가 형성된 후 또는 제1 그래핀 필터(1)가 형성될 때, 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)가 형성된다.(단계 S20)1 and 3, a second hole H2 having an average second size S2 is formed after the
도 1의 단계 S20에서, 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)를 형성하기 위해서는 먼저, 그래핀을 형성하기 위한 탄소 전구체를 포함하는 탄소 소스를 기화 시키는 단계가 수행된다.In order to form the
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)를 형성하기 위한 탄소 소스로서 사용될 수 있는 물질의 예로서는 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 아세톤(CH3COCH3), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 및 자일렌(C6H4(CH3)2) 등과 같이 열에 의하여 탄소 원자 및 수소 원자로 분리되는 탄화 수소(hydrocarbon)를 들 수 있다.In one embodiment of the present invention, examples of materials that can be used as the carbon source for forming the
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)를 형성할 때 사용되는 탄소 소스는 제1 그래핀 필터(1)를 형성할 때 사용되는 탄소 소스와 동일하거나 다를 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon source used in forming the
또한, 탄소 소스를 기화 시킴과 동시에 탄소 소스에 의하여 제2 그래핀 필터(2)를 형성하는 도중 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들을 형성하기 위해 그래핀에 포함된 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자에 결정 결함을 형성 및 결정 결함에 의하여 끊어진 공유 결합 부분에 치환 원자를 치환하여 결합 시키기 위한 치환 소스(또는 도핑 소스)를 기화 시키는 단계가 수행된다.Also included in the graphene layer to form the second holes H2 having an average second size S2 during vaporization of the carbon source and forming the
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)의 치환 소스로서는 질소 화합물을 포함하는 질소 전구체가 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the substitution source of the
제2 그래핀 필터(2)의 치환 소스로서 사용될 수 있는 질소 화합물의 예로서는 암모니아(NH4), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylenevinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile) 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)} 등과 같은 질소 화합물을 들 수 있다.Examples of nitrogen compounds which can be used as the substitution source of the
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)를 형성하기 위한 치환 소스 및 제1 그래핀 필터(1)를 형성하기 위한 치환 소스는 동일하거나 다를 수 있다.In one embodiment of the present invention, the substitution source for forming the
본 발명의 일실시예에서 제2 그래핀 필터(2)를 형성하는 탄소 원자를 제공하는 탄소 소스 및 제2 그래핀 필터(2)를 형성하는 도중 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들을 형성하기 위한 치환 소스는 제2 그래핀 필터(2)를 대량 생산하기 위해 각각 다른 용기에서 동시 기화 방식으로 기화된다.In one embodiment of the present invention, a carbon source providing the carbon atoms forming the
제2 그래핀 필터(2)를 형성하기 위해 동시 기화 방식으로 기화된 탄소 소스 및 치환 소스는 각각 제2 그래핀 필터(2)의 그래핀이 성막되기에 적합한 공정 조건이 형성된 증착로 내부로 독립적으로 제공되며, 기화된 탄소 소스 및 기화된 치환 소스는 증착로의 내부에서 혼합된다.The carbon source and the substitution source vaporized by the simultaneous vaporization method to form the
증착로의 내부로 제공된 탄소 소스는 증착로 내부에서 탄소 원자 및 수소 원자로 열 분해 되고, 수소 원자는 증착로의 외부로 배기되며 탄소 원자는 증착로의 내부에 배치된 기판에 단원자층 구조로 성막된다.The carbon source provided to the inside of the deposition furnace is thermally decomposed into carbon atoms and hydrogen atoms inside the deposition furnace and the hydrogen atoms are exhausted to the outside of the deposition furnace and the carbon atoms are deposited in the monolayer structure on the substrate disposed inside the deposition furnace .
증착로의 내부에서 탄소 원자가 기판 상에 성막될 때, 증착로의 내부로 제공된 치환 소스는 증착로 내부에서 질소 원자로 분해되고, 질소 원자는 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자들의 공유 결합 부분에 작용(또는 도핑)하여 결정 결함을 유발하고, 질소 원자는 결정 결함이 발생된 탄소 원자들의 끊어진 공유 결합 부분에 결합된다.When the carbon atoms are deposited on the substrate in the interior of the deposition furnace, the substitution source provided inside the deposition furnace is decomposed into nitrogen atoms inside the deposition furnace, and the nitrogen atoms act on the covalently bonded portions of some carbon atoms of the carbon atoms Doped) to induce crystal defects, and the nitrogen atoms are bonded to the broken covalent bond portion of the carbon atoms in which the crystal defects are generated.
탄소 원자들의 공유 결합이 끊어진 부분이 질소 원자로 치환됨에 따라 증착로 내부에 배치된 기판에는 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)가 형성된다.The
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)에 형성된 제2 홀(H2)들의 개수 및 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)는 탄소 소스 및 치환 소스의 비율 또는 치환 소스의 농도에 의하여 결정된다.In an embodiment of the present invention, the number of second holes H2 formed in the
구체적으로, 일정량의 탄소 소스에 대하여 치환 소스의 제공양을 증가시킬 경우, 그래핀에서 보다 많은 개수의 탄소 원자가 질소 원자로 치환되어 제2 홀(H2)들의 개수가 증가되어 결과적으로 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)는 증가된다.Specifically, when increasing the amount of the substitution source provided for a certain amount of carbon source, a greater number of carbon atoms in graphene are substituted with nitrogen atoms, thereby increasing the number of second holes (H2) (S2) is increased.
반대로, 일정량의 탄소 소스에 대하여 치환 소스의 양을 감소시킬 경우, 그래핀에서는 보다 적은 개수의 탄소 원자가 질소 원자로 치환되어 제2 홀(H2)들의 개수가 감소되고 결과적으로 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)는 감소된다.Conversely, if the amount of substitution source is reduced for a certain amount of carbon source, a smaller number of carbon atoms are substituted with nitrogen atoms in graphene to reduce the number of second holes (H 2) The average second size S2 is reduced.
본 발명의 일실시예에서, 그래핀에 형성되는 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)의 데이터, 제2 홀(H2)들의 제2 사이즈(S2)의 편차 데이터는 탄소 소스 및 치환 소스의 비율을 변경하면서 실험함으로써 구할 수 있다.The data of the average second size S2 of the second holes H2 formed in the graphene and the deviation data of the second size S2 of the second holes H2 are obtained from the carbon source And the ratio of the substitution source.
본 발명의 일실시예에서, 단계 S20에서 형성된 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)는 단계 S10에서 형성된 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1) 이하로 형성될수 있다.In one embodiment of the present invention, the average second size S2 of the second holes H2 of the
이때, 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)들 중 가장 큰 사이즈의 제2 홀(H2)은 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들 중 가장 작은 사이즈 이하로 형성될 수 있다.The second hole H2 having the largest size among the second holes H2 of the
비록 본 발명의 일실시예에서, 단계 S20에서 형성된 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)가 단계 S10에서 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S1)보다 작은 것이 도시 및 설명되고 있지만, 이와 다르게 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)들의 평균적인 제2 사이즈(S2)가 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 평균적인 제1 사이즈(S2) 이상이여도 무방하다.Although the average second size S2 of the second holes H2 of the
본 발명의 일실시예에서, 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1) 및 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)들은 하나의 증착로에서 순차적으로 형성 또는 서로 다른 증착로들에서 개별적으로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a
단계 S10에서 평균적으로 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1)가 형성되고, 단계 S20에서 평균적으로 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(S2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)들이 형성된 후, 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들은 필터 몸체에 장착되어 다공성 그래핀 필터가 제조된다.(단계 S30)The
필터 몸체는 적어도 2개의 물질들이 혼합된 혼합물질들이 통과하는 통로를 제공하며, 단계 S10에서 제조된 제1 그래핀 필터(1) 및 단계 S20에서 제조된 제2 그래핀 필터(2)는 필터 몸체의 통로에 의하여 형성된 혼합물질의 유동 경로 상에 배치되어 혼합물질로부터 각 물질들을 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들의 제1 홀(H1)들 및 제2 홀(H2)들을 이용하여 필터링한다.The
에를 들어, 다공성 그래핀 필터를 이용할 경우, 공기에 포함된 이산화탄소를 선별적으로 필터링, 물속에 포함된 불순물을 선별적으로 필터링, 자동차 배기 가스로부터 특정 물질을 선별적으로 필터링, 혈액 속에 포함된 불순물 또는 혈액 속에 포함된 특정 물질을 선별적으로 필터링 할 수 있다.For example, when a porous graphene filter is used, the carbon dioxide contained in the air is selectively filtered, the impurities contained in the water are selectively filtered, the specific substance is selectively filtered from the automobile exhaust gas, the impurities contained in the blood Or specific substances contained in the blood can be selectively filtered.
도 4는 도 1에 도시된 제1 그래핀 필터 또는 제2 그래핀 필터를 제조하는 장치를 도시한 블럭도이다.4 is a block diagram showing an apparatus for manufacturing the first graphene filter or the second graphene filter shown in FIG.
도 4를 참조하면, 다공성 그래핀 필터 제조 장치(700)는 도 1에 도시된 제1 그래핀 필터 및 제2 그래핀 필터를 제조한다.Referring to FIG. 4, an
본 발명의 일실시예에서, 제1 그래핀 필터(1) 및 제2 그래핀 필터(2)는 하나의 다공성 그래핀 필터 제조 장치(700)로부터 모두 제조될 수 있다. 이와 다르게, 제1 그래핀 필터(1) 또는 제2 그래핀 필터(2)는 서로 다른 다공성 그래핀 필터 제조 장치(700)로부터 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
다공성 그래핀 필터 제조 장치(700)는 시료 공급 장치(200), 동시 기화기(300) 및 증착로(400)를 포함한다. 이에 더하여 다공성 그래핀 부재 제조 장치(700)는 캐리어 가스 공급부(500)를 더 포함할 수 있다.The porous graphene
시료 공급 장치(200)는 제1 시료 공급 장치(210) 및 제2 시료 공급 장치(220)를 포함한다.The
제1 시료 공급 장치(210)는 그래핀을 형성하기 위한 탄소 소스를 후술 될 동시 기화기(300)의 제1 기화기(310)로 제공한다.The first
제1 시료 공급 장치(210)로부터 제1 기화기(310)로 제공되는 탄소 소스는 증착로(400)의 내부에서 탄소 원자 및 수소 원자로 분해되는 탄화 수소를 포함하는 탄소 전구체일 수 있다.The carbon source provided from the first
제1 시료 공급 장치(210)로부터 제공되는 탄소 전구체의 예로서는 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 아세톤(CH3COCH3), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 및 자일렌(C6H4(CH3)2) 등과 같이 탄소 원자 및 수소 원자를 포함하는 탄화 수소(hydrocarbon)일 수 있다.Examples of carbon precursors provided from the first
본 발명의 일실시예에서, 제1 시료 공급 장치(210)에 기상 탄소 전구체가 저장될 경우, 제1 시료 공급(210)로부터 제공되는 기상 탄소 전구체는 후술 될 동시 기화기(300)의 제1 기화기(310)를 바이패스하여 증착로(400)로 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the gaseous carbon precursor is stored in the first
제2 시료 공급 장치(220)는 그래핀에 홀(through-hole)을 형성하는 치환 소스(또는 도핑 소스)를 후술될 동시 기화기(300)의 제2 기화기(320)로 제공한다.The second
본 발명의 일실시예에서, 치환 소스를 기화기(300)로 제공하는 제2 시료 공급 장치(220)에는 치환 소스의 농도, 치환 소스의 제공량을 정밀하게 제어하는 시료 조절 장치(225)가 결합된다.In one embodiment of the present invention, a
시료 조절 공급 장치(225)를 이용하여 제2 기화기(320)로 제공되는 치환 소스의 제공량을 변경할 수 있게 됨으로써, 도 2에 도시된 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1) 및 도 3에 도시된 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)를 형성할 수 있다.The sample
비록 본 발명의 일실시예에서는 제2 시료 공급 장치(220)로부터 제2 기화기(320)로 제공되는 치환 소스의 농도 및 치환 소스의 제공량을 시료 조절 장치(225)에 의하여 제어하는 것이 도시 및 설명되고 있지만, 이와 다르게, 제1 및 제2 시료 공급 장치(210,220)에는 탄소 소스 및 치환 소스의 제공량을 개별적으로 조절하기 위한 전자 밸브 또는 유량 제어기(MFC)가 각각 설치되어도 무방하다.Although control of the concentration of the substitution source supplied from the second
제2 시료 공급 장치(220)로부터 제2 기화기(320)로 제공되는 치환 소스는 질소 화합물을 포함하는 질소 전구체일 수 있다.The displacement source provided from the second
도 4에 도시된 제2 시료 공급 장치(220)로부터 제공되는 치환 소스인 질소 전구체의 예로서는 암모니아(NH4), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylenevinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile) 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)} 등을 들 수 있다.Examples of the nitrogen precursor which is the substitution source provided from the second
본 발명의 일실시예에서, 제2 시료 공급 장치(220)로부터 기상 질소 전구체가 제공될 경우, 제2 시료 공급(220)로부터 제공되는 기상 질소 전구체는 후술 될 동시 기화기(300)의 제2 기화기(320)를 바이패스하여 증착로(400)로 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, when a gaseous nitrogen precursor is provided from the second
동시 기화기(300)는 제1 기화기(310) 및 제2 기화기(350)를 포함한다.The
제1 기화기(310)는 제1 시료 공급 장치(210)와 연통되며, 이로 인해 제1 기화기(310)로는 제1 시료 공급 장치(210)로부터, 예를 들어, 탄소 소스인 탄소 전구체가 제공된다.The
제1 기화기(310)는 기화되는 탄소 전구체가 유입되는 유입구 및 기화된 탄소 전구체가 배출되는 배출구를 포함하는 용기를 포함하며, 유입구는 제1 시료 공급 장치(210)에 연통되며, 배출구는 후술 될 증착로(400)의 내부와 연통된다.The
제1 기화기(310)로 제공된 탄소 전구체를 열에 의하여 기화시키기 위해서 제1 기화기(310)의 외측에는 제1 가열로(315)가 배치되며, 제1 가열로(315)의 내측에는 열을 발생시키는 열선(316)들이 배치될 수 있다. 제1 가열로(315)는 열선(316) 이외에 다양한 열 발생 장치가 배치될 수 있다.A
제2 기화기(320)는 제2 시료 공급 장치(220)와 연통되며, 이로 인해 제2 기화기(320)로는 제2 시료 공급 장치(220)로부터, 예를 들어, 치환 소스인 질소 전구체가 제공된다.The
제2 기화기(320)는 기화될 질소 전구체가 제공되는 유입구 및 기화된 질소 전구체가 배출되는 배출구를 포함하는 용기를 포함하며, 유입구는 제2 시료 공급 장치(220)에 연통되며, 배출구는 후술 될 증착로(400)의 내부와 연통된다.The
제2 기화기(320)로 제공된 질소 전구체를 열에 의하여 기화시키기 위해서 제2 기화기(320)의 외측에는 제2 가열로(325)가 배치되며, 제2 가열로(325)의 내측에는 열을 발생시키는 열선(326)들이 배치된다. 제2 가열로(325)는 열선(326) 이외에 다양한 열 발생 장치가 배치될 수 있다.The
비록 본 발명의 일실시예에서는 제1 및 제2 기화기(310,320)들로 제공된 탄소 전구체 및 질소 전구체를 각각 기화시키기 위해서 열선(316,326)들을 포함하는제1 및 제2 가열로(315,325)들을 사용하지만 이와 다르게 탄소 전구체 및 질소 전구체에 반응 가스를 제공하여 화학적으로 탄소 전구체 및 질소 전구체를 기화시켜도 무방하다.Although one embodiment of the present invention uses first and
한편, 제1 기화기(310)로부터 기화된 탄소 전구체 및 제2 기화기(320)로부터 기화된 질소 전구체를 각각 증착로(400)로 운반하기 위해서 제1 기화기(310) 및 제2 기화기(320)에는 캐리어 가스 공급부(500)가 연통된다.In order to transport the carbon precursor vaporized from the
캐리어 가스 공급부(500)는 질소, 아르곤과 같은 불활성 가스를 제1 기화기(310) 및 제2 기화기(320)로 제공하며, 제1 기화기(310)에서 기화된 탄소 전구체 및 제2 기화기(320)에서 기화된 질소 전구체는 각각 캐리어 가스 공급부(500)로부터 제공된 불활성 가스에 의하여 증착로(400)로 운반된다.The carrier
본 발명의 일실시예에서 캐리어 가스 공급부(500) 및 제1 기화기(310), 캐리어 가스 공급부(500) 및 제2 기화기(320)는 각각 불활성 가스 공급 배관(510,520)에 의하여 연통된다. 불활성 가스 공급 배관(510,520)에는 각각 불활성 가스의 유량을 제어하기 위한 유량 제어기(Mass Flow Controller, MFC)가 결합될 수 있다.The carrier
본 발명의 일실시예에서는 캐리어 가스 공급부(500)에서 제1 기화기(310) 및 제2 기화기(320)로 제공되는 불활성 가스의 유량을 다르게 제어함으로써 도 2에 도시된 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들이 형성된 제1 그래핀 필터(1) 및 도 3에 도시된 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들이 형성된 제2 그래핀 필터(2)를 형성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the flow rate of the inert gas supplied to the
도 4를 다시 참조하면, 제1 기화기(310)로부터 기화된 탄소 전구체가 배출되는 제1 기화기(310)의 배출구는 제1 배관(317)과 연통되고, 제2 기화기(320)로부터 기화된 질소 전구체가 배출되는 제2 기화기(320)의 배출구는 제2 배관(327)과 연통된다.4, the outlet of the
제1 배관(317) 및 제2 배관(318)은 각각 공통 배관(330)과 연통되며, 공통 배관(330)은 증착로(400)와 연통된다.The
제1 배관(317)을 통해 제공되는 기화된 탄소 전구체 및 제2 배관(327)을 통해 제공되는 기화된 질소 전구체는 공통 배관(330)에서 혼합된 후 증착로(400)로 제공되며, 이로 인해 기화된 탄소 및 질소 전구체들은 증착로(400)내로 균일하게 혼합되어 제공될 수 있다.The vaporized carbon precursor provided through the
본 발명의 일실시예에서, 제1 배관(317)을 통해 공통 배관(330)으로 제공되는 기화된 탄소 전구체 및 제2 배관(327)을 통해 공통 배관(330)으로 제공된 기화된 질소 전구체들의 온도 변화에 의하여 기화된 탄소 및 질소 전구체들이 다시 액화되거나 제1 및 제2 배관(317,327)의 내벽에 피착되는 것을 방지하기 위하여 공통 배관(330)에는 히팅 유닛(335)이 장착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the temperature of the vaporized nitrogen precursors provided to the
히팅 유닛(335)은, 예를 들어, 전기 에너지를 소모하여 열을 발생시키는 열선을 포함할 수 있으며, 히팅 유닛(335)은 공통 배관(330)을 가열하여 기화된 탄소 및 질소 전구체들의 온도 변화를 최소화한다.The
본 발명의 일실시예에서는 기화된 탄소 전구체 및 기화된 질소 전구체가 합쳐지는 공통 배관(330)에 히팅 유닛(335)이 형성되는 것이 도시 및 설명되고 있지만, 이와 다르게 히팅 유닛(335)은 제1 배관(317) 및 제2 배관(327)에 추가로 설치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, it is shown and described that a
도 4를 다시 참조하면, 증착로(400)는 제1 기화기(310), 제1 배관(317) 및 공통 배관(330)으로 제공된 탄소 전구체 및 제2 기화기(320), 제2 배관(327) 및 공통 배관(330)으로 제공된 질소 전구체를 이용하여 도 2 및 도 3에 도시된 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들을 형성하기 위한 공간 및 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들을 형성하기 위한 공정 조건 및 공정 분위기를 조성하는 역할을 한다.4, the
제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들을 형성하기 위한 공정 조건 및 공정 분위기를 조성하는 증착로(400)는, 예를 들어, 화학기상증착 설비(Chemical Vapor Deposition equipment), 열 화학기상증착 설비(Thermal Chemical Vapor Deposition equipment), 급속 열 화학기상증착 설비(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition equipment), 유도결합플라즈마 화학기상증착 설비(Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition equipment), 원자층증착 설비(Atomic Layer Deposition equipment) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.The
본 발명의 일실시예에서는 증착로(400)의 내부에 배치된 기판 상에 단원자층 그래핀을 형성하기 때문에 원자층증착법(ALD)을 사용하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, atomic layer deposition (ALD) is preferably used because it forms a monolayer layer graphene on a substrate disposed within the
증착로(400)의 내부에 배치되어 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 증착되는 기판(410)은, 예를 들어, 기판(410) 상에 증착에 의하여 형성된 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 기판(410)으로부터 쉽게 분리 및 고온의 열에서 형상 변형이 발생되지 않는 금속 소재로 제작된다.The substrate 410, which is disposed inside the
증착로(400)의 내부에 배치된 금속 소재는, 예를 들어, 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들에 대하여 약한 부착력을 갖는 구리판 또는 구리 도금판을 포함할 수 있다.The metal material disposed in the interior of the
비록 본 발명의 일실시예에서는 증착로(400)의 내부에 배치되어 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 형성되는 기판이 구리판 또는 구리 도금판인 것이 설명되고 있지만, 이와 다르게 증착로(400) 내부에 배치된 기판은 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 기판으로부터 쉽게 박리되기에 적합한 다양한 금속 소재를 포함할 수 있다.Although the substrate on which the first and
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 그래핀 필터를 도시한 단면도이다. 도 6은 도 5의 다공성 그래핀 필터의 필터 과정을 도시한 개념도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a porous graphene filter according to an embodiment of the present invention. 6 is a conceptual diagram showing a filtering process of the porous graphene filter of FIG.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다공성 그래핀 필터(800)는 제1 그래핀 필터(1), 제2 그래핀 필터(2) 및 필터 몸체(750)를 포함한다.Referring to FIGS. 5 and 6, the
도 2 및 도 5를 참조하면, 제1 그래핀 필터(1)는 도 1에 도시된 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들의 제조 방법 및 도 4에 도시된 다공성 그래핀 필터의 제조 장치에 의하여 제조되며, 제1 그래핀 필터(1)는 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.Referring to FIGS. 2 and 5, the
제1 그래핀 필터(1)는 탄소 소스를 분해하여 형성된 탄소 원자를 그래핀으로 성막하는 도중 성막되는 그래핀에 치환 소스인 질소 원자를 제공하여 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자에 결정 결함을 형성하고 결정 결함이 발생된 탄소 원자를 질소 원자로 치환함으로써 형성된다.The
제1 그래핀 필터(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 사이즈(S1)를 갖는 제1 홀(H1)들을 포함한다.The
제1 그래핀 필터(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 필름 형상으로 형성될 수 있고, 제1 그래핀 필터(1)가 필름 형상으로 형성될 경우, 제1 그래핀 필터(1)의 테두리에는 사각 프레임이 결합된다.The
사각 프레임에 제1 그래핀 필터(1)를 결합함에 따라 제1 그래핀 필터(1)는 매우 높은 인장강도 및 압축강도를 갖게 된다.By coupling the
본 발명의 일실실예에서, 제1 그래핀 필터(1)는 도 8에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 형성될 수 있고, 제1 그래핀 필터(1)가 원통 형상으로 형성될 경우, 제1 그래핀 필터(1)의 양쪽 단부에는 링 형상을 갖는 프레임이 결합된다.In one practical example of the present invention, the
링 형상을 갖는 프레임에 원통 형상을 갖는 제1 그래핀 필터(1)를 결합함에 따라 제1 그래핀 필터는 매우 높은 인장강도 및 압축강도를 갖게 된다.By combining the
도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 그래핀 필터(2)는 도 1에 도시된 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들의 제조 방법 및 도 4에 도시된 다공성 그래핀 필터의 제조 장치에 의하여 제조되며, 제2 그래핀 필터(2)는 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.Referring to FIGS. 2 and 5, the
제2 그래핀 필터(2)는 탄소 소스를 분해하여 형성된 탄소 원자를 그래핀으로 성막하는 도중 성막되는 그래핀에 치환 소스인 질소 원자를 제공하여 탄소 원자들 중 일부 탄소 원자에 결정 결함을 형성하고 결정 결함이 발생된 탄소 원자를 질소 원자로 치환함으로써 형성된다.The second graphene filter (2) forms a crystal defect in some carbon atoms of the carbon atoms by providing nitrogen atoms serving as a substitution source to the graphenes formed during the film formation of the carbon atoms formed by decomposing the carbon source And a crystal defect is formed by replacing the generated carbon atom with a nitrogen atom.
제2 그래핀 필터(2)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2 사이즈(S2)를 갖는 제2 홀(H2)들을 포함하며, 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)들의 제2 사이즈(S2)는 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)들의 제1 사이즈(S1) 보다 큰 사이즈로 형성된다.The
본 발명의 일실시예에서, 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)의 제2 사이즈(S2)는 일정량의 탄소 소스에 대하여 치환 소스의 농도 및 치환 소스의 제공량을 변경함으로써 변경된다.In one embodiment of the present invention, the second size S2 of the second hole H2 of the
제2 그래핀 필터(2)는 도 7에 도시된 바와 같이 필름 형상으로 형성될 수 있고, 제2 그래핀 필터(2)가 필름 형상으로 형성될 경우, 제2 그래핀 필터(2)의 테두리에는 사각 프레임이 결합된다. 사각 프레임에 제2 그래핀 필터(2)를 결합함에 따라 제2 그래핀 필터(2)는 매우 높은 인장강도 및 압축강도를 갖게 된다.The
본 발명의 일실실예에서, 제2 그래핀 필터(2)는 도 8에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 형성될 수 있고, 제2 그래핀 필터(2)를 원통 형상으로 형성할 경우, 제2 그래핀 필터(2)의 양쪽 단부에는 링 형상을 갖는 프레임들이 결합된다.In a practical example of the present invention, the
링 형상을 갖는 프레임에 원통 형상을 갖는 제2 그래핀 필터(2)를 결합함에 따라 제2 그래핀 필터(2)는 매우 높은 인장강도 및 압축강도를 갖게 된다.The
본 발명의 일실시예에서, 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들은, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 필름 형상으로 형성되며, 필름 형상을 갖는 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들의 테두리에는 각각 사각 프레임이 결합된다.In one embodiment of the present invention, the first and second graphene filters 1, 2 are formed in a film shape, for example, as shown in Fig. 8, and the first and second grains A rectangular frame is coupled to each of the rims of the pin filters 1 and 2.
본 발명의 일실시예에서는 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 각각 사각 필름 형상으로 형성되고, 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들의 테두리에 사각 프레임이 결합된 것이 도시 및 설명되고 있지만, 이와 다르게 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들은 원판 형상으로 형성되고, 원판 형상을 갖는 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들에 각각 원형 프레임을 결합하여도 무방하다.In an embodiment of the present invention, the first and
사각 프레임에 결합된 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들은 각각 필터 몸체(750)의 내부에 결합되며, 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들은 상호 이격되어 배치된다.The first and
필터 몸체(750)는 양단이 개구된 또는 일측단이 막힌 통 형상으로 형성될 수 있다.The
필터 몸체(750)는, 예를 들어, 유입부(752) 및 상기 유입부(751)와 대향하는 토출부(754)를 포함하는 양단이 개구된 통 형상으로 형성된다. 필터 몸체(750)는, 예를 들어, 강성이 높은 금속 소재 또는 합성 수지 소재로 형성될 수 있다.The
필터 몸체(750)의 유입부(752)로는 적어도 2 개의 물질들이 혼합된 혼합 물질들이 유입되며, 필터 몸체(750)의 토출부(754)로는 혼합 물질들로부터 필터링이 진행된 물질이 토출된다.Mixed materials in which at least two substances are mixed are introduced into the
도 6을 참조하면, 필터 몸체(750)의 내부에 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)들이 상호 이격되어 배치된 상태에서 필터 몸체(750)의 유입부(752)로 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)의 평균적인 제1 사이즈(S1)보다 큰 크기를 갖는 A 물질, 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1)의 평균적인 제1 사이즈(S1) 보다는 작고 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)의 평균적인 제2 사이즈(S2) 보다 큰 사이즈를 갖는 B 물질 및 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)의 평균적인 제2 사이즈(S2) 보다 작은 사이즈를 갖고 필터링을 하기를 원하는 타겟 물질인 C 물질이 혼합된 혼합물질이 유입될 경우, 타겟 물질인 C 물질은 제1 그래핀 필터(1)의 제1 홀(H1) 및 제2 그래핀 필터(2)의 제2 홀(H2)을 통과하여 필터링되는 반면, A 물질 및 B 물질은 제1 및 제2 그래핀 필터(1,2)의 제1 및 제2 홀(H1,H2)를 통과하지 못하게 된다.Referring to FIG. 6, the first and
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 장치를 도시한 블럭도이다.9 is a block diagram showing a filter device according to another embodiment of the present invention.
도 9에 따른 필터 장치는 서로 다른 사이즈를 갖는 적어도 2 개의 물질들이 혼합된 혼합물질들로부터 각 물질들을 회수할 수 있도록 한다.The filter device according to Fig. 9 allows for the recovery of the respective substances from mixed materials in which at least two substances having different sizes are mixed.
필터 장치(900)는 혼합물 공급 장치(910), 그래핀 필터(950), 회수 유닛(960), 블로워(970) 및 밸브 콘트롤러(980)를 포함한다.The
혼합물 공급 장치(910)는 서로 다른 사이즈를 갖는 적어도 2 개의 물질들이 혼합된 혼합물질을 후술 될 그래핀 필터(950)로 제공한다.
혼합물 공급 장치(910)는 상기 혼합물질들이 제공되는 혼합물질 제공 유닛(912), 수납 용기(914), 배출 유닛(916) 및 전자 밸브(918,919)를 포함한다.The
혼합물질 제공 유닛(912)는, 예를 들어, 평균적으로 제1 사이즈를 갖는 A 물질, 평균적으로 제1 사이즈보다 작은 제2 사이즈를 갖는 B 물질 및 평균적으로 제2 사이즈보다 작은 제3 사이즈를 갖는 C 물질이 혼합된 혼합물질을 외부로부터 공급받아 수납 용기(914)로 제공한다.The mixed
혼합물질 제공 유닛(912) 및 수납 용기(914)는 배관(913)에 의하여 상호 연결되며, 배관(913)에는 수납용기(914)로 혼합물질을 제공 또는 수납용기(914)로 혼합물질의 제공을 차단하기 위한 전자 밸브(918)가 결합되며, 전자 밸브(918)는 후술 될 밸브 콘트롤러(980)로부터 제공된 제어 신호에 의하여 개폐된다.The mixed
수납용기(914)는 배관(913)에 연결되며, 수납용기(914)는 일정량의 혼합물질을 임시적으로 저장하는 역할을 한다.The
수납용기(914)에는 임시적으로 저장된 일정량의 혼합물질을 외부로 배출하기 위한 배출관(915)이 연결되며, 배출관(915)에는 전자 밸브(919)가 결합된다. 전자밸브(919)는 수납용기(914)에 임시적으로 저장된 일정량의 혼합물질이 후술될 그래핀 필터(950)로 제공되는 것을 방지한다.A
전자 밸브(919)는 후수 될 밸브 콘트롤러(980)로부터 제공된 제어 신호에 의하여 개폐된다.The
배출 유닛(916)은 수납용기(914)에 임시적으로 저장된 혼합물질을 후술 될 그래핀 필터(950)로 제공하는 역할을 한다.The discharge unit 916 serves to supply the mixed material temporarily stored in the
배출 유닛(916)은, 예를 들어, 배관(913)에 연결될 수 있으며, 배출 유닛(916)은, 예를 들어, 수납 용기(914)에 공기 또는 불활성 가스를 제공하여 수납용기(914)의 내부에 저장된 혼합물질을 그래핀 필터(950)로 강제로 제공하는 블러워를 포함할 수 있다.The discharge unit 916 may be connected to the
그래핀 필터(950)는 수납용기(914)에 연결된 배출관(915)과 결합되는 유입구(921) 및 배출구(922,924,926)들을 갖는 필터 몸체(920) 및 그래핀 박막(930,940)들을 포함한다.The
필터 몸체(920)는 양단이 막힌 통 형상으로 형성되며, 필터 몸체(920)의 상단에는 수납용기(914)의 배출관(915)과 연통되는 유입구(921)가 형성된다. 유입구(921)를 통해 수납용기(914)에 저장된 혼합물질은 필터 몸체(920)의 내부로 유입된다.The
필터 몸체(920)에는 혼합물질에 혼합된 물질들의 수에 대응하는 수로 배출구(922,924,926)들이 형성된다.The
본 발명의 일실시예에서, 혼합물질은 A 물질, B 물질 및 C 물질로 이루어지기 때문에 필터 몸체(920)에는 3 개의 배출구(922,924,926)들이 형성되며, 배출구(922,924,926)들은 각각 상호 소정 간격 이격되어 배치된다. In one embodiment of the present invention, the
그래핀 박막(930,940)들은 앞서 도 1 내지 도 4를 통해 도시 및 설명한 방법에 의하여 제조되며, 그래핀 박막(930,940)의 구성 및 제조 방법에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.The
그래핀 박막(930,940)들 중 하나의 그래핀 박막(930)은 필터 몸체(920)의 내부에 배치되며, 필터 몸체(920)의 내부를 막는 형태로 배치된다.One of the
그래핀 박막(930)은, 예를 들어, 혼합물질에 포함된 A 물질은 통과하지 못하고, B 물질 및 C 물질은 통과하는 제1 사이즈의 제1 홀들을 갖는다.The graphene
그래핀 박막(930)은 배출구(922,924)들 사이에 배치된다.The
그래핀 박막(930,940)들 중 하나의 그래핀 박막(940)은 필터 몸체(920)의 내부에 배치되며, 그래핀 박막(940)은 그래핀 박막(930)과 마주하는 형태로 필터 몸체(920)의 내부를 막는 형태로 배치된다.A
그래핀 박막(940)은, 예를 들어, 혼합물질에 포함된 B 물질은 통과하지 못하고 C 물질은 통과하는 제2 사이즈의 제2 홀들을 갖는다.The graphene
그래핀 박막(940)은 배출구(924,926)들 사이에 배치된다.The
회수 유닛(960)은 배출구(922,924,926)들에 각각 연결되어 혼합물질들로부터 분리된 A 물질, B 물질 및 C 물질들을 수거 및 저장한다.The
회수 유닛(960)은 A 물질, B 물질 및 C 물질을 선택적으로 수거 및 저장할 수 있도록 전자 밸브(962,964,966)들을 포함한다.
밸브 콘트롤러(980)는 전자 밸브(918,919,962,964,966)들을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위한 제어 신호를 제공하여 혼합물질로부터 분리된 각 물질들이 분리될 수 있도록 한다.The
도 6에 도시된 그래핀 필터는 A 물질, B 물질 및 C 물질 중 어느 하나의 물질을 선택적으로 필터링 또는 분리하기에 적합한 반면 A,B 및 C 물질을 개별적으로 분리하기 어렵지남 이하 도 9에 도시 및 설명되는 필터 장치에 의하면, 서로 다른 사이즈를 갖는 A 물질, B 물질 및 C 물질을 개별적으로 필터링 또는 분리할 수 있다.The graphene filter shown in Fig. 6 is suitable for selectively filtering or separating any one of substances A, B, and C, while it is difficult to separately separate A, B and C substances. And the filter device described, the A, B and C materials of different sizes can be individually filtered or separated.
이하, 도 9에 도시된 필터 장치에 의하여 혼합물질로부터 각 물질을 개별적으로 분리 또는 필터링하는 과정을 설명하기로 한다.Hereinafter, the process of individually separating or filtering each substance from the mixed substance by the filter device shown in FIG. 9 will be described.
먼저, 혼합물질 공급 장치(910)의 혼합물질 제공 유닛(912)으로부터는 A 물질, B 물질 및 C 물질이 혼합된 혼합물질이 배관(913)을 통해 수납 용기(914)로 제공된다.First, a mixed material obtained by mixing A material, B material and C material is supplied to the
이때, 밸브 콘트롤러(980)는 지정된 시간 동안 전자 밸브(918)를 개방하는 제어 신호를 전자 밸브(918)로 인가하여 배관(913)을 통해 수납용기(914)로 일정량의 혼합물질이 제공되도록 한다.At this time, the
수납용기(914)에 일정량의 혼합물질이 제공되면, 밸브 콘트롤러(980)는 전자 밸브(918)에 제어 신호를 인가하여 전자 밸브(918)를 폐쇄하여 수납용기(914)로 혼합물질의 공급을 차단한다.The
수납용기(914)에 혼합물질이 일정량 제공되면, 밸브 콘트롤러(980)는 수납용기(914)의 배출관(915)에 연결된 전자 밸브(919)를 개방하면서 배출 유닛(916)으로부터 수납용기(914)에 공기 또는 불활성 가스를 제공하여 수납 용기(914) 내부의 혼합물질이 그래핀 필터(950)의 내부로 제공되도록 한다.The
수납용기(914)로부터 그래핀 필터(950)의 유입부(921)를 통해 그래핀 필터(950)의 내부로 제공된 혼합물질은 제1 사이즈를 갖는 제1 홀들이 형성된 그래핀 박막(930)에 도달하게 되고, 그래핀 박막(930)의 제1 홀들을 통해 혼합물질을 이루는 B 물질 및 C 물질들은 통과하고, A 물질은 그래핀 박막(930)을 통과하지 못하고 그래핀 박막(930)의 상부에 남게 된다.The mixed material provided from the
그래핀 박막(930)을 통과한 혼합물질을 이루는 B 물질 및 C 물질은 제2 사이즈의 제2 홀들이 형성된 그래핀 박막(940)에 도달하게 되고, 그래핀 박막(940)의 제2 홀로는 C 물질이 통과하고 B 물질은 그래핀 박막(940)의 상부에 남게 된다.The B material and the C material constituting the mixed material passing through the graphene
따라서, 수납용기(914)로부터 그래핀 필터(950)으로 일정량의 혼합물질이 제공될 경우, 그래핀 필터(950)의 각 그래핀 박막(930,940)에는 A 물질, B 물질 및 C 물질이 분리된 상태로 남게 된다.Therefore, when a certain amount of mixed material is supplied from the
이와 같이 그래핀 박막(930,940)에 각각 A 물질, B 물질 및 C 물질이 분리된 상태로 남은 상태에서, A 물질은 배출구(922), B 물질은 배출구(924), C 물질은 배출구(926)를 통해 각각 회수 유닛(960)으로 제공되어 혼합물질을 이루는 각 물질들은 분리된 상태로 회수되며, 밸브 컨트롤러(980)는 각 배출구(922,924,926)에 연결된 각 전자 밸브(962,964,966)들에 제어 신호를 제공하여 각 전자 밸브(962,964,966)들의 개폐를 개별적으로 제어한다.In this state, the A material, the B material, and the C material are separated from the
본 발명의 일실시예에서, 혼합물질은 서로 다른 사이즈를 갖는 기체 물질들, 서로 다른 사이즈를 갖는 액체 물질들 또는 서로 다른 사이즈를 갖는 고체 물질들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the mixed material may comprise gaseous materials having different sizes, liquid materials having different sizes, or solid materials having different sizes.
본 발명의 일실시에에서, 필터 장치는 혈액 투석과 같은 의료 분야, 특정 기체 분리와 같은 필터 분야 등에 폭 넓게 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the filter device can be widely used in medical fields such as hemodialysis, filter fields such as specific gas separation.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 탄소 단원자층 구조를 갖는 그래핀박막을 성막하는 도중 인위적으로 매우 작은 사이즈의 홀들을 그래핀 박막에 형성하고, 그래핀에 인위적으로 형성한 홀들을 갖는 다공성 그래핀 필터를 이용하여 복수개의 물질들이 혼합된 혼합 물질 중 특정 물질을 선택적으로 필터링 및 분리 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.As described in detail above, when a graphene thin film having a carbon monomolecular layer structure is formed, artificially small holes are formed in the graphene thin film, and a porous graphene filter having holes formed therein artificially It is possible to selectively filter and separate a specific substance from a mixed substance in which a plurality of substances are mixed.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the drawings are merely examples of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (13)
탄소 소스로부터 생성된 탄소 원자들을 증착하여 그래핀을 성막하는 도중 일부 탄소 원자를 치환 소스로부터 생성된 치환 원자로 치환하여 상기 그래핀에 상기 제1 사이즈보다 큰 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터를 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 그래핀 필터들을 유입구 및 배출구가 형성된 필터 몸체 내부에 배치하는 단계를 포함하는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.During the formation of graphene by depositing carbon atoms generated from a carbon source, some carbon atoms are substituted with substituted atoms generated from a substitution source to form a first graphene filter having first holes having a first size formed in the graphene ;
Wherein carbon atoms generated from a carbon source are deposited to form graphene, and a part of carbon atoms are substituted with substituted atoms generated from a substitution source to form second holes having a second size larger than the first size in the graphene Forming a second graphene filter; And
And disposing the first and second graphene filters within a filter body having an inlet and an outlet.
상기 제1 그래핀 필터에 상기 제1 홀들을 형성하는 상기 치환 소스 및 상기 제2 그래핀 필터에 상기 제2 홀들을 형성하는 상기 치환 소스는 질소 원자를 포함하는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the substitution source forming the first holes in the first graphene filter and the substitution source forming the second holes in the second graphene filter comprise nitrogen atoms.
상기 제1 그래핀 필터를 형성하는 단계에서 상기 치환 소스의 제공량은 상기 제2 그래핀 필터를 형성하는 단계에서 상기 치환 소스의 제공량보다 적은 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the supply amount of the substitution source in the step of forming the first graphene filter is smaller than the supply amount of the substitution source in the step of forming the second graphene filter.
상기 탄소 소스는 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 아세톤(CH3COCH3), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 및 자일렌(C6H4(CH3)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.The method according to claim 1,
The carbon source is methane (CH 4), methanol (CH 3 OH), carbon monoxide (CO), ethane (C 2 H 6), ethylene (CH 2), ethanol (C 2 H 5), acetylene (C 2 H 2 ), acetone (CH 3 COCH 3), propane (CH 3 CH 2 CH 3) , propylene (C 3 H 6), butane (C 4 H 10), pentane (CH 3 (CH 2) 3 CH 3), polymethylpentene (C 5 H 10), dicyclopentadiene (C 5 H 6), hexane (C 6 H 14), cyclohexane (C 6 H 12), benzene (C 6 H 6), toluene (C 7 H 8) and Xylene (C 6 H 4 (CH 3 ) 2 ).
상기 치환 소스는 암모니아, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylenevinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile) 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)}으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.The method according to claim 1,
The substitution source may be selected from the group consisting of ammonia, polypyrrole, polyvinyl-pyrrolidone, phtnipropanolamine, pyridine, pyrimidine, polyacrylonitrile, 4-vinylpyridine, polyaniline, poly-4-vinylpyridine, poly (butadiene-b-4-vinylpyridine) Poly (p-phenylenevinylenimine), phenol formaldehyde resin, polyacetonitrile and poly (aniline-co-N-propylbenzenesulfonate-aniline) N-propylbenzenesulfonic acid-aniline). ≪ / RTI >
상기 제1 및 제2 그래핀 필터들을 각각 형성할 때, 상기 탄소 소스 및 상기 치환 소스는 각각 동시에 기화되어 상기 제1 및 제2 그래핀 필터들이 형성되는 증착로로 제공되는 다공성 그래핀 필터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the carbon source and the substitution source are vaporized at the same time to form the first and second graphene filters, respectively, to form a porous graphene filter Way.
그래핀을 이루는 탄소 원자들 중 공유 결합 부분에 결정 결함이 형성된 탄소 원자를 치환 원자로 치환하여 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터; 및
복수개의 물질들이 혼합된 혼합 물질들이 유입되며, 상기 혼합 물질들의 이동 경로 상에 상기 제1 및 제2 그래핀 필터를 고정하는 필터 몸체를 포함하는 다공성 그래핀 필터.A first graphene filter in which first holes having a first size are formed by substituting a carbon atom having a crystal defect in a covalent bond portion among carbon atoms constituting graphene with a substitution atom;
A second graphene filter in which second holes having a second size are formed by replacing a carbon atom having a crystal defect in a covalent bond portion among carbon atoms constituting graphene with a substitution atom; And
And a filter body into which the mixed materials mixed with the plurality of materials are introduced and which fixes the first and second graphene filters on the movement path of the mixed materials.
상기 제1 및 제2 그래핀 필터들은 필름 형태 또는 원통 형상으로 형성된 다공성 그래핀 필터.8. The method of claim 7,
Wherein the first and second graphene filters are formed in a film or cylindrical shape.
상기 혼합물질이 제공되는 유입구를 갖고 측면에 적어도 두 개의 배출구들이 형성된 필터 몸체, 상기 필터 몸체의 내측에 배치되며 상기 배출구들 사이를 가로막아 상기 혼합물질에 포함된 물질을 분리하는 홀이 형성된 적어도 하나의 그래핀 박막을 포함하는 그래핀 필터; 및
상기 배출구들에 각각 연결되어 상기 혼합물질로부터 분리된 각 물질들을 회수하는 회수 유닛을 포함하는 필터 장치.A mixed material supply device for intermittently providing an amount of mixed material in which materials having different sizes are mixed;
A filter body having an inlet provided with the mixed material and having at least two outlets on a side thereof, at least one filter disposed inside the filter body and having holes for separating the substances contained in the mixed material, A graphene filter including a graphene thin film; And
And a collection unit connected to the outlets for collecting each of the materials separated from the mixed material.
상기 혼합물질 공급 장치는 상기 혼합물질을 제공하는 혼합물질 제공 유닛;
상기 혼합물질을 일정량 수납하는 수납 용기;
상기 수납 용기에 수납된 상기 혼합물질을 배출하는 배출 유닛을 포함하는 필터 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the mixed substance supply device comprises: a mixed substance supply unit for supplying the mixed substance;
A storage container for storing a predetermined amount of the mixed material;
And a discharge unit for discharging the mixed substance stored in the storage container.
상기 배출 유닛은 상기 수납 용기로 공기 또는 불활성 가스를 제공하는 블로워를 포함하는 필터 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the discharge unit comprises a blower for providing air or inert gas to the containment vessel.
상기 혼합물질 공급 장치, 상기 그래핀 필터 및 상기 회수 장치에 결합된 전자 밸브들; 및
상기 전자 밸브들을 제어하는 밸브 콘트롤러를 더 포함하는 필터 장치.10. The method of claim 9,
Solenoid valves coupled to the mixed material supply device, the graphene filter, and the collection device; And
And a valve controller for controlling the solenoid valves.
상기 그래핀 필터는 상기 필터 몸체의 내측면에 배치되며 제1 사이즈를 갖는 제1 홀들이 형성된 제1 그래핀 필터; 및
상기 필터 몸체의 상기 내측면에 상기 제1 그래핀 필터와 마주하게 배치되며 제2 사이즈를 갖는 제2 홀들이 형성된 제2 그래핀 필터를 포함하는 필터 장치.10. The method of claim 9,
A first graphene filter disposed on an inner surface of the filter body and having first holes having a first size; And
And a second graphene filter disposed on the inner surface of the filter body and facing the first graphene filter and having second holes having a second size.
Priority Applications (1)
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