KR20160006637A - X-ray Penetration Analysis Method of Extreme Super-Thin Graphene - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an X-ray penetration analysis method for analyzing an ultrafine thin film remaining in an unknown area so far. The X-ray penetration analysis method includes: (a) a step of preparing: a chamber on which a sample is mounted and which is controlled in 278-328 °K of a temperature condition and less than 70% of a humidity condition; a parallel beam X-ray radiation device radiating an X-ray onto the sample in the chamber; and a detection device detecting the X-ray penetrating the sample in the chamber; (b) a step of etching a substrate on a graphene sample in which graphene of first to tenth layers is combined with the substrate of 0.3×0.3 cm or greater in the chamber and mounting the graphene sample formed to penetrate the graphene on a sample holder to prevent influence in the penetration of the X-ray; and (c) a step of detecting and analyzing the X-ray by the detection device by radiating the X-ray onto the graphene sample by the parallel beam X-ray radiation device.

Description

극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법{X-ray Penetration Analysis Method of Extreme Super-Thin Graphene}Technical Field [0001] The present invention relates to an X-ray penetration analysis method for graphen having a very fine thickness,

본 발명은 그동안 미지 영역으로 남아있던 극 미세 박막을 분석하기 위한 X선 투과 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray transmission analysis method for analyzing a very thin film which has remained as an unknown region.

소재(물질)에 대한 엑스선(X-ray) 분석방법은 매우 중요하다. 대표적인 엑스선 분석방법으로서, 엑스선 산란법, 엑스선 반사법, 엑스선 흡수법, 엑스선 형광법, 엑스선 모르폴로지 및 토폴로지 분석법(이미지화), 엑스선 회절법이 있다. 최근 장비기술의 발전으로 수 nm 두께의 박막 및 수 nm 크기의 나노그레인에 대한 엑스선 분석들이 가능해지고 있다. 그러나 약 3nm 이하의 단결정 막 및 2~3nm 이하의 극 미세 두께 및 극한 크기의 나노그레인 분석방법은 현 엑스선 분석 기술로는 매우 힘든 것으로 판단되고 있으며, 이를 극복하는 것이 차세대 기술로드맵이 되고 있다. 이 로드맵은 매우 중요하다. 즉 두께 0.5~3nm 사이의 극한 박막의 분석을 통하여 이들을 신소재로 응용하는 방안을 연구할 수 있다. 이들의 물성이 원자/분자와 기존 나노소재간 연결고리를 제공하기 때문에(두께 의존성 및 Size effect) 물질 물성 발현의 기원 등에 대한 연구가 가능해진다.X-ray analysis methods for materials are very important. Representative x-ray analysis methods include x-ray scattering, x-ray reflection, x-ray absorption, x-ray fluorescence, x-ray morphology and topology analysis (imaging), and x-ray diffraction. Recent advances in equipment technology are enabling x-ray analysis of thin films of several nm thickness and nanograms of a few nanometers in size. However, it is believed that a single crystal film of about 3 nm or less and an ultra-fine thickness of 2 to 3 nm or a nanograin analysis method of extreme size is very difficult with current x-ray analysis technology, and it is becoming a next technology roadmap to overcome this. This roadmap is very important. In other words, it is possible to study the application of these materials as new materials through the analysis of extreme thin films between 0.5 and 3 nm in thickness. Since their physical properties provide a link between atoms / molecules and existing nanomaterials (thickness dependence and Size effect), it is possible to study the origins of the manifestation of material properties.

두께 0.5~3nm 결정막에 대한 엑스선 분석의 어려움은 다음 네가지 이유에 기인한다.0.5 to 3 nm in thickness The difficulty of X-ray analysis on the crystalline film is due to the following four reasons.

(1) 시편 제조의 어려움(고도의 제조기술 필요 및 제조된 시편에 대한 저신뢰성/저재현성)(1) Difficulty in preparing specimens (requiring high manufacturing skills and low reliability / low reproducibility for manufactured specimens)

(2) 시편의 열역학적 불안정성에 의한 시편 변화 및 오염(산화 등)(2) Changes in specimen and contamination (such as oxidation) due to thermodynamic instability of specimen

(3) 상기 변화 및 오염의 확인 및 변화정도(오염정도) 파악의 어려움(3) difficulty in identifying the change and contamination and grasping the degree of change (degree of pollution)

(4) 엑스선 분석 장치의 한계 및 엑스선 분석방법의 부재(4) Limitations of X-ray analyzer and absence of X-ray analysis method

상기 (1) 이유를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The reason (1) will be described in detail as follows.

박막이든 나노입자이든 원자, 분자단위 요소들이 뭉치며 핵이 생성되고(Nucleation), 이 핵들이 충돌 등을 통하여 성장해 나간다. 이때 얻어낼 수 있는 최소 핵의 크기 즉 최소 나노입자의 크기는 3nm 이상이다. 즉 3nm 이하의 나노입자를 얻어내기는 매우 힘들다. 이것은 더 큰 형태로 성장이 되려는 자발적인 성질 때문이며, 나노입자의 열역학적 안정성은 입자에 크기에 크게 의존한다(이 점은 상기 (2) 이유와도 관계됨).Whether thin films or nanoparticles, nuclei are formed by nucleation of atomic and molecular elements, and these nuclei are grown through collision. At this time, the minimum nucleus size, that is, the minimum nanoparticle size, is at least 3 nm. That is, it is very difficult to obtain nanoparticles of 3 nm or less. This is due to the volatile nature of the growth in larger form, and the thermodynamic stability of the nanoparticles is largely dependent on the size of the particles (this is also related to reason (2) above).

상기 (2) 이유를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The reason for the above (2) will be described in detail as follows.

3nm 이하의 나노입자 혹은 나노박막은 열역학적으로 극도로 불안정하여 적은 열에너지(상온에서도 자발적으로 변하는 시료가 많다) 및 습도에도 반응성이 높아 변화가 일어나거나 전혀 다른 상태로 변해 버린다. 따라서 엑스선 측정 중에도 변화가 일어날 수 있다. 따라서 극한 박막의 경우 고유의 물성을 잃어버려 결과가 나오지 않거나 잘못된 결과가 나오게 된다.Nanoparticles or nanotubes of 3 nm or less are extremely unstable thermodynamically, so that they have a low thermal energy (many samples spontaneously change even at room temperature) and high reactivity to humidity, resulting in a change or a completely different state. This can lead to changes during X-ray measurement. Therefore, in the case of the ultimate thin film, the inherent physical properties are lost, and the result is not produced or the result is erroneous.

상기 (3) 이유를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The reason (3) will be described in detail as follows.

극한 박막 분석시 변하거나 변하는 정도 또는 오염이 되는 정도의 환경적 요인을 파악하고 이를 레시피화하여 제공되어야 하지만, 극한 박막의 제조부터 분석까지가 너무 어려워서, (i) 환경적 요인(온도 및 습도), (ⅱ) 측정 요인(장치구성요소 및 측정방법) 및 (ⅲ) 시편 스펙(크기, 두께, 형상 등)을 얻어내는 실험자체가 불가능해진다. 따라서, 시편의 변하는 정도 및 오염정도를 파악하는 실험은 매우 어려워진다.(I) environmental factors (temperature and humidity), (ii) environmental factors (temperature and humidity), and environmental conditions (temperature and humidity) , (Ii) measurement factors (device components and measurement methods), and (iii) specimen specifications (size, thickness, shape, etc.). Therefore, it is very difficult to test the degree of variation of the specimen and the degree of contamination.

상기 (4) 이유를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The reason (4) will be described in detail as follows.

적절한 강도 이상의 X선 빔, X선 조사방법, 검출기 종류, 검출방법, 기판 영향고려 등을 포함한 종합적인 분석 툴이 미미하여 극한 초미세 박막 및 초미세 나노입자의 분석이 극히 어렵다. 일 예로 통상적으로 극한 박막에 대하여 엑스선을 조사할 경우 상층부 타겟 박막에 대한 정보는 전혀 나오지 않고 기판에 대한 정보만 얻어진다. 이는 투과력이 매우 큰 엑스선 빔의 특징으로서 당연한 일이다(신체의 뼈를 측정하는 엑스선 참조).It is extremely difficult to analyze ultrafine thin film and ultrafine nanoparticles because of the insufficient comprehensive analysis tools including X-ray beam, X-ray irradiation method, detector type, detection method, and substrate influence consideration. For example, when an X-ray is irradiated on an ultramaf thin film, information on the target thin film on the upper layer is not displayed at all and only information about the substrate is obtained. This is a natural feature of the x-ray beam with very high penetrating power (see X-rays measuring the bones of the body).

극한 박막으로서의 그래핀은 양자역학적 물성이 발현될 수 있는(흑연 및 나노탄소와 구분이 되는 성질) 1~10층(두께 3nm 이하)인 신소재이다. 그래핀은 전기적 물성, 기계적 강도, 열전도성 등이 뛰어나 소재 및 학문적 분야에서 많은 역할을 하고 있다.Graphene as an ultimate thin film is a new material with 1 to 10 layers (thickness less than 3 nm) in which quantum mechanical properties can be expressed (property distinguishing it from graphite and nano carbon). Graphene has excellent electrical properties, mechanical strength and thermal conductivity, and plays a major role in materials and academic fields.

그래핀은 크게 하이드로카본의 열분해 증착(CVD법)에 의해 만들어진 박막형 그래핀과 흑연의 물리화학적 박리를 통하여 얻어지는 분말형 그래핀 2종으로 구분할 수 있다. 그래핀은 층 수가 하나씩 늘어날 때마다 전자구조 및 양자역학적 물성이 바뀌어 새로운 물성이 발현된다. 따라서 그래핀의 층 수를 알아내고 층 수 별로 물성을 연구하는 것은 매우 중요하다.Graphene can be divided into two types of powdered graphene obtained by physical chemical separation of thin film graphene produced by thermal decomposition deposition (CVD method) of hydrocarbons and graphite. Each time the number of graphene layers increases, electronic structure and quantum mechanical properties are changed and new properties are expressed. Therefore it is very important to know the number of graphene layers and to study the properties by layer number.

그러나 10층 이하의 박막 그래핀의 XRD 회절 보고는 거의 없으며 통상적으로 국부적인, 즉 마이크로미터 영역의 라만 분석법 및 전자현미경법을 이용하여 층 수 분석을 하고 있는데 이는 신뢰도가 낮고 롤투롤 대면적 그래핀의 결정성 분석과는 거리가 멀어 그래핀 상용화의 1차 걸림돌이 되고 있다. 즉 빙상의 극히 일부만의 두께를 분석하여 빙상 전체가 안전하다고 판단하는 것이 대단히 큰 오류인 것과 마찬기지로, 약 백만분의 1정도의 데이터를 가지고 전체 그래핀 층 수와 두께를 논하는 것은 매우 심각한 일이고 현실적 대안이 없는 상태이다.However, there are few reports of XRD diffraction of thin film graphene of 10 layers or less. Usually, the layer number analysis is performed using a local Raman analysis method and an electron microscopic method in the micrometer region. This is because the reliability is low, Is far from the crystallographic analysis of graphene, which is the first obstacle to the commercialization of graphene. It is very serious to discuss the total number of graphene layers and their thickness with about one millionth of the data, as it is a very big mistake to analyze the thickness of only a small part of the ice sheet and judge that the entire ice sheet is safe. And there is no realistic alternative.

박막형 그래핀의 경우 균일한 1층을 만드는 기술은 상당한 신뢰성을 가지고 있는데 통상적으로 대면적 구리(Cu) 호일 위에 롤투롤(R2R)로 제조된다. 이 단층막 그래핀은 에칭 등을 통하여 구리 호일에서 떼어내는데, PDMS와 같은 폴리머에 붙여 원하는 기판에 옮기는 기술, 즉 전사기술은 매우 발전되어 현재 상용화 전단계까지 와 있다. 그러나 보호막이 없이 그래핀을 공기중에 노출이 될 경우 산화반응(-OH 생성) 및 그래핀 층간 산소 및 수분 침부에 의한 결정 파괴 현상이 일어나는 문제가 발생한다.In the case of thin-film graphenes, the technique of making a uniform one-layer has considerable reliability, typically made of roll-to-roll (R2R) over large area copper (Cu) foil. The single-layer film graphene is removed from the copper foil by etching and the like. The technique of transferring to a desired substrate by attaching to a polymer such as PDMS, that is, transfer technology, has been greatly developed and is currently in the commercial stage. However, when the graphene is exposed to air without a protective film, there arises a problem that oxidation reaction (-OH formation) and crystal destruction by graphene interlayer oxygen and moisture impregnation occur.

그러나 현재 2층 이상의 층 수를 갖는 다층막 그래핀을 신뢰성 있게 만들어 내지는 못하고 있는데, 그 이유는 단층막 그래핀 위에 또 다른 탄소원자가 성장될 경우 수평방향 이외에 수직방향으로의 탄소-탄소 결합 자유도가 급속히 커져(엔트로피 증가, 자유도 증가) 층 수 제어가 불가능해지기 때문이다. 즉, 다층막 그래핀막의 제조 메커니즘은 Cu-C 결합을 최대한 유도시키는 단층막 그래핀 제조 공정과는 다른 것이다. 이런 이유로 그래핀 층 수 별 물성연구가 미미하며, 당연히 그래핀의 층 수를 측정하는 방법도 개발되어 있지 못하다.However, currently, multi-layered film graphenes having two or more layers can not be reliably produced because, when another carbon source is grown on the single-layer film graphene, the degree of freedom in the vertical direction of the carbon- (Entropy increase, degree of freedom increase) layer number control becomes impossible. That is, the manufacturing mechanism of the multi-layered film graphene film is different from the single-layer film graphene manufacturing process in which Cu-C bonding is maximally induced. For this reason, studies on the physical properties of graphene layers are insignificant. Naturally, no method for measuring the number of graphene layers has been developed.

한편, 그래핀 분말은 흑연을 박리시켜 제조하기 때문에 통상적으로 다층막으로 이루어져 있지만, 가장자리부분, 가장자리 근처부분, 중심부분 등의 층 수가 모두 다르다. 즉 2차원 평면 구조를 갖는 그래핀 분말 1개에서도 층 수 분포가 다른 것이다. 또한 그래핀 분말들 사이의 층 수 분포도 다르다. 물론 분말 전체에 대한 평균적인 그래핀 층 수 또는 층 수 분포를 알 수 있는 측정방법도 개발되어 있지 않다.On the other hand, graphene powder is usually formed of a multilayer film because it is produced by peeling graphite, but the number of layers such as the edge portion, the edge portion, and the center portion are all different. In other words, even in one graphene powder having a two-dimensional planar structure, the distribution of the number of layers is different. The distribution of the number of layers between the graphene powders is also different. Of course, no measuring method has been developed to determine the average number of graphene layers or the number of layers in the entire powder.

그래핀 층 수 평가(측정)법이 개발되어 있지 않기 때문에 그래핀 제조 및 그래핀 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 그래핀 분말을 상용화하기 위해서는 그래핀 분말을 톤 단위로 제조할 수 있어야 하는데, 제조 공정시 최소 1mg(약 105개)에 대한 평균 층 수(혹은 두께)를 즉각적으로 알아야 대량 생산 그래핀에 대한 샘플링 테스트를 반복함으로서 1kg(약 1011개), 1ton(약 1014개)에 대한 평균 그래핀 층 수 평가를 할 수 있다. 또한 분석결과로부터 제조공정을 다시 검토해볼 수 있어 대량 그래핀의 층 수 평가법은 산업적으로 매우 중요하다.Since the graphene layer number evaluation (measurement) method has not been developed, graphene production and graphene commercialization have become a major obstacle. In order to commercialize graphene powder, You should be able to produce powders in tonnes, but you need to immediately know the average number of layers (or thickness) for at least 1 mg (about 10 5 ) in the manufacturing process, so that by repeating the sampling test on the mass- 11 ), and the average graphene layer number for 1 ton (about 10 14 ) can be evaluated. Also, since the manufacturing process can be reviewed again from the analysis results, the method of evaluating the number of layers of graphene is very important in industry.

엑스선 회절 (X-ray diffraction)은 입사된 엑스선에 대하여 특정결정면에 대한 브래그법칙 (Bragg 법칙(Cullity, 1978))을 만족하며 회절 되어 나온 엑스선을 분석하는 방법으로서 아래의 [식 1]로 표현된다.X-ray diffraction is a method of analyzing diffracted X-rays satisfying the Bragg's law (Bragg's law (Cullity, 1978)) on a specific crystal plane with respect to an incident X-ray and expressed by the following formula 1 .

[식 1] nλ = 2d( hkl )sinθ[Equation 1] n? = 2d ( hkl ) sin?

여기서 λ는 X-ray 파장, θ는 회절각, n는 정수로 표현되는 회절피크의 차수, d는 격자의 면간거리(간격)이며, (hkl)은 결정면의 밀러지수이다. Where λ is the X-ray wavelength, θ is the diffraction angle, n is the order of the diffraction peak expressed as an integer, d is the interplanar spacing of the lattice, and (hkl) is the Miller index of the crystal plane.

Sherrer’s equation(Cullity, 1978)에 의한 결정면의 두께는 아래의 [식 2]로 표현 된다.The thickness of the crystal plane by Sherrer's equation (Cullity, 1978) is expressed by [Equation 2] below.

[식 2] D = Kλ/Bcosθ [Equation 2] D = K? / B cos?

여기서 D 는 결정면의 두께, K는 결정립의 형태에 의존하는 상수(통상적으로 0.89), λ는 X-ray 파장, B는 FWHM(full width at half maximum; 반가치폭), 그리고 θ는 회절각이다.Where D is the thickness of the crystal face, K is a constant (typically 0.89) depending on the shape of the crystal grain,? Is the X-ray wavelength, B is the full width at half maximum (FWHM), and? Is the diffraction angle.

대략적인 그래핀 결정의 박막 두께는 1층(3.5Å 이하), 2층(~7Å), 3층(~10.5Å), 4층(~14Å), 5층(~17.5Å), 6층(~21Å), 7층(~24.5Å)이며, 통상적인 XRD 측정 방법으로는 피크를 얻어낼 수 없으며 이들에 대한 XRD 연구도 거의 전무한 실정이며, 그래핀 결정에 대한 X선 투과 분석에 관한 연구 역시 전무한 실정이다. The approximate thickness of the graphene crystals is 1 layer (3.5 Å or less), 2 layers (~ 7 Å), 3 layers (~ 10.5 Å), 4 layers (~ 14 Å), 5 layers (~ 24 Å) and 7 layers (~ 24 Å), and the XRD measurement method can not obtain a peak and there is almost no XRD study on them. A study on X-ray transmission analysis of graphene crystals There is no such thing.

본 발명은 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an X-ray transmission analysis method for graphene having a very fine thickness.

본 발명에서는 상기과제들을 해결하고자 극한 초박막 물질의 일종인 극한 초박막 그래핀을 이용하여 상기 과제들을 해결하였다. 추가로 두께의 정의가 명확하고 약 3.5nm 두께 차이를 갖는 7종의 시편 후보를 도출하고 이에 따른 엑스선 분석 방법을 확립하였다. In order to solve the above problems, the present invention solves the above problems by using ultra-thin film graphene, which is a kind of extreme ultra thin film material. In addition, seven candidate specimens with a clear thickness definition and a thickness difference of about 3.5 nm were derived and the X - ray analysis method was established.

(1) 구체적으로 도출된 극한 초박막 그래핀 시편들은 1층(3.5Å 이하), 2층(~7Å), 3층(~10.5Å), 4층(~14Å), 5층(~17.5Å), 6층(~21Å), 7층(~24.5Å)} 이다.(1) Specially derived ultra-thin film graphene specimens are composed of one layer (3.5 Å or less), 2 layers (~ 7 Å), 3 layers (~ 10.5 Å), 4 layers (~ 14 Å) , 6 layers (~ 21 Å), and 7 layers (~ 24.5 Å).

(2) 상기 극한 박막 그래핀 시편의 환경적 요인인 온도 및 습도는 278~328켈빈온도(5~55℃) 및 습도가 70% 미만으로 유지되어야 하며, 이 조건을 벗어날 경우 엑스선 분선에 심각한 문제가 발생한다.(2) The temperature and humidity, which are environmental factors of the ultrafine film graphene specimen, should be maintained at 278 ~ 328 Kelvin (5 ~ 55 ℃) and humidity less than 70%, and if this condition is exceeded, Lt; / RTI >

(3) 상기 그래핀 시편의 스펙은 본 발명에서는 그래핀 층 수가 1~10층이며, 시편의 크기는 0.3cm×0.3cm 이상이다.(3) The specification of the graphene specimen is 1 to 10 layers of graphene in the present invention, and the size of the specimen is 0.3 cm x 0.3 cm or more.

(4) 상기 조건 범위 내에서 필수적인 엑스선 조사장치는 평행빔 엑스선 빔 광학계(Parallel beam X-ray optics), Array 타입 검출기, ω-2θ 측정방법, Rocking curve 측정법, 엑스선 조사기 회전방법, 시편 회전 방법, 검출기 회전방법, 그래핀 투과 엑스선, 그래핀 결정의 엑스선 결정회절 방법, 그래핀 (002) 특정 결정면의 회절 방법, 엑스선 회절 장치 전체 구성요소 등이 있다.(4) The X-ray irradiator, which is indispensable within the above-mentioned conditions, may be a parallel beam X-ray optics, an Array type detector, a ω-2θ measuring method, a rocking curve measuring method, Detector rotation method, graphene transmission x-ray, x-ray crystal diffraction method of graphene crystal, diffraction method of graphene (002) specific crystal plane, and all components of x-ray diffraction device.

따라서 상기 조건들을 만족해야 극한 초박막 그래핀의 엑스선 분석이 가능해진다.Therefore, X-ray analysis of ultra-thin film graphene is possible if the above conditions are satisfied.

특히, 그래핀 시편에 대한 투과분석을 위해서는 상기 그래핀 시편을 X선이 투과 가능한 상태로 가공해야 하며, 아울러 상기 그래핀 시편을 안치시키는 시편고정대 역시 X선 투과에 영향을 주지 않도록 구성되어야 한다.Particularly, in order to perform the transmission analysis on the graphene specimen, the graphene specimen must be processed in a state in which the X-ray is transmittable, and the specimen holder for laying the graphene specimen should also be constructed so as not to affect the X-ray transmission.

이에 따라 본 발명은 『(a) 온도조건 278~328°K 및 습도조건 70% 미만으로 제어되며 시편이 안치되는 챔버, 상기 챔버 내 시편에 X선을 조사하는 평행빔 X선 조사장치 및 상기 챔버 내 시편을 투과하는 X선을 검출하는 검출장치를 포함하여 구성된 X선 분석 장치를 준비하는 단계; (b) 상기 챔버에 크기 0.3×0.3㎝ 이상의 기판에 1~10층의 그래핀막이 결합된 상태에서 상기 기판의 일부 또는 전부를 제거하여 X선이 상기 그래핀을 투과하도록 구성된 그래핀 시편을 X선의 투과에 영향을 주지 않도록 구성된 시편고정대에 안치시키는 단계; (c) 상기 평행빔 X선 조사장치로 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하는 X선을 상기 검출장치로 검출하여 분석하는 단계; 를 포함하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법』을 제공한다.Accordingly, the present invention provides: (a) a chamber controlled to a temperature condition of 278 to 328 ° K and a humidity condition of less than 70%, a chamber in which a specimen is placed, a parallel beam X-ray irradiating device for irradiating the specimen in the chamber with X- Preparing an X-ray analyzing apparatus comprising a detecting device for detecting X-rays passing through the specimen; (b) removing a part or all of the substrate in a state where a graphene film of 1 to 10 layers is bonded to a substrate having a size of 0.3 x 0.3 cm or more in the chamber, and a graphene specimen configured to transmit X- Placing on a specimen table configured to not affect the transmission of the line; (c) irradiating X-rays to the graphene specimen with the parallel beam X-ray irradiator to detect and analyze X-rays transmitted through the detector; Quot; X-ray transmission analysis method for graphen having a very fine thickness ".

상기 그래핀 시편으로는 에칭을 통해 기판의 일부를 제거한 시편(이하, 'A타입 시편'이라 함), 기판의 전부를 제거한 시편(이하, 'B타입 시편'이라 함), 상기 B타입 시편을 메쉬 또는 다공성 기판에 전사한 시편(이하, 'C타입 시편'이라 함) 및 상기 C타입 시편의 전사 기판에 에칭을 실시하여 제조한 시편(이하, 'D타입 시편'이라 함) 중 어느 하나를 적용할 수 있다.As the graphene specimen, a specimen (hereinafter, referred to as an A type specimen) from which a part of the substrate was removed through etching (hereinafter, referred to as a 'B type specimen' (Hereinafter, referred to as 'C type specimen') transferred onto a substrate, a mesh, or a porous substrate, and a specimen prepared by etching the transfer substrate of the C type specimen (hereinafter referred to as 'D type specimen' Can be applied.

또한, 본 발명은 『상기 (a)단계는 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하지 못하고 반사되는 X선을 검출하는 제2검출장치를 함께 준비하고, 상기 (c)단계는 상기 평행빔 X선 조사장치에서의 X선 조사각 및 상기 제2검출장치의 배치를 2θ(쎄타)-ω(오메가) 방법으로 설정하는 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법』을 함께 제공한다.In addition, the present invention is characterized in that the step (a) further comprises the step of preparing a second detecting device for detecting X-rays reflected by the graphene specimen without X-rays transmitted therethrough, X-ray irradiation angle in the X-ray irradiator and the arrangement of the second detector are set in the 2? (Theta) -ω (omega) method. "Together.

여기서, 상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편에 조사되는 X선의 각도를 하기 [조사각 도출식]에 따라 도출된 범위 내에서 설정할 수 있다.Here, in the step (c), the angle of the X-ray irradiated to the graphene specimen may be set within a range derived from the following [irradiation angle derivation formula].

[조사각 도출식] [Investigation angle derivation expression]

X선 조사각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚X-ray irradiation angle = (2? ( Hkl ) 2) 占 1 占

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

또한, 상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편을 기준으로 상기 제2검출장치를 하기 [검출각 도출식]에 따라 도출된 각도범위 내에서 설치할 수 있다.In the step (c), the second detecting device may be installed within an angle range derived from the following [detection angular expression] based on the graphene specimen.

[검출각 도출식] [Detection angle derivation expression]

X선 검출각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚X-ray detection angle = (2? ( Hkl ) ? 2) 占 1

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

본 발명의 그래핀은 CVD 법으로 만들어진 그래핀, 및 이들을 물리적, 기계적, 전기화학적, 화학적으로 변형시킨 산화 그래핀 혹은 모디파이 그래핀, 흑연으로부터 물리적, 화학적, 기계적으로 박리시킨 그래핀, 흑연을 화학적으로 산화시킨 흑연산화물(그래핀의 일종임) 혹은 그래핀 산화물, 흑연산화물 혹은 그래핀 산화물을 열적으로 환원시킨 그래핀 및 화학적으로 환원시킨 그래핀, 팽창흑연 (expanded graphene: intercalated carbon compound)을 열적 혹은 마이크로웨이브 혹은 에너지 인가에 인하여 팽창된 소재)으로부터 제조된 그래핀 나노플레이트, 흑연을 물리화학적 혹은 용매를 이용하여 박리시킨 그래핀, 탑다운 형식으로 제조된 그래핀, 바텀업으로 합성된 그래핀, 촉매에 기반하여 생성된 그래핀, 하이드로카본의 분해를 통하여 제조된 그래핀, SiC 표면에 형성된 그래핀, 나노입자 표면에 캡슐화된 그래핀, RGO, 그래핀 나노플레이트를 물리적, 화학적, 전기적으로 변형시킨 모디파이 그래핀 나노플레이트 등이 있다.The graphenes of the present invention can be produced by graphene produced by the CVD method and graphene or modifier graphene obtained by physically, mechanically, electrochemically or chemically modifying them, graphene graphene, Chemically oxidized graphite oxide (a kind of graphene) or graphene oxide, graphite oxide or graphene oxide thermally reduced graphene and chemically reduced graphene, expanded graphene (intercalated carbon compound) Graphene nanoplate manufactured from a material which is expanded by thermal or microwave or energy application), graphene which is peeled graphitically by using physicochemical or solvent, graphene produced by top down type, Pin, graphene produced on the basis of catalyst, graphene prepared through decomposition of hydrocarbon, surface of SiC Graphene formed, graphene encapsulated on the surface of nanoparticles, RGO, and modi fi ed graphene nanoflates that are physically, chemically, and electrically modified in graphene nanoplate.

또한 그래핀 표면은 산소가 무조건적으로 존재함이 알려져 있어 본 발명의 그래핀은 산소함량이 5% 이하임을 특징으로 하며, 흑연의 화학적 산화과정을 통하여 황 및 인 성분들이 5% 이하로 함유될 수 있다.Also, since it is known that oxygen exists unconditionally on the surface of graphene, the graphene of the present invention has an oxygen content of 5% or less, and sulfur and phosphorus components may be contained by 5% or less through chemical oxidation of graphite have.

또한 본 발명의 그래핀은 상기 그래핀들이 통상적인 도핑 공정을 통하여 보론, 인, 황, 질소, 불소 등의 원소들이 도핑 되어 있을수 있다.Also, the graphenes of the present invention may be doped with elements such as boron, phosphorus, sulfur, nitrogen, and fluorine through a conventional doping process.

또한 본 발명의 그래핀은 상기 그래핀들이 추가적인 화학반응 혹은 표면처리 혹은 후처리 공정을 통하여 그래핀 표면에 다양한 그룹들을 가질 수 있으며, OH, -COOH, -CONH2, -NH2, -COO-, -SO3-, -NR3+, -CH=O, C-OH, >O, C-X 등의 기능성 기들을 가질 수 있다.Also, the graphenes of the present invention may have various groups on the graphene surface through additional chemical reaction, surface treatment or post-treatment, and OH, -COOH, -CONH 2 , -NH 2 , -COO- , -SO 3 -, -NR 3+ , -CH═O, C-OH,> O, CX and the like.

본 발명의 상기 그래핀 소재들은 다양한 형태로 더 추가될 수 있으며, 본 발명의 기준은 표면 산화기, 기능성기, functional group, basal plane의 결함정도, modified functional group, 도핑원소, 산소 및 황 함량 등에 상관없이 1~10층의 basal plan의 수이다.The graphene materials of the present invention can be further added in various forms. The criteria of the present invention include surface oxidizing groups, functional groups, functional groups, degree of defect in basal plane, modified functional group, doping element, Regardless of the number of basal planes from 1 to 10 layers.

전술한 본 발명에 따르면, 기존에 수행할 수 없었던 3nm이하의 극한 박막 혹은 층 수가 1~10층인 극한 박막 그래핀의 엑스선 투과 분석을 통하여 결정학적 정보를 얻어낼 수 있다. 물성 분석이 가능해짐에 따라 차세대 신소재로 각광받는 그래핀의 산업적 응용도 가능해진다. 또한 이들 엑스선 분석 정보를 레퍼런스로 하여 미지 그래핀의 결정학적 정보 및 층 수 정보를 알아 낼 수 있다. 이는 그동안 명확하지 않았던 그래핀 소재의 기본 스펙(층 수 혹은 두께 등)이 명확하게 되고 이를 바탕으로 향후 그래핀 제품의 다양성과 확실성, 완제품의 신뢰성 확보 및 제품 경쟁력을 크게 강화시킬 수 있다.According to the present invention, crystallographic information can be obtained through X-ray transmission analysis of ultrafine thin films of 3 nm or less or ultrafine thin film graphenes having 1 to 10 layers of layers which can not be performed previously. As the analysis of physical properties becomes possible, industrial applications of graphene, which is regarded as a new generation of new materials, becomes possible. The crystallographic and layer number information of the unknown graphene can be obtained by using these X-ray analysis information as a reference. This makes it clear that the basic specifications (number of layers, thickness, etc.) of graphene materials, which have not been clear in the meantime, will greatly enhance the diversity and certainty of future graphene products, reliability of finished products and product competitiveness.

[도 1]은 본 발명에 적용되는 X선 분석 장치의 모식도이다.
[도 2]과 [도 3]은 또 다른 X선 분석 장치의 모식도이다.
[도 4]는 X선 비투과형 기판 위에 있는 극한 초박막 그래핀에 대한 엑스선 조사각도 및 이로부터 회절되어 나오는 엑스선의 위치가 시편 상층부의 반구(semisphere)에 모두 위치하게 됨을 나타낸 모식도이다.
[도 5]는 투과형 기판 위에 있는 극한 초박막 그래핀에 대한 엑스선 조사각도 및 이로부터 투과되어 나오거나 투고 회절 되어 나오는 엑스선의 위치가 시편 하층부의 반구(semisphere)에 모두 위치하게 됨을 나타낸 모식도이다.
[도 6]은 투과형 기판 위에 있는 극한 초박막 그래핀에 대한 엑스선 조사각도 및 이로부터 투과되어 나오거나 투고 회절 되어 나오는 엑스선의 위치가 시편 상층부 반구 및 하층부의 반구(semisphere) 즉 3차원 구(Sphere) 에 모든 회전된 엑스선이 위치하게 됨을 나타낸 모식도이다.
[도 7]은 X선 투과형 그래핀 혹은 X선 비투과형 그래핀 시편을 제조하는 방법의 모식도이다.
[도 8]은 그래핀 시편을 정착시키고 처리하는 방법에 관한 모식도이다.
[도 9]는 단층 그래핀 박막을 전사법을 이용하여 1층에서 10층까지 적층시켜 만든 시료의 XRD 패턴 그래프이다(평탄율을 좋게 하기 위하여 1cm×1cm 실리콘기판에 실리콘 산화막을 형성시키고 그 위에 전사시킨 것임, S1~S10은 각 시료의 이름).
[도 10]은 [도 9]의 (002) 피크를 해석하여 표로 나타낸 데이터 값이다.
[도 11]은 [도 10]의 데이터를 해석하여 S1~S10 시료들에 대하여 절대적인 그래핀 층 수를 결정하여 나타낸 값이다.
[도 12]는 [도 11]의 값들을 이론치와 비교하며 도시한 그래프이다.
[도 13]은 GI SAXS법을 이용하여 찾아낸 7층 그래핀의 (hkl) 피크를 나타낸 그래프이다.
[도 14]는 그래핀 결정의 배향성을 보여주는 록킹커브(Rocking curve) 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of an X-ray analyzer applied to the present invention. FIG.
[Figure 2] and [Figure 3] are schematic diagrams of another X-ray analyzer.
[Fig. 4] is a schematic diagram showing that the X-ray irradiation angle and the position of the X-ray diffracted from the ultra-thin film graphene on the X-ray opaque substrate are all located in the semisphere of the upper part of the specimen.
[Fig. 5] is a schematic diagram showing that an X-ray irradiation angle with respect to an ultra-thin film graphene on a transmissive substrate and a position of an X-ray emitted from the ultrasensitive ultra-thin film graft on the transmissive substrate are both located in the semisphere of the lower specimen.
6 is a graph showing the relationship between the X-ray irradiation angle and the position of the X-ray transmitted or diffracted from the ultrathin ultra-thin film graphene on the transmissive type substrate by the semispheres of the upper half of the specimen and the three- In which all the rotated X-rays are located.
[Fig. 7] is a schematic diagram of a method of producing X-ray transmission type graphene or X-ray transmission type graphene specimen.
[Fig. 8] is a schematic diagram of a method of fixing and treating a graphene specimen.
[Figure 9] is an XRD pattern graph of a sample prepared by laminating a single-layer graphene thin film from 1 to 10 layers by a transfer method (a silicon oxide film is formed on a 1 cm x 1 cm silicon substrate in order to improve the flatness ratio, S1 to S10 are the names of each sample).
10 is a data value in which the (002) peak of FIG. 9 is analyzed and shown in a table.
11 is a value obtained by analyzing the data of FIG. 10 and determining the absolute number of graphene layers for the samples S1 to S10.
FIG. 12 is a graph comparing the values of FIG. 11 with the theoretical values.
[Fig. 13] is a graph showing the (hkl) peak of the seven-layer graphene found using the GI SAXS method.
14 is a rocking curve graph showing the orientation of graphene crystals. FIG.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 「(a) 온도조건 278~328°K 및 습도조건 70% 미만으로 제어되며 시편이 안치되는 챔버, 상기 챔버 내 시편에 X선을 조사하는 평행빔 X선 조사장치 및 상기 챔버 내 시편을 투과하는 X선을 검출하는 검출장치를 포함하여 구성된 X선 분석 장치를 준비하는 단계; (b) 상기 챔버에 크기 0.3×0.3㎝ 이상의 기판에 1~10층의 그래핀막이 결합된 상태에서 상기 기판의 일부 또는 전부를 제거하여 X선이 상기 그래핀을 투과하도록 구성된 그래핀 시편을 X선의 투과에 영향을 주지 않도록 구성된 시편고정대에 안치시키는 단계; (c) 상기 평행빔 X선 조사장치로 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하는 X선을 상기 검출장치로 검출하여 분석하는 단계; 를 포함하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법」를 제공한다. 상기 챔버의 온도조건 및 습도조건에 관한 사항은 후술하기로 한다.(A) a chamber controlled at a temperature condition of 278 to 328 K and a humidity condition of less than 70%, a chamber in which a specimen is placed, a parallel beam X-ray irradiating device for irradiating the specimen in the chamber with X- Ray detector and a detector for detecting X-rays passing through the X-ray analyzer; (b) removing a part or all of the substrate in a state where a graphene film of 1 to 10 layers is bonded to a substrate having a size of 0.3 x 0.3 cm or more in the chamber, and a graphene specimen configured to transmit X- Placing on a specimen table configured to not affect the transmission of the line; (c) irradiating X-rays to the graphene specimen with the parallel beam X-ray irradiator to detect and analyze X-rays transmitted through the detector; X-ray transmission analysis method for graphene having a very fine thickness. The temperature condition and the humidity condition of the chamber will be described later.

상기 챔버 내에는 분석 대상 시편을 안치시키는데, 본 발명에 적용되는 분석 대상 시편은 크기 0.3×0.3㎝ 이상의 기판에 1~10층의 그래핀막이 결합된 그래핀 시편이다. 상기 그래핀 시편은 기판의 일부 또는 전부를 제거하여 X선이 상기 그래핀을 투과하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 그래핀 시편을 안치시키기 위한 시편고정대 역시 X선 투과에 영향을 주지 않도록 구성된 것(일부가 트인 형태 등)을 적용해야 한다. In the chamber, a specimen to be analyzed is placed. The specimen to be analyzed applied to the present invention is a graphene specimen to which a graphene film of 1 to 10 layers is bonded to a substrate having a size of 0.3 x 0.3 cm or more. The graphene specimen may be configured such that part or all of the substrate is removed so that X-rays are transmitted through the graphene. In this case, the specimen holder for holding the graphene specimen should also be configured so that it does not affect the X-ray transmission (in some cases, for example).

X선 투과 분석을 위한 그래핀 시편은 기판에 그래핀막이 결합된 상태에서 기판의 일부를 제거한 시편(이하, 'A타입 시편'이라 함), 기판의 전부를 제거한 시편(이하, 'B타입 시편'이라 함), 상기 B타입 시편을 메쉬 또는 다공성 기판에 전사한 시편(이하, 'C타입 시편'이라 함) 및 상기 C타입 시편의 전사 기판의 일부를 다시 제거하여 제조한 시편(이하, 'D타입 시편'이라 함) 중 어느 하나를 적용할 수 있다.The graphene specimen for X-ray permeability analysis is a specimen (hereinafter, referred to as "A type specimen") in which a part of the substrate is removed while a graphene film is bonded to the substrate, a specimen (Hereinafter, referred to as a 'C type specimen') transferred from the B type specimen to a mesh or porous substrate and a specimen prepared by removing a part of the transfer substrate of the C type specimen (hereinafter referred to as' D type specimen ").

또한, 상기 그래핀 시편은 판면의 일부가 제거된 기판에 미리 준비된 그래핀막을 물리적으로 얹은 것을 적용할 수 있다.In addition, the graphene specimen may be prepared by physically placing a graphene film prepared in advance on a substrate from which a part of the plate surface has been removed.

X선 투과형 기판을 사용하는 시편을 적용할 때에는 기판의 재질, 두께 및 투과율을 확인해야 한다. X선 투과형 기판으로는 플라스틱 기판, 세라믹 기판, 다공성 기판, 섬유복합체 기판 등을 선택할 수 있으며 기판 두께에 따른 투과율을 확인한 후 적용이 가능하다. X선 투과형 기판을 사용한 그래핀 시편을 제조하는 여러 가지 방법은 [도 7]에 나타내었다.When applying a specimen using an X-ray transmission type substrate, the material, thickness and transmittance of the substrate should be confirmed. As the X-ray transmission type substrate, a plastic substrate, a ceramic substrate, a porous substrate, and a fiber composite substrate can be selected, and the transmittance according to the thickness of the substrate can be checked before application. Various methods for producing graphene specimens using an X-ray transmission type substrate are shown in FIG.

[도 7]의 (a)는 CVD 그래핀을 이용한 그래핀 시편 제조방법을 모식적으로 도시한 것이다. 전술한 바와 같이 X선을 투과시키기 위해서는 A타입 시편 내지 D타입 시편을 적용할 수 있다.[Fig. 7] (a) schematically shows a method for producing a graphene sample using CVD graphene. As described above, the A type specimen or the D type specimen can be applied to transmit X-rays.

[도 7]의 (b)는 시편은 판면의 일부가 제거된 기판에 미리 준비된 그래핀막을 물리적으로 얹은 그래핀 시편의 실시예들을 모식적으로 도시한 것이다. 즉, 그래핀 분말의 경우 분말 자체를 압착하여(면간 결합력에 의하여 필름형태 유지함) 그래핀막(E type)을 미리 준비하고, X선 투과형 기판(판면의 일부가 제거된 기판) 위에 상기 그래핀막을 얹은 시편(F type), 메쉬기판, 다공성기판, 에칭된 기판 등에 상기 그래핀막을 얹은 시편(G type) 등을 얻을 수 있으며, 이 시편들의 기판에 대해 에칭을 실시한 시편(H type)을 제조할 수도 있다. 이때 사용되는 그래핀 분말들은 산소가 5% 미만 도핑된 그래핀, 열환원 그래핀, 화학적환원그래핀, 그래핀산화물(표면산화기 및 Modified된 치환기 등), 흑연의 볼밀링 결과물, 흑연의 고에너지 볼밀링 결과물, 화학반응적 볼밀링(볼밀링+화학반응(액상 및 기상), 볼밀링+이산화탄소반응 등) 결과물, 팽창흑연으로부터 제조되는 그래핀 나노플레이트가 포함된다. 산화기가 포함된 그래핀 혹은 그래핀 산화물에는 별도로 열처리를 하여 그래핀 (002) 결정면의 변화 순간이 가장 잘 관찰되도록 할 수 있다.7 (b) schematically shows examples of the graphene specimen in which the specimen has physically placed the graphene film prepared in advance on the substrate from which a part of the flat surface has been removed. That is, in the case of graphene powder, the graphene film (E type) is prepared in advance by pressing the powder itself (maintaining the film shape by the interlayer bonding force), and the graphene film A specimen (G type) on which the graphene film is laid, etc. can be obtained on a specimen (F type), a mesh substrate, a porous substrate, an etched substrate, etc., and a specimen (H type) It is possible. The graphene powders used here include graphene doped with less than 5% oxygen, thermally reduced graphene, chemically reduced graphene, graphene oxide (such as surface oxidizing and modified substituents), ball milling results of graphite, Energy ball milling results, chemically reactive ball milling (ball milling + chemical reactions (liquid and vapor), ball milling + carbon dioxide reaction, etc.), and graphene nanoplates made from expanded graphite. The graphene or graphene oxide containing an oxidizing group can be thermally treated separately to best observe the moment of change of the graphene (002) crystal face.

[도 8]은 그래핀 시편을 챔버 내에 안치시키는 방법을 나타낸 것이다. 그래핀 시편은 시편고정대에 고정시킬 수 있으며 물리적방법(압착, 누름 등). 기계적방법(나사 등), 화학적방법(접착제, 페이스트 등), 전자기적방법(정전인력, 정전기필름 등)을 적용할 수 있으며, 반데르발스 힘이나 자기적 힘에 의해 안치, 고정시킬 수 있다.FIG. 8 shows a method of placing a graphene specimen in a chamber. Graphene specimens can be fixed on a specimen holder and physical methods (crimping, pressing, etc.). Mechanical methods (screws, etc.), chemical methods (adhesives, pastes, etc.), electromagnetic methods (electrostatic attraction, electrostatic film, etc.) can be applied and fixed by van der Waals force or magnetic force.

본 발명이 제공하는 X선 분석 장치에는 챔버 내의 그래핀 시편에 열을 가하는 열처리장치가 구비될 수 있다. 액상 그래핀 분산액을 기판에 코팅한 후 상기 열처리장치로 가볍게 열처리하면서 과량의 용매 또는 흡착된 용매를 제거할 수 있다. 또한 그래핀 시편에 수분흡착이 의심되거나 수분흡착을 방지하고자 할 경우에도 상기 열처리장치를 통해 안정적인 온도범위 내에서 가온할 수 있다. 또한 상기 열처리장치로 산소기가 함유된 그래핀 혹은 그래핀 산화물류들을 열처리하면서 그래핀 (002)면을 직접 관찰할 수 있다. 일 예로, 그래핀 산화물을 글래스 위에 코팅한 후 50℃에서 열처리하여 과량의 수분을 제거한 시편에 대해 2θ-ω 방법으로 측정한 경우 (002) 결정면이 2θ=11.5°에 위치하였다. 이를 230℃로 열처리 한 결과 2θ=23.3도로 크게 변함을 관찰할 수 있었다. The X-ray analysis apparatus provided by the present invention may be provided with a heat treatment apparatus for applying heat to the graphene specimen in the chamber. After the liquid graphene dispersion is coated on the substrate, the excess solvent or adsorbed solvent can be removed while being lightly heat treated by the heat treatment apparatus. Also, even if the graphene specimen is susceptible to moisture adsorption or to prevent moisture adsorption, it can be heated within a stable temperature range through the heat treatment apparatus. In addition, the graphene (002) plane can be directly observed while the graphene or graphen oxide materials containing an oxygen group are heat-treated by the above-described heat treatment apparatus. For example, when the graphene oxide was coated on a glass substrate and subjected to heat treatment at 50 ° C to remove excess moisture, the (002) crystal face was located at 2θ = 11.5 ° when measured by the 2θ-ω method. As a result of heat treatment at 230 ℃, it was observed that 2θ = 23.3 ℃.

[도 8]의 (c)는 극한 초박판 그래핀 시편의 물성 변화 효과를 극대화시키고자 고안한 개념이다. 그래핀을 잡아당기는 경우 약 30%까지 늘어나더라도 그래핀 내부의 층간 결합이 끊어지지 않음이 밝혀졌는데 아직 이에 대한 XRD 연구결과는 없다. 따라서 상기 시편고정대에는 [도 8]의 (c) 도면처럼 그래핀 시편을 잡아 고정시키는 고정부(체결형 등)가 그래핀 시편의 테두리측에 2방향 또는 4방향으로 구비될 수 있으며, 2방향 또는 4방향의 고정부는 마주보는 2개가 한 쌍으로 거동하도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 그래핀 시편을 잡아 고정시킨 채 상기 마주보는 한 쌍의 고정부를 마이크로단위로 벌리는 미세연신장치를 구비할 수 있다. FIG. 8 (c) is a concept designed to maximize the effect of changing the physical properties of the ultra-thin plate graphene specimen. It has been found that grafting of graphene does not break the intergranular bond inside graphene even if it is increased to about 30%, but there is no XRD study yet. Therefore, a fixing unit (fastening type or the like) for gripping and fixing the graphene specimen as shown in FIG. 8 (c) can be provided on the edge of the graphene specimen in two or four directions, Or the four fixed portions may be configured so that the two opposing portions behave as a pair. That is, it is possible to provide a micro-stretching apparatus for holding the graphene specimen and fixing the pair of opposed fixing units in micro units.

상기 미세연신장치는 초미세 기계장치를 써서 단계적으로 잡아당길 수 있는 장치 및 피에조 물질을 이용하여 잡아당길 수 있는 장치 등으로 구체화 할 수 있다. 간단한 실시예로서 PET 필름에 전사시킨 CVD 5층 그래핀 시편을 금속판 위에 놓고 시편 양측부 일부 상단부에 PET 필름 보호막을 놓고(그래핀 상부 측면부 위에) 그 위에 급속 판을 대어 꽉 눌러 고정하였다(나사). 또한 일측부는 약 5% 연신시켜 (PET+그래핀 전체) 엑스선 회절을 측정한 결과 층간 간격이 연신 후 약 3~8% 늘어남을 알 수 있었는데 이는 연신에 따른 그래핀 결정의 품질이 떨어져서 생기는 현상으로 설명할 수 있다.The micro-stretching apparatus may be embodied as a device capable of pulling out by using an ultrafine mechanical device and a device capable of pulling out by using a piezoelectric material. As a simple example, a CVD 5-layer graphene specimen transferred onto a PET film was placed on a metal plate, and a PET film protective film was placed on the upper end portion of both sides of the specimen (above the side surface of the graphene) . As a result of X-ray diffraction measurement at one side (about 5%) (PET + graphene as a whole), it was found that the interlayer spacing increased about 3 to 8% after stretching because the quality of graphene crystals deteriorated due to stretching can do.

S1~S10 시료S1 to S10 samples

[도 9]에 나타난 시료 S1~S10은 단층막 그래핀을 전사시켜 1층에서 10층까지 적층시켜 만든 시편이다. 그래핀 결정의 평탄율을 좋게 하기 위하여 1cm×1cm 실리콘기판에 실리콘 산화막을 형성시키고 그 위에 그래핀을 전사시킨 시료들이다. 시료명은 적층된 층수에 따라 각각 S1~S10으로 명명하였다. Samples S1 to S10 shown in Fig. 9 are specimens obtained by transferring single-layer film graphenes and laminating layers 1 to 10. In order to improve the flatness of graphene crystals, a silicon oxide film is formed on a 1 cm × 1 cm silicon substrate and graphene is transferred thereon. The sample names were named S1 ~ S10 according to the number of layers stacked.

S1~S10 시료에서 물리적으로 적층시킨(Layer by layer 적층) 그래핀들이 같은 층의 수를 갖는 그래핀 결정을 형성한다는 것은 아니다. 물리적으로 하나 하나 적층된 그래핀 층의 수는 실제로 결정을 형성하는 층의 수와 같을 수도 있고 다를 수도 있다(결정을 형성하지 않고 공간적으로 들떠있는 상태가 있는 경우 적층수와 결정의 층 수가 달라짐). The graphenes physically layered (layer by layer) in the S1 to S10 samples do not form graphene crystals having the same number of layers. The number of physically stacked graphene layers may be equal to or different from the number of layers actually forming crystals (when there is a spatially excited state without forming crystals, the number of stacked layers and the number of crystal layers are different) .

또한 현재 수작업으로 적층 공정이 이루어지기 때문에 같은 개수의 층을 올린다 해도 매 공정마다 서로 다른 층의 개수를 갖는 그래핀 결정들이 만들어질 확률이 높다. 따라서 본 발명에서 제안된 그래핀 층 수 측정 방법은 이러한 측면에서도 반드시 필요하다.Also, since the lamination process is performed manually at present, there is a high probability that graphene crystals having different numbers of layers are formed in each process even if the same number of layers are stacked. Therefore, the method of measuring the number of graphene layers proposed in the present invention is also necessary in this respect.

상기 S1~S10 시료에 대한 XRD 패턴을 분석한 결과 각 시료의 그래핀 층 수는 적층 회수와 일치하지 않음을 알 수 있있다(한 예로, S10 시료의 그래핀 층 수는 7층 이었다). 이에 같은 제조업체에서 같은 종류의 시료를 구매하여 분석한 결과 그래핀의 층 수가 또 다르게 분석되었는바, 그래핀 적층 회수 만으로는 그래핀 결정들의 층 수는 알 수 없다는 것이 결론이었다.Analysis of the XRD patterns for the samples S1 to S10 indicated that the number of graphene layers of each sample was not identical to the number of times of lamination (for example, the number of graphene layers of the S10 sample was 7). As a result of purchasing the same kind of sample from the same manufacturer, it was concluded that the number of layers of graphene crystals can not be known only by graphene layer recovery because the number of layers of graphene was analyzed differently.

결론적으로 [도 9]는 세계 최초의 극한 박막의 일종인 그래핀의 두께에 따른 결정의 엑스선 회절 분석 결과이다. 이는 이들의 물성연구 뿐만 아니라 그래핀 층 수 별 절대적 물리량을 제공하고 있어서 세계 어디에서나, 언제든지 레퍼런스로 이용할 수 있는 방법을 제시하고 있다.In conclusion, [Figure 9] shows the results of X-ray diffraction analysis of crystals according to thickness of graphene, which is one of the world's first extreme thin films. It provides absolute physical quantities by the number of graphene layers as well as their physical properties, and suggests a way to use them as a reference at any time in the world.

본 발명의 (c)단계에서는 브래그법칙에 의해 회절된 X선을 분석할 수 있다. 그러나 브래그 법칙에 의해 회절되지 않은 직접 투과형 엑스선, 흡수된 엑스선 탄성산란, 비탄성 산란의 분석방법도 적용 가능하다. 예를 들어 브래그 법칙에 맞지 않은 일정 조사각도(즉, 그래핀 시편 평면부의 수직방향)로 그래핀에 엑스선을 조사하고 반대측부에 검출기를 위치시켜 직접적으로 투과하여 나오는 엑스선들을 분석할 수 있다. In the step (c) of the present invention, the X-ray diffracted by the Bragg rule can be analyzed. However, a direct transmission type x-ray diffracted by Bragg's law, absorbed x-ray elastic scattering, and inelastic scattering analysis methods are also applicable. For example, X-rays may be irradiated to graphene at a predetermined angle of incidence that does not fit the Bragg rule (ie, perpendicular to the plane of the graphene specimen plane), and the detector may be placed on the opposite side to analyze X-rays emitted directly.

구체적인 실시예로 그래핀 시편 S3~S6(숫자는 그래핀의 층 수를 나타낸다)은 그래핀 1층당 0.5~1%의 엑스선 흡수율을 보였는데 이는 회절 인자만에 의한 것이 아니라 그래핀 층수별 엑스선 흡수 물성을 보여주는 결과이다. 향후 조사각 및 층 수별 추가연구가 필요하다.As a concrete example, the graphene specimens S3 to S6 (the numbers indicate the number of layers of graphene) showed an X-ray absorptivity of 0.5 to 1% per graphene layer, not only due to diffraction factors, It is a result showing the physical properties. Future research Further research by number of layers and number of layers is required.

X선을 상기 A타입 시편 내지 D타입 시편 중 어느 하나에 투과시키는 경우 X선의 대부분이 상기 그래핀 시편의 그래핀막을 투과하거나 그래핀막에 흡수되더라도 일부는 그래핀막에서 반사될 수 있다.When X-rays are transmitted through any one of the A-type specimen and the D-type specimen, a part of the X-ray can be reflected by the graphene film even if the X-ray penetrates the graphene film of the graphene specimen or is absorbed into the graphene film.

이에 따라 본 발명은 『상기 (a)단계는 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하지 못하고 반사되는 X선을 검출하는 제2검출장치를 함께 준비하고, 상기 (c)단계는 상기 평행빔 X선 조사장치에서의 X선 조사각 및 상기 제2검출장치의 배치를 2θ(쎄타)-ω(오메가) 방법으로 설정하는 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법』을 함께 제공한다. 이에 따라 대부분의 투과된 X선에 대한 분석과 일부의 반사된 X선에 대한 분석이 함께 이루어지도록 할 수 있다.According to the present invention, in the step (a), a second detecting device for detecting X-rays reflected by the graphene specimen after being irradiated with X-rays can not be transmitted, and the step (c) X-ray irradiation angle in the X-ray irradiator and the arrangement of the second detector are set in the 2? (Theta) -ω (omega) method. "Together. Thus, most of the transmitted X-rays can be analyzed and some of the reflected X-rays can be analyzed together.

여기서, 상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편에 조사되는 X선의 각도를 하기 [조사각 도출식]에 따라 도출된 범위 내에서 설정할 수 있다.Here, in the step (c), the angle of the X-ray irradiated to the graphene specimen may be set within a range derived from the following [irradiation angle derivation formula].

[조사각 도출식] [Investigation angle derivation expression]

X선 조사각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚X-ray irradiation angle = (2? ( Hkl ) 2) 占 1 占

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

또한, 상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편을 기준으로 상기 제2검출장치를 하기 [검출각 도출식]에 따라 도출된 각도범위 내에서 설치할 수 있다.In the step (c), the second detecting device may be installed within an angle range derived from the following [detection angular expression] based on the graphene specimen.

[검출각 도출식] [Detection angle derivation expression]

X선 검출각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚X-ray detection angle = (2? ( Hkl ) ? 2) 占 1

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

한편, 상기 시편고정대는 안치된 시편을 3축(x-y-z축)으로 축회전시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 아래의 [참고도 1]은 시편이 3축으로 축회전하는 것에 대한 모식도이다.On the other hand, the specimen holder can be configured to pivot the specimen in three axial directions (x-y-z axis). [Reference Fig. 1] below is a schematic diagram of a specimen rotating about three axes.

[참고도 1][Reference Figure 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

또한 상기 평행빔 X선 조사장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전하도록 구성할 수 있으며, 상기 검출장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전하도록 구성할 수 있다. 아래의 [참고도 2]는 평행빔 X선 조사장치와 검출장치가 종방향과 횡방향으로 원심회전하는 것의 모식도이다.In addition, the parallel beam X-ray irradiating device may be configured to perform centrifugal rotation in the longitudinal direction and in the transverse direction, and the detecting device may be configured to rotate centrifugally in the longitudinal direction and the transverse direction. [Refer to Fig. 2] below is a schematic diagram of the centrifugal rotation of the parallel beam X-ray irradiating device and the detecting device in the longitudinal direction and the transverse direction.

[참고도 2][Reference Figure 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[도 1]은 본 발명이 제공하는 X선 분석 장치의 모식도이다. [도 1]에 도시된 실시예는 평행빔 X선 조사장치를 고정시키고 시편을 일축 회전시킴으로써 조사각(ω)을 설정토록 구성된 것이다. 조사각(ω)은 조사된 X선과 시편이 이루는 각도를 의미한다. 이때 검출장치는 조사되는 X선을 기준으로 각도 2θ(ω=θ) 지점에 위치한다. 이러한 조사각과 검출장치의 위치설정을 2θ(쎄타)-ω(오메가) 방법이라 한다.FIG. 1 is a schematic diagram of an X-ray analyzer provided by the present invention. FIG. The embodiment shown in Fig. 1 is configured to set the irradiation angle [omega] by fixing the parallel beam X-ray irradiating device and rotating the specimen in uniaxial direction. The irradiation angle (ω) means the angle between the irradiated X-ray and the specimen. At this time, the detection device is located at an angle 2? (? =?) With respect to the irradiated X-ray. This irradiation angle and the position of the detection device are referred to as 2? (Theta) -ω (omega) method.

상기 2θ-ω 방법은 평행빔 X선 조사장치를 고정시키고 시편의 일축 회전각에 따라 검출장치를 이동시키는 방법, 검출장치를 고정시키고 시편의 일축 회전각에 따라 평행빔 X선 조사장치를 이동시키는 방법 등을 포함한다. The 2θ-ω method is a method of fixing the parallel beam X-ray irradiator and moving the detector according to the uniaxial rotation angle of the specimen, a method of moving the parallel beam X-ray irradiator according to the uniaxial rotation angle of the specimen, Method and the like.

예를 들어 X선 조사각(ω)을 아주 작은 각도로 한 후 검출장치를 조사되는 X선을 기준으로 2θ 각도로 회동시킬 수 있다. 이 방법은 GI(Grazing incident) 방법이며, GI-SAXS 방법도 이에 해당한다. 또한 실리콘 기판에 그래핀이 코팅된 시편의 경우 기판의 강한 피크의 영향을 줄이기 위하여 검출장치를 그래핀 (hkl) 결정면의 피크(주로 (002) 피크)가 나오는 위치에 고정시키고 X선 조사각(ω)을 변화시키는 방법도 있다.For example, after the X-ray irradiation angle (?) Is made a very small angle, the detection device can be rotated at a 2? Angle with reference to the X-ray to be irradiated. This method is a GI (Grazing incident) method, and the GI-SAXS method is also applicable. In the case of specimens coated with graphene on a silicon substrate, the detection device was fixed at a position where the peak of the graphene (hkl) crystal plane (mainly the (002) peak) and the X-ray irradiation angle ω).

또한 상기 시편은 3축 회전에 의한 각도설정이 가능하다([도 1]에서의 ψ(프사이) 및 Φ(파이)). 시편의 3축 회전각 설정에 따라 시편 상부의 부분적인 공간에 대한 엑스선 조사각도 및 검출기 각도의 확보가 가능하다. 이에 따라 시편 상층부에 존재하는 회절된 X선들을 부분적으로 검출할 수 있게 된다.In addition, the specimen can be angularly set by three-axis rotation (ψ (psi) and Φ (pi) in [Fig. 1]). According to the setting of the three-axis rotation angle of the specimen, it is possible to secure the x-ray irradiation angle and the detector angle with respect to the partial space at the upper part of the specimen. Thus, the diffracted X-rays existing in the upper portion of the specimen can be partially detected.

극한 초박막 그래핀이 경우에는 기판이 없는 시편을 적용할 수 있다. 즉 에칭기술을 활용하여 떼어낸 그래핀 시편을 적용할 수 있는데, 이 경우에는 시편의 손상이 우려된다. 이러한 경우에는 시편을 한정적으로 움직이고, 대신 엑스선 조사각도 및 검출장치 위치에 대한 각도의 자유도를 극대화 시킴으로서 문제를 해결할 수 있다. 평행빔 X선 조사장치를 종방향과 횡방향으로 원심회전하도록 구성함으로써 특정 공간의 모든 공간좌표에 대해 X선을 제공할 수 있다. Ultrathin ultra-thin graphene In this case, a substrate without a substrate can be applied. In other words, it is possible to apply the removed graphene specimen by using the etching technique. In this case, the specimen may be damaged. In this case, the problem can be solved by moving the specimen in a limited manner and maximizing the degree of freedom of the angle with respect to the X-ray irradiation angle and the position of the detection device. By configuring the parallel beam X-ray irradiating device to rotate in the longitudinal and transverse directions by centrifugal rotation, it is possible to provide X-rays for all the spatial coordinates of the specific space.

본 발명에서 X선 조사각도, 시편의 배치(각도) 및 검출장치의 배치(각도)가 중요한 극한 초박판 그래핀 시편에 대한 3차원적인 결정구조 혹은 특정 결정면(예를 들어 (002)면)에 대한 3차원적인 피크 형태, 혹은 대칭 결정구조에서 상하부 결정면의 차이점 등을 분석하기 위하여 기존의 장치 기술들의 한계를 뛰어넘을 필요가 있기 때문이다. In the present invention, a three-dimensional crystal structure or a specific crystal plane (for example, (002) plane) of the ultra-thin plate graphene specimen in which X-ray irradiation angle, specimen arrangement (angle) This is because it is necessary to overcome limitations of existing device technologies in order to analyze the difference in the upper and lower crystal planes in the three-dimensional peak shape or the symmetric crystal structure.

구체적으로 X선 비투과형 기판에 그래핀막이 형성되거나 배치된 시편의 경우, X선 조사각도에 따라 회절되어 나오는 X선의 위치는 [도 4]에 도시된 것처럼 시편 상부의 반구(semisphere)에 모두 위치할 수 있게 된다(시편의 하부 반구는 제외). 따라서 시편은 3축(x,y,z)으로 축회전하고, 평행빔 X선 조사장치 및 검출장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전할 수 있을 때 모든 위치의 X선 검출이 수월해진다. Specifically, in the case of a specimen in which a graphene film is formed or arranged on an X-ray non-transmissive substrate, the position of the X-ray diffracted according to the X-ray irradiation angle is all located in the semisphere of the upper portion of the specimen as shown in FIG. (Except for the lower hemisphere of the specimen). Therefore, the specimen is rotated on three axes (x, y, z), and when the parallel beam X-ray irradiating apparatus and the detecting apparatus are capable of centrifugal rotation in the longitudinal direction and the transverse direction, X-

다른 예로 X선 투과형 기판에 그래핀막이 형성되거나 배치된 시편의 경우 또는 기판을 에칭하여 그래핀막만을 시편으로 하는 경우(free standing), 투과된 X선 또는 투과하며 회절된 X선의 위치는 [도 5]에 도시된 것처럼 시편 하부의 반구(semisphere)에 위치할 수 있게 된다. 이 경우에도 시편은 3축(x,y,z)으로 축회전하고, 평행빔 X선 조사장치 및 검출장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전할 수 있을 때 모든 위치의 X선 검출이 수월해진다. As another example, in the case of a specimen having a graphene film formed or arranged on an X-ray transmissive substrate, or when the substrate is etched to make a free standing specimen only of the graphene film, the position of the transmitted X-ray or diffracted X- And can be located in the semisphere below the specimen as shown in Fig. Even in this case, the specimen is rotated on three axes (x, y, z), and when the parallel beam X-ray irradiator and detector can rotate centrally in the longitudinal and transverse directions, X- .

한편, X선 반투과형 기판에 그래핀막이 형성되거나 배치된 경우에는 X선의 일부는 투과되고 일부는 반사(회절)되어 [도 6]에 도시된 바와 같이 시편 상부와 하부의 모든 공간 즉, 3차원 구(Sphere)에 회절된 엑스선이 위치할 수 있게 된다. 이 경우에도 시편은 3축(x,y,z)으로 축회전하고, 평행빔 X선 조사장치 및 검출장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전할 수 있을 때 모든 위치의 X선 검출이 수월해진다. On the other hand, when a graphene film is formed or arranged on the X-ray transflective substrate, a part of the X-ray is transmitted and a part of the X-ray is reflected (diffracted) So that the diffracted X-rays can be placed on the spheres. Even in this case, the specimen is rotated on three axes (x, y, z), and when the parallel beam X-ray irradiator and detector can rotate centrally in the longitudinal and transverse directions, X- .

XRDXRD 측정방법 How to measure

이상에서 설명한 본 발명의 X선 분석방법에 관한 설명을 정리하면 다음과 같다.The X-ray analysis method of the present invention described above is summarized as follows.

(1) X선 조사장치 : 평행빔 X선 조사장치(Parallel beam X-ray optics)(1) X-ray irradiation apparatus: Parallel beam X-ray optics

(2) 검출장치 : Array 타입형 검출기(2) Detector: Array-type detector

(3) 측정방법 : 2theta-omega 모드, rocking curve 측정법, 입사각 고정법, GI SAXS, 2D GISAXS법(3) Measurement method: 2theta-omega mode, rocking curve measurement method, incidence angle fixing method, GI SAXS, 2D GISAXS method

(4) 그래핀 시편 : 그래핀 층 수 1~10층(두께 3nm 이하), 크기는 0.3×0.3㎝ 이상(4) Graphene specimen: number of graphene layers 1 to 10 layers (thickness: 3 nm or less), size 0.3 × 0.3 cm or more

(5) 극한 박막의 변질도를 알아보기 위하여 열처리장치 및 가습장치를 별도로 두어 비교 분석 함.(5) In order to investigate the degree of deterioration of the ultimate thin film, a heat treatment device and a humidifying device were separately compared and analyzed.

(6) 시편은 3축(x,y,z축)으로 축회전, 평행빔 X선 조사장치 및 검출장치는 종방향과 횡방향으로 원심회전 가능하도록 구성.(6) The specimen is configured to rotate in three axes (x, y, z axis), and the parallel beam X-ray irradiator and detector can be rotated in both longitudinal and lateral directions.

(002) 피크 피팅방법(002) Peak fitting method

다층막 그래핀 (002) 피크들은 가우시안 함수(Gaussian function, 이하 'G 함수') 및 로렌찌안 함수(Lorentzian function, 이하 'L 함수')를 이용하여 피크 피팅을 수행하였으며, 본 발명에서는 이들 데이터들을 구체적으로 제공하였다. 그러나, 이들 G 함수 및 L 함수 피팅 이외에도 X-선 회절 피크를 만족시킬 수 있는 함수 또는 프로그램이 있다면 이들을 이용할 수도 있다. 근본적으로 같은 시료의 XRD 피크의 FWHM 및 피크센터는 같은 시간, 장소, XRD 장치에 상관없이 일정한 고유 값이며 노이즈 정도, 피크 피팅 함수 등에 의해 약간의 에러 등이 발생할 수 있다. Peak fitting of multi-layered film graphene (002) peaks was performed using a Gaussian function (G function) and a Lorentzian function (L function). In the present invention, Respectively. However, in addition to these G functions and L function fittings, if there are functions or programs that can satisfy the X-ray diffraction peaks, they may be used. Fundamentally, the FWHM and the peak center of the XRD peak of the same sample are constant eigenvalues irrespective of the time, place, and XRD device, and some errors may occur due to noise level, peak fitting function, and the like.

실시예Example

[도 9]는 S1~S10에 대한 XRD 측정 데이터를 나타낸 그래프들이다. 이 측정 데이터가 S1~S10 각각의 대응하는 층 수를 의미하지는 않는다. XRD 측정에서는 Cu Kα1(1.540598Å), Kα2(1.544426) 선을 강도비 2:1로 혼합한 X선을 사용하였으며, 2θ는 20~50˚, step size는 0.016˚로 균일하게 하였고, 2theta(쎄타)-ω(오메가) 방식으로 측정하였다. 평행빔(Parallel beam) X선 optics 조사장치 및 Array 타입 검출기를 엑스선 회절 장비에 별도로 부착하여 사용하였다. 평행빔 X선 optics의 구체적인 예로 평행빔 X선 미러(Parallel beam X-ray Mirror) optics를 별도로 구비하여 사용하였다. 9 is a graph showing XRD measurement data for S1 to S10. This measurement data does not mean the corresponding number of layers of S1 to S10. X-ray diffraction (XRD) spectra were prepared by mixing Cu Kα1 (1.540598 Å) and Kα2 (1.544426) at an intensity ratio of 2: 1. The 2θ was 20-50 ° and the step size was 0.016 °. 2theta ) -ω (omega) method. Parallel beam X-ray optics illuminator and array type detector were attached to X-ray diffraction equipment separately. A parallel beam X-ray mirror optics is used as a specific example of the parallel beam X-ray optics.

[도 9]의 (a)는 S1과 S2 두 시료를 비교 측정한 그래프인데, 두 그래프가 거의 일치하며 백그라운드 산란강도를 제외하고는 피크 형상이 전혀 발견되지 않았다. 1회 측정시 30~50분을 할애하여 충분히 오래 측정하였음에도 불구하고 피크가 관찰되지 않는다는 것은 흑연(기본 결정구조 3층)과 같이 (002) 피크를 형성하지 않음을 보여주는 결과이다.9 (a) is a graph comparing two samples of S1 and S2. The graphs are almost identical, and no peak shape was found except for the background scattering intensity. The fact that no peaks were observed even though the measurement was performed for a sufficiently long period of time for 30 to 50 minutes in one measurement shows that (002) peaks do not form like graphite (3-layer basic crystal structure).

[도 10]의 (b)에서부터 [도 10]의 (i) 까지는 (002) 피크가 조금씩 나오기 시작하며, 대략적으로 강도가 점점 커지는 경향을 보여준다. 이는 S3~S10 시료들의 정확한 층 수는 알 수 없지만 점점 두꺼운(즉, 층의 수가 증가하는) 그래핀 결정을 형성해 간다는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명을 통하여 최초로 얻어진 가장 얇은 박막에 대한 결정학적 정보이다.(002) peaks start to appear slightly from (b) to [Fig. 10] (i) in FIG. 10, and the intensity tends to increase gradually. It can be seen that the precise number of layers of samples S3 to S10 is unknown but forms graphene crystals that are increasingly thick (ie, the number of layers increases). This is the crystallographic information on the thinnest thin film obtained first through the present invention.

S3~S10 시료에 대한 (002) 피크 정보는 [도 10]의 테이블에 상세하게 나타내었다. 피크 피팅을 위해서 Baseline을 S2로 일정하게 하였다. 그리고 피크 피팅 함수로서 G 함수 및 L 함수를 이용하였고, [도 10]에는 이들을 구분하여 나타내었다.The (002) peak information for the samples S3 to S10 is shown in detail in the table of FIG. For peak fitting, the baseline was set to S2. The G function and the L function are used as the peak fitting function, and these are separately shown in FIG.

(002) 피크로부터 얻어낼 수 있는 중요한 정보는 다음과 같다.Important information that can be obtained from the (002) peak is as follows.

(1) 그래핀 두께와 직접 연관되어 있는 FWHM(1) FWHM directly associated with graphene thickness

(2) 그래핀 층간 간격을 구할 수 있는 d002(피크 센터인 2θ로부터 구함)(2) d 002 (obtained from the peak center 2?

(3) 그래핀 두께{D1 = d002 × (NL-1) 또는 D2=d002 × (NL)}, 이때 NL은 그래핀 층 수(3) Grain thickness {D 1 = d 002 × (N L -1) or D 2 = d 002 × (N L )}, where N L is the number of graphene layers

[도 10]는 G 함수 및 L 함수를 이용한 S3~S10 시료에 대한 FWHM 값, 피크 센터인 2θ 값들, 2θ로부터 구한 d002 값들이 나타내어져 있다. FIG. 10 shows the FWHM values for the samples S3 to S10 using the G function and the L function, the d 002 values obtained from the 2θ values at the peak centers, and 2θ.

중요하게도, 그래핀 두께 즉 그래핀 층 수와 관련된 FWHM 데이터들은 S3→S4→S5로 갈수록 독립적이며 어떤 규칙을 가지고 줄어들고 있음을 알 수 있다.Importantly, the FWHM data relating to the graphene thickness, ie, the number of graphene layers, are independent from S3 → S4 → S5 and are decreasing with certain rules.

S6 시료의 FWHM 값은 S5 시료와 거의 일치한다. S7, S8, S9 시료의 FWHM 값도 거의 일치된 값을 가지며, S10 시료는 독립적으로 가장 작은 FWHM 값을 가짐을 알 수 있다. 이 정보들은 매우 중요하다. The FWHM value of the S6 sample is almost the same as that of the S5 sample. The FWHM values of the S7, S8 and S9 samples also have almost the same values, and the S10 sample has the smallest FWHM value independently. This information is very important.

그 이유로서, 흑연처럼 그래핀 결정도 S3 시료에서 최초 (002) 피크(FWHM: 4.663-5.06˚)가 약하나마 발견되는데(S1, S2는 관찰안 됨), 이때의 피크는 확실히 그래핀 3층의 정보이며, 흑연의 결정처럼 XRD로 측정 가능한 가장 얇은 그래핀 결정층(최소 층 수)은 3층이다.The reason for this is that graphene crystals, like graphite, are found to have only a small amount of the initial (002) peak (FWHM: 4.663-5.06 °) in the S3 sample (S1 and S2 are observed) Information, and the thinnest graphene crystal layer (minimum number of layers) that can be measured by XRD like graphite crystal is three layers.

S4 시료에서는 S3 시료와는 상대적으로 강도가 크며 FWHM이 독립적이며 예리한(FWHM: 3.207-3.310˚) 피크가 나타나는데 이는 확실히 주된 결정이 4층인 그래핀에 대한 정보이다(5층은 적층공정상 불가능함).The S4 sample has relatively stronger intensity than the S3 sample, and the FWHM is independent and sharp (FWHM: 3.207-3.310 °) peak, which is certainly information about the four-layer graphene layer. ).

또한 S5 시료는 S4 시료와는 아주 다르게 매우 강도가 크며 훨씬 예리한 (FWHM: 1.798-1.84˚) 피크가 나타나는데 이는 확실히 주된 결정이 5층인 그래핀에 대한 정보이다(6층은 적층공정상 불가능함).In addition, the S5 sample is very strong and very sharp (FWHM: 1.798-1.84 °) peak, which is very different from the S4 sample, which is certainly information about graphene where the main crystal is 5 layers (6 layers are not possible in the laminating process) .

S6 시료의 FWHM 값이 S5 시료 FWHM의 값과 거의 일치한다는 것은 S6의 적층공정이 S5 정도밖에 유효하지 못하다는 것을 반영하며, 즉 S6 시료는 5층 그래핀 결정에 대한 정보를 보여준다. The fact that the FWHM value of the S6 sample closely coincides with the value of the S5 sample FWHM reflects that the stacking process of S6 is only effective at about S5, i.e., the S6 sample shows information about the five-layer graphene crystal.

S7~S9 시료는 서로 비슷한 값을 가지며, 5층 그래핀과는 독립적이면서도 이론적인 모델처럼 비슷한 경향으로 FWHM이 작아지는데 이는 6층 그래핀을 반영하는 결과이다.The S7 to S9 samples have similar values, and the FWHM is smaller with a tendency similar to that of the theoretical model, independent of the 5th layer graphene, which reflects the 6th layer graphene.

마지막으로 S10 시료는 가장 강한 피크강도와 6층 그래핀과 비교하여 1단계 정도 작아진 피크 강도를 보여주는데 이는 그래핀 7층에 대한 정보이다.Finally, the S10 sample shows the strongest peak intensity and peak intensity, which is one step smaller than that of the six-layer graphene, which is information on the graphene seven-layer.

이에 대하여 [도 10] 테이블의 제일 우측편에 XRD 측정으로부터 S1~S10 시료에 대한 층 수 별 그래핀 결정들을 확정하여 정리하였다.On the other hand, the graphene determinations of the number of layers for the samples S1 to S10 were determined from the XRD measurement on the rightmost side of the table (FIG. 10).

[도 11]은 검량선을 그리기 위해 x축으로 이용 가능한 수치들을 정리한 표이다. [도 10]에서 평가된 그래핀 층 수 별 FWHM (°) 절대값들을 y축으로 할 때, x축은 그래핀 층 수(NL)로 할 수 있으며, 그래핀 두께(D)나 그래핀 두께의 역수(1/D)로 할 수도 있다. 여기서 그래핀 두께(D)는 원자 중심간 거리를 기준으로 한 분석대상 그래핀막의 두께(D1)나 원자의 최대 외경간 거리를 기준으로 한 분석대상 그래핀막의 두께(D2)로 구할 수 있다.[Figure 11] is a table summarizing the usable values in the x-axis for drawing a calibration curve. When the absolute values of FWHM (°) of the number of graphene layers evaluated in FIG. 10 are taken as the y axis, the x axis can be the number of graphene layers (N L ), and the graphene thickness (D) (1 / D). The graphene thickness (D) may be obtained by the analyte graphene film thickness (D 1) and a maximum outer diameter between the analysis based on the distance the target graphene film thickness (D 2) of the atoms relative to the inter-atomic center distance have.

D1 = d002 × (NL-1) (이때 NL은 그래핀 층 수) D 1 = d 002 × (N L -1) (where N L is the number of graphene layers)

D2 = d002 × (NL) (이때 NL은 그래핀 층 수)D 2 = d 002 x (N L ) (where N L is the number of graphene layers)

이들에 대한 검량선 그래프들을 [도 12]의 (a), (b), (c)에 각각 나타내었다.The calibration curve graphs for these are shown in (a), (b) and (c) of FIG. 12, respectively.

빨간색선(red circled dotted, △로 표기)들은 L 함수 피팅 결과를 반영한 것이고 파란색선(blue triangle dotted, ○로 표기)들은 G 함수 피팅 결과를 반영한 것이다. The red line (red circled dotted, denoted by Δ) reflects the result of the L function fitting and the blue line (blue triangle dotted, marked with ○) reflects the G function fitting results.

그 외 다양한 형태의 검량선들이 가능하며, 그래핀 층간 간격 d002이 같은 층이라도 적층공정에 따라 약간씩 변할 수도 있으며, 고정된 값으로 흑연의 d002 값을 이용하더라도 에러 범위 내에서는 큰 문제가 없다([도 13] 참조).Various other types of calibration curves are possible. Even if the gap between the graphene layers d 002 is the same, it may vary slightly depending on the laminating process. Even if the d 002 value of the graphite is used as a fixed value, there is no big problem within the error range (See FIG. 13).

[도 12]의 (d) 그래프는 x축을 1/D로 하고 y축을 FWHM으로 하여 얻어낸 데이터([도 12]의 (c)에 해당하는 그래프)와 sherrer식에 의해 이론적으로 얻어낸 그래프를 비교한 데이터이다. 이론적 sherrer식은 결정이 커질수록 원점을 향한 완전한 직선 그래프가 된다. 반면 실험치인 경우 그래핀 층 수가 3, 4인 경우 직선에서 벗어난 경향을 보이는데 이는 2차원 결정인 3~4층의 그래핀이 일반적인 결정과는 다른 물성을 가지고 있음을 보여주는 매우 중요한 데이터이다.(D) of FIG. 12 is a graph comparing the data obtained by taking the x-axis as 1 / D and the y-axis as FWHM (the graph corresponding to (c) in FIG. 12) and the graph theoretically obtained by the sherrer equation Data. The theoretical sherrer equation becomes a complete linear graph toward the origin as the crystal size increases. On the other hand, in the case of experimental values, the tendency to deviate from the straight line when the number of graphene layers is 3 or 4 is very important data showing that the graphenes of the third and fourth layers, which are two-dimensional crystals, have properties different from general crystals.

그래핀 층수가 5, 6, 7인 경우 이론적 값들처럼 원점을 향한 직선 거동을 보이는데 이 또한 매우 중요한 결과로서 미지 그래핀 시편의 두께가 13Å(5층) 근처이거나 이보다 큰 경우 이 직선을 검량선으로하여 그래핀 두께를 구할 수 있게 된다.In the case of graphene layers 5, 6 and 7, linear behavior toward the origin is shown as a theoretical value. This is also a very important result when the thickness of the unknown graphene specimen is near or greater than 13 Å (5 stories) The graphene thickness can be obtained.

[도 12]의 (d)에 표시된 점선은 그래핀 5~7층에 대해 선형 피팅한 결과로서, 직선의 함수가 D1의 경우 y=22.358x+0.220(G 함수 피팅) 및 y=22.141x+0.191(L 함수 피팅)이다. D2의 경우 y=32.743x+0.062(G 함수 피팅) 및 y=32.427x+0.089(L 함수 피팅)이며, 이 때 y는 FWHM (°)이고 x는 1/D 이다. 또한 y축의 FWHM의 Degree(°) 값들은 적절하게 radian 등으로 변형시켜 사용할 수 있다. [12] the dotted line shown in (d) of the So as a result of the linear fit for the pin 5 to 7 layers, in the case of a function of a straight line D 1 y = 22.358x + 0.220 ( G function fitting) and y = 22.141x +0.191 (L function fitting). For D 2 , y = 32.743x + 0.062 (G function fitting) and y = 32.427x + 0.089 (L function fitting), where y is FWHM (°) and x is 1 / D. Degree (°) values of the FWHM in the y-axis can be appropriately modified by radians.

그래핀 두께 혹은 층 수 이외에도 나노박막 및 나노결정립의 크기를 이들 검량선 들의 에러범위([도 10] 및 [도 11] 참조)를 포함한 기울기 및 이 때 얻어지는 y절편들의 범위 내에서 구할 수 있다. 즉, 그래핀 층 수 5, 6, 7을 기준으로 직선의 검량선을 그릴 경우 오차범위 내에서 기울기가 14~40 정도이며, y절편은 -2~2 범위가 된다. 만일 층 수 3, 4, 5를 기준으로 에러범위를 정한 후 검량선을 그릴 경우 상기 값과는 전혀 다른 기울기와 절편을 갖는다.In addition to the graphene thickness or number of layers, the sizes of the nanofilms and nanocrystals can be found within the range of the slope including the error range of these calibration curves (see FIGS. 10 and 11) and the y intercepts obtained at this time. That is, when a straight line is drawn on the basis of the graphene layers 5, 6, and 7, the slope is about 14 to 40 in the error range, and the y intercept is in the range of -2 to 2. If a calibration curve is drawn after defining the error range based on the number of layers 3, 4, and 5, it has a slope and a slice which are quite different from the above values.

따라서, 본 발명에서 [도 12]의 그래프 및 검량선의 에러범위를 정하기 위하여 중요한 점은 그래핀 층 수 별 FWHM의 에러를 정하는 것이다. 본 발명에서는 추가적인 시료들에 대한 측정 및 피팅 결과로부터 S3~S7 시료의 FWHM 에러들을 최대로 각각 ±1.5˚, 1.0˚, 0.5˚, 0.4˚, 0.4˚로 잡았으며, S5~S7의 선형 검량선의 최대 가능한 값으로서 기울기는 14~30, y절편은 -2~2로 하였다.Therefore, in order to determine the error range of the graph and the calibration curve of FIG. 12 in the present invention, an important point is to determine the error of FWHM by the number of graphene layers. In the present invention, the FWHM errors of the samples S 3 to S 7 are set to ± 1.5 °, 1.0 °, 0.5 °, 0.4 ° and 0.4 °, respectively, from the measurement and fitting results of the additional samples. The maximum possible values were 14-30 slopes and -2-2 slopes.

추가로 [도 13]에는 그래핀 3층~7층 전체에 대하여 직선이라는 가정하에서 최대로 가능한 영역의 기울기와 절편을 구하였다. 이를 위해서 최대 기울기를 갖는 Plot 1(y=82x-4.6) 직선과 최소 기울기를 갖는 Plot 2(y=12.6x+1.1) 직선을 정하고 이들 기울기와 y절편값이 절대적으로 벗어날 수 없는 검량선의 마지노선 영역을 확정지었다. 이 때 기울기는 12~82 영역을 가지며, y절편은 1.12~-4.6영역을 가진다. Further, in Fig. 13, the slope and the slice of the maximum possible region were obtained under the assumption that the entire graphene layers 3 to 7 were straight lines. To do this, we define a Plot 2 (y = 12.6x + 1.1) straight line with a maximum slope Plot 1 (y = 82x-4.6) and a minimum slope, Area. At this time, the slope has 12 ~ 82 area and the y section has 1.12 ~ -4.6 area.

다양한 에러 범위 내에서 가능한 검량선 영역을 지정하였지만, 본 연구내용은 [도 12]에서 그래핀 층 수 별 절대적인 FWHM을 보여준다. 이들을 비교 데이터로 하여 미지의 그래핀을 측정할 경우 이들 데이터와 비교 분석하여 그래핀 층 수를 결정할 수 있다. 일 예로 다층 막 그래핀 결정을 성장시킨 후 얻어낸 XRD (002) 피크에 대한 FWHM의 값이 2.5˚라는 값이 나오면 본 발명의 결과로부터 이 값은 그래핀 4층(3.207˚) 및 5층(1.844˚) 값의 절반에 해당하므로 4.5층이라는 결론을 가진다. 현실적으로 4.5층이라는 그래핀 결정은 없으나 여러 층이 존재하는 결정들의 평균값이 4.5층이라는 매우 중요한 정보를 제공한다. 현재까지 이런 분석 방법은 제공되지 못하였다.Although the range of the calibration curve is specified within the various error ranges, this study shows the absolute FWHM by the number of graphene layers in [Fig. 12]. When these are used as comparison data and unknown graphene is measured, the number of graphene layers can be determined by comparing and analyzing these data. For example, when the value of FWHM with respect to the XRD (002) peak obtained after the growth of the multilayered filmgraffin crystal is 2.5 °, the value of the present invention is 4 layers (3.207 °) and 1.8 layers ˚), which means that it is 4.5-layered. In reality, there is no graphene crystal called the 4.5-layer, but it gives very important information that the average value of the crystals in which there are several layers is 4.5 layers. To date, no such analysis has been provided.

XRD 피크 해석에 잘 맞는 프로그램이 있으면, (002) 피크 피팅으로부터 피크들을 분리한 후 분리된 피크의 반가치 폭을 평가한 후(본 발명과 비교하여) 그래핀 층 수 분포도 알아낼 수 있다. 일예로 상기 시료에 대하여 단일 피크 피팅을 수행하지 않고 다중 피크들이 중첩된 것을 분리한 후 각각의 FWHM에 대한 층 수 정보를 제공한 후, 피팅 피크 면적으로서 각각의 층에 대한 결정량을 도출하여, 3층이 30%, 4층이 40%, 5층이 30%처럼 나타낼 수 있다. 이와 같이 할 수 있는 것은 또 다른 본 발명의 효과라 할 수 있다.If there is a program that is well suited to XRD peak analysis, the distribution of the number of graphene layers can be determined after evaluating the half-value width of the peaks after separating the peaks from the (002) peak fitting (compared with the present invention). For example, it is possible to separate the multiple peaks from each other without performing a single peak fitting on the sample, to provide information on the number of layers for each FWHM, to derive a crystal amount for each layer as a fitting peak area, 30% for the third floor, 40% for the fourth floor, and 30% for the fifth floor. What can be done in this way is another effect of the present invention.

또한 본 시험과 비슷하거나 더 좋은 조건에서 XRD 측정 실험을 수행하였는데 (002) 피크가 관찰되지 않으면 그래핀의 층 수가 1~2층임을 의미한다.XRD measurements were performed under conditions similar to or better than this test, which means that if the (002) peak is not observed, the number of graphene layers is one or two.

본 발명의 평행빔 엑스선 소스, 검출기, 시편의 회전 각도는 x, y, z 축으로 회전이 모두 가능할 수 있다. 현 기술로는 이 모든 회전이 가능하지만 극한 박막을 분석할 경우 반드시 보충이 되어야만 하는 기술이다.The rotation angle of the parallel beam X-ray source, detector, and specimen of the present invention can be rotated in the x, y, and z axes. All of these rotations are possible with current technology, but it is a technique that must be supplemented when analyzing extreme thin films.

[실시예 5][Example 5]

민감한 S3~S5 샘플에 대한 다양한 비교실험을 하였는데, 실험결과는 [표 1]에 나타내었다.A variety of comparative experiments were performed for the sensitive samples S3 to S5. The experimental results are shown in [Table 1].

Figure pat00003
Figure pat00003

[도 9]의 3층에서 7층에 대한 정보는 엑스선 회절 장치에 (1) 평행빔 엑스선 조사기와 (2) Array형 검출기가 동시에 작동하였을 때의 그래프이다. S3~S5 민감한 샘플들의 (002) 피크 강도를 100으로 하여 장치 기술, 측정 조건을 변화시키면서 비교 하였다. [표 1]에서 보는것처럼 상기 2가지 장치 기술에 측정온도가 5~55℃ (278~328°K)인 경우는 민감한 그래핀이라 할지라도 피크 강도의 변화는 거의 없음을 알 수 있다(정확히 표현하면 5~8℃ 범위 및 45~50℃ 범위는 약 2% 정도의 변화를 보여 엄밀한 실험을 할 경우 8~45℃ 범위 내가 바람직하다. 그러나 통상적인 실험에서 상기 온도 범위를 이용하는 데는 큰 문제가 없다).The information on the third to seventh layers in [FIG. 9] is a graph when (1) a parallel beam X-ray irradiator and (2) an array type detector operate simultaneously on the X-ray diffraction apparatus. (002) peak intensities of the S3 to S5 sensitive samples were set at 100, and were compared while changing the device description and measuring conditions. As shown in [Table 1], it can be seen that when the measurement temperature is in the range of 5 to 55 ° C (278 to 328 ° K) in the above two device technologies, there is almost no change in the peak intensity even for the sensitive graphene The range of 5 ~ 8 ℃ and the range of 45 ~ 50 ℃ is about 2%. In the case of rigorous experiment, the range of 8 ~ 45 ℃ is preferable. ).

그러나, 측정 시편의 온도가 5℃ 이하 혹은 55℃ 이상일 경우 피크가 없어지거나 급격한 감소를 보이는데 이는 장시간 측정시 초박막 그래핀이 변할 수 있음을 보여주는 매우 중요한 데이터이다. 또한 상온일지라도 습도가 70% 이상 되면 초박막 그래핀의 (002) 피크가 사라지거나 급격한 감소를 보인다. 이와 같은 온도변화 (기계열, 열름철 날씨)나 습도 영역을 통상적인 엑스선 회절실험에서 흔히 발생할 수 있는 조건이며, (002) 피크가 얻어지지 않거나 매우 약화될 경우 잘못된 해석을 내릴 수 있게 된다. 이와 같은 현상은 기존 시편에서는 발생하지 않았으며 매우 얇은 그래핀에서 처음 발견되는 현상이다.However, when the temperature of the specimen is below 5 ° C or above 55 ° C, the peak disappears or sharply decreases, which is very important data showing that ultra-thin graphene can change during long-term measurement. Even at room temperature, the (002) peak of ultra-thin graphene disappears or sharply decreases when the humidity exceeds 70%. Such temperature changes (such as flicker, cloudy weather) and humidity range are common conditions that can occur in conventional X-ray diffraction experiments. If the (002) peak is not obtained or becomes very weak, it is possible to make a false interpretation. This phenomenon does not occur in conventional specimens and is the first phenomenon to be found in very thin graphene.

[표 1]에서는 일반적인 나노박막에서 많이 분석하고 있는 focused beam X-선 조사기와 Normal type 검출기를 비교 실험하였는데, focused beam X-선 조사기를 사용할 경우 S3~S5 샘플의 피크들이 모두 관찰되지 않는 놀라운 사실을 발견하였다. 이는 투과력이 좋은 엑스선이 포커스(집광) 되어 대부분 그래핀 막을 투과하기 때문인 것으로 해석이 되며, 기존 나노박막 분석에서는 발생하지 않았으며 매우 얇은 그래핀에서 처음 발견되는 현상이다.In Table 1, we compared the focused beam X-ray irradiator and the normal type detector, which are widely analyzed in general nano thin films. When using the focused beam X-ray irradiator, . This is interpreted to be due to the fact that the x-ray with good permeability is focused (focused) and is mostly transmitted through the graphene membrane. This phenomenon does not occur in the conventional nano thin film analysis and is the first phenomenon to be found in very thin graphene.

또한 패럴빔 엑스선 조사기에 검출기가 Normal 인 경우 피크가 나오지 않거나 약화된다([표 1] 참조).Also, when the detector is normal to the paralbeam X-ray irradiator, the peak does not come out or weakens (see [Table 1]).

따라서 본 발명에서는 그래핀 초박막의 층 수가 1~10층인 경우 패럴빔 엑스선 빔의 사용은 필수적이며, Array 타입 검출기는 측정의 신뢰도를 높이는 기능을 한다. 또한 아무리 측정 장치 조건이 좋더라도 반드시 측정 조건으로서 온도가 5~45℃(278~328°K) 및 습도 70% 미만으로 해야 한다.Therefore, in the present invention, when the number of layers of graphene ultrathin films is 1 to 10 layers, it is necessary to use a parallel beam X-ray beam, and the Array type detector functions to increase the reliability of measurement. Also, the temperature should be 5 ~ 45 ℃ (278 ~ 328 ℃) and the humidity should be less than 70% as the measurement condition, even if the condition of the measuring device is good.

5℃ 이하 및 55℃ 이상의 온도와 습도 70% 이상에서의 극한 그래핀 박막의 변화는 그래핀 층 간 매우 약한 반데르발스결합력으로 설명할 수 있다. H2O 물분자의 흡착은 통상적으로 강력하여 그래핀 주변의 수분은 그래핀 표면에 흡착되고 일부 물분자는 약한 그래핀 층 사이를 침투하여 그래핀의 결정성을 약화시키고 낮은 온도와 높은 온도는 이들 흡착된 물의 응집성 (부피가 커짐)과 분자단위 진동에 영향을 주어 결정성이 약화되는 것으로 해석할 수 있다.Changes in the extreme graphene film at temperatures below 5 ° C and above 55 ° C and above 70% humidity can be explained by very weak van der Waals bond strength between graphene layers. The adsorption of H 2 O water molecules is usually strong so that the water around graphene adsorbs to the graphene surface and some water molecules permeate between weak graphene layers to weaken the crystallinity of graphene, It can be interpreted that the crystallinity is weakened by affecting the cohesiveness (volume increase) and molecular unit vibration of these adsorbed water.

[실시예 7][Example 7]

[도 9]의 S7인 경우 평행빔 엑스선을 그래핀 시료에 조사하며 검출기로 회절된 엑스선을 검출하는 측정방법이 ω(오메가)-2theta(쎄타) 일 경우 두 가지 방법이 가능하다. 즉, 입사각을 고정하는 경우와 회전시키는 경우이다. 본 발명에서는 실리콘 웨이퍼 일부 결정면이 그래핀 (002) 피크와 일부간섭을 일으키는 것으로 파악을 하였다. 별도로 구비된 4층 그래핀 시료를 일반적인 ω(오메가)-2theta(쎄타)로 측정 하였을 경우 상대적으로 강도가 매우 큰 실리콘 웨이포 피크에 묻여 그래핀 (002) 피크의 관찰이 쉽지 않았다. 이를 해결하기 위하여 다음 [조사각 도출식]에 따라 도출된 각도로 평행빔 엑스선 조사각도를 고정하였다. 이렇게 하여 실리콘 피크는 나오지 않게 하고 그래핀 (002) 피크만 얻어낼 수 있었다.In the case of S7 in FIG. 9, two methods are possible when the parallel beam X-ray is irradiated to the graphene sample and the measurement method for detecting the X-ray diffracted by the detector is ω (omega) -2theta (theta). That is, the incident angle is fixed and the incident angle is rotated. In the present invention, it is understood that some of the crystal planes of the silicon wafer cause some interference with the graphene (002) peak. It was not easy to observe the graphene (002) peak due to the relatively high intensity of the silicon wafer peak when the 4-layer graphene sample was separately measured with a general ω (omega) -2theta (theta). In order to solve this problem, the parallel beam X-ray irradiation angle was fixed at the derived angle according to the following [illumination angle derivation formula]. Thus, the silicon peak was not emitted and only the graphene (002) peak could be obtained.

[조사각 도출식] [Investigation angle derivation expression]

X선 조사각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚X-ray irradiation angle = (2? ( Hkl ) 2) 占 1 占

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

[실시예 8][Example 8]

[도 13]은 GI SAXS법을 이용하여 찾아낸 층 수 7의 그래핀의 (002) 피크가 아닌 또 다른 (hkl) 결정면에 대한 피크를 나타낸 그래프이다(2θ=42.525°). 이 피크는 통상적인 방법에서는 찾을 수 없다. 박막 수직면에 제공되는 결정면이 아니기 때문이다. 결정 수직면 이외에도 결정 수평면 xy면에 다양한 피크가 존재하며, 이들을 찾기 위해서는 GI SAXS법이 필요하다. 본 발명에서는 이 방법을 이용하여 7층 그래핀의 (002) 결정면 이외의 피크를 찾아내었다. 아직 (hkl) 지수를 정하지는 못하였지만, 이 피크에 대해서도 본 발명의 원리를 그대로 적용할 수 있다(d( hkl ) 및 FWHM 이론 참조). 또한 GI SAXS 법을 통하여 또 다른 (hkl) 결정면을 찾을 예정이지만 시간이 너무 오래걸리는 단점이 있다. 그러나 최신 2차원 검출기를 가지는 GI SAXS 즉, 2D GI SAXS 장치를 이용하면 짧은 시간내에 그래핀 xy결정면의 피크들을 찾을 수 있고, 그래핀 층 수별 결정정보(결자상수)들 및 두께 정보에 대한 좀 더 정확한 정보들을 얻어낼 수 있다.[Fig. 13] is a graph (2? = 42.525 °) showing a peak for another (hkl) crystal plane which is not the (002) peak of the graphene number 7 found using the GI SAXS method. This peak can not be found in the usual way. This is because it is not a crystal plane provided on the vertical plane of the thin film. In addition to the crystal vertical plane, there are various peaks on the xy plane of the crystal horizontal plane, and the GI SAXS method is required to find them. In the present invention, a peak other than the (002) crystal face of the seventh layer graphene was found by using this method. Although the hkl index has not yet been determined, the principle of the present invention can be applied to this peak as it is (see d ( hkl ) and FWHM theory). We will also look for another (hkl) decision through the GI SAXS law, but it takes too long. However, using GI SAXS with 2D GI SAXS, that is, a 2D GI SAXS device, it is possible to find peaks of the graphene xy crystal plane in a short time, and to find the graphene layer number determination information (defect constants) You can get accurate information.

GI SAXS 법은 그래핀 (002) 피크보다 강도가 매우 약한 또다른 피크를 찾아낼 수 있을 정도의 강력한 방법이다. 따라서 본 발명에서 GI SAXS 법은 그래핀의 (002) 면을 찾을 경우에도 중요하게 이용될 수 있다. 좀 더 나아가 2차원 검출기가 장착된 2D GISAXS는 더욱 간단하게 그래핀 피크들을 ?아낼 수 있다. 이와 같은 본 발명의 원리는 향후 개발될 3차원 (혹은 2.5차원: 부분적인 공간 커버)) 검출기 개념에도 적용이 가능하다.The GI SAXS method is powerful enough to find another peak that is much less intense than the graphene (002) peak. Therefore, in the present invention, the GI SAXS method can also be used for finding the (002) plane of graphene. Further, 2D GISAXS with a 2D detector can more easily detect graphene peaks. The principle of the present invention can be applied to a 3-dimensional (or 2.5-dimensional: partial spatial cover) detector concept to be developed in the future.

[도 14]는 3층 내지 10층(S3~S10) 그래핀 결정면에 대한 록킹커브(Rocking curve) 그래프이다. x축은 오메가(Omega)의 각도(°)이다. 이 록킹커브는 (hkl) 결정면의 뱅향성이 어떤지 (tilting 등), 얼마만큼 기울어져 있는지를 알려주는 매우 중요한 측정방법이다. 록킹커브를 측정할 때 검출기를 다음 [검출각 도출식]에 따라 도출된 각도로 검출기의 각도를 고정하였다. 이렇게 한 후 오메가 각도를 미세하게 +에서 -로 변화시킨면서 엑스선 회절 강도를 측정하였다.[Fig. 14] is a graph of a rocking curve with respect to graphene crystal planes of 3 to 10 layers (S3 to S10). The x-axis is the angle of the omega (°). This rocking curve is a very important measure of how much the (hkl) crystal plane is tilting (tilting, etc.) and how tilted it is. When measuring the rocking curve, the angle of the detector was fixed to the angle derived from the following [Detection angle derivation formula]. After this, the x-ray diffraction intensity was measured while the omega angle was minutely varied from + to -.

[검출각 도출식] [Detection angle derivation expression]

검출기 조사각 = (2θ( hkl ))±1˚Detector irradiation angle = (2? ( Hkl ) ) 占 占

2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index

그래핀 (002) 결정면에 대한 록킹커브를 [도14]에 나타내었다. [도 14] 피크의 중심 값이 [도 9]에 나타난 그래핀 (002) 결정면의 피크 2θ의 1/2이 된다. 10층 그래핀(S10) 록킹커브(Rocking curve) 그래프의 피크 중심선을 기준으로 하였을 경우, 각 층 그래핀 결정의 결정 배향 중심 및 분포가 달라지며([도 14]의 피크들은 결정 배향 분포 함수임), 각 중심에서 가장 자리로 갈수록 강도가 낮아지는데, 이는 피크 중심이 결정의 xy축과 일치하는 평면(0°)에 위치한 결정면의 기울기(tilt) 정도를 나타낸다. 즉 [도 14]의 x축을 다시 그릴 경우, 피크 센터는 0°, 좌측부는 마이너스 각도로 기울어진 각도, 우측부는 플러스 각도로 기울어진 각도를 나타내며 이들 값에 대한 y 값, 즉 피크 강도는 각각의 각도에 존재하는 그래핀 (002) 결정면들의 분포함수를 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 층 수별 2차원 그래핀들이 완벽한 2차원 평면에 위치하지 않고 약간 너울대는 형태(+, 0, - 분포)로 존재하고 있음을 보여주는 최초의 XRD 정보도 제공하고 있다.The rocking curve with respect to the graphene (002) crystal face is shown in Fig. [Fig. 14] The center value of the peak is 1/2 of the peak 2? Of the graphene (002) crystal plane shown in Fig. 9. 10 layer Grading (S10) Rocking curve When the peak center line of the graph is taken as a reference, the crystal orientation center and distribution of each layer graphene crystal are different (peaks in [Fig. 14] are crystal orientation distribution functions ), The intensity decreases from the center to the edge, indicating the degree of tilt of the crystal plane located at a plane (0 °) where the center of the peak coincides with the xy axis of the crystal. That is, when the x-axis of [Fig. 14] is redrawn, the peak center is 0 °, the left side is an angle tilted to a minus angle, and the right side is an angle tilted to a positive angle. Represents the distribution function of graphene (002) crystal planes existing at an angle. Accordingly, the present invention also provides the first XRD information showing that the two-dimensional graphenes by layer number exist in a form (+, 0, - distribution) rather than a perfect two-dimensional plane.

[실시예 9][Example 9]

Figure pat00004
Figure pat00004

5℃ 이하 및 55℃ 이상의 온도조건과 및 70% 이상 습도조건에서의 좋지 않은 효과를 극대화시켜 극한 분석 박막장치에 진공열처리 시스템과 액체 질소와 같은 냉각시스템을 둘 수 있다. [표 2]에서 보는 것처럼 6층 그래핀의 경우 진공 열처리 할 경우 d002 그래핀 면간간격의 변화 거동을 관찰할 수 있다. 온도가 상승할수록 면간간격이 줄어들다가 커지는데 이는 어닐링효과에 의한 결정품질의 상승 및 더 높은 온도에서의 분자 진동에 의한 면간간격 증가로 해석될 수 있다. [표 2]에는 또한 액체질소를 이용한 냉각실험에서도 극한 그래핀 박막의 면간 간격 변화를 연구할 수 있다. 이때 면간 간격 변화는 그래핀 분자의 열적 진동에너지 감소와 흡차된 물분자의 회합, 고상변화 등의 효과로 설명할 수 있다.A vacuum thermal processing system and a cooling system, such as liquid nitrogen, can be placed in the extreme analytical thin film device to maximize the adverse effects at temperatures below 5 ° C and above 55 ° C and above 70% humidity. As shown in [Table 2], in the case of 6-layer graphene, it is possible to observe the change behavior of d 002 graphene spacing in vacuum heat treatment. As the temperature increases, the interplanar spacing decreases and becomes larger, which can be interpreted as an increase in crystal quality due to the annealing effect and an increase in interplanar spacing due to molecular vibration at higher temperatures. [Table 2] can also study the interplanar spacing of extreme graphene thin films even in the cooling test using liquid nitrogen. In this case, the interplanar spacing can be explained by the reduction of thermal vibration energy of graphene molecules, association of absorbed water molecules, and solid phase change.

[실시예 10][Example 10]

[도 10] 내지 [도 12]에 그래핀 층수별 FWHM을 나타내었으며 이를 레퍼런스로 하여 미지 그래핀의 층 수를 평가할 수 있다. 이와 같은 원리는 기존 극한 박막에서는 없었던 기술이다. 일예로 다층 막 그래핀 결정을 성장시킨 후 얻어낸 XRD (002)피크에 대한 FWHM의 값이 2.5˚라는 값이 나오면 본 연구의 결과로부터 이 값은 그래핀 4층 (3.207˚) 및 5층 (1.844˚) 값의 절반에 해당하므로 4.5층이라는 결론을 가진다. 이론적으로 4.5층이라는 그래핀 결정은 없으며 여러 층이 존재하는 결정들의 평균값이 4.5층이라는 매우 중요한 정보를 제공한다. 현재까지 이런 분석 방법은 제공되지 못하였다. 이와 같은 원리는 서론에서 언급되었던 다양한 그래핀류(종류, 분류명, 도핑, 산소 및 황 성분, 표면 모디파이 등)에 똑같이 적용할 수 있다.FIGS. 10 to 12 show the FWHM of the number of graphene layers, which can be used as a reference to evaluate the number of unknown graphene layers. This principle is a technique that has not existed in existing extreme thin films. For example, when the value of FWHM for the XRD (002) peak obtained after the growth of the multilayered filmgraffin crystal is 2.5 °, the value of this graph is 4 layers of graphene (3.207 °) and 1.844 ˚), which means that it is 4.5-layered. Theoretically, there is no graphene crystal called the 4.5-layer, and it gives very important information that the average value of the crystals in which there are several layers is 4.5 layers. To date, no such analysis has been provided. This principle is equally applicable to the various grades mentioned in the introduction (kind, classification, doping, oxygen and sulfur components, surface modifiers, etc.).

[실시예 11][Example 11]

[도 9]의 S3 시편의 크기(1cm×1cm)에서 가로 및 세로의 크기를 각각 절반(0.5cm×0.5cm) 으로 한 경우 피크가 완전히 사라짐을 알 수 있었다. S5 시편인 경우(1cm×1cm)를 가로 및 세로의 크기를 0.3cm×0.3cm로 할 경우 피크가 완전히 사라짐을 알 수 있었다. 즉 시편의 크기가 0.3~0.5cm×0.5cm 이상이 되어야 최소 두께를 갖는 극한 박막의 결정 피크를 얻어낼 수 있음을 알아내었다. 시편의 크기는 클수록 좋지만 본 발명에서 바람직한 시편의 크기는 최소 0.5cm×0.5cm 이상이 바람직하다 (그래핀 층 수가 커질수록 시편의 크기는 작아도 됨).When the size of the S3 specimen of FIG. 9 (1 cm × 1 cm) was set to half (0.5 cm × 0.5 cm), the peaks completely disappeared. In the case of S5 specimen (1 cm x 1 cm), when the width and the size of the specimen were 0.3 cm x 0.3 cm, the peak disappeared completely. That is, it was found that the crystal peak of the ultimate thin film having the minimum thickness can be obtained only when the size of the specimen is 0.3 to 0.5 cm × 0.5 cm or more. The size of the specimen is preferably as large as possible, but the preferred size of the specimen in the present invention is preferably at least 0.5 cm x 0.5 cm (the larger the number of graphene layers, the smaller the size of the specimen).

[실시예 12][Example 12]

[도 10]의 S3 시편 측정시 사용된 omega-2theta 모드를 일반 분말형 XRD에서 사용하는 Thrta-2Theta 측정 방법으로 측정한 한 결과 (002) 피크는 관찰이 되지 않았다. 따라서 본 발명에서는 다양한 장치 옵티스가 결합되고 환경적인 측정조건 및 상기 측정 방법이 동시에 결합되어야 만이 가장 얇은 극한 박막이 3층 그래핀의 결정학적 정보를 얻을 수 있음을 보여준다.As a result of measuring the omega-2 theta mode used in the S3 specimen measurement of FIG. 10 by the Thrta-2Theta measurement method used in the general powder type XRD, the (002) peak was not observed. Therefore, the present invention shows that the ultimate thin film can obtain crystallographic information of the three-layer graphene only when various device options are combined and the environmental measurement conditions and the measurement method are combined at the same time.

[실시예 13][Example 13]

[도 10]의 S10 시편에 이용되었던 CVD 그래핀을 8mm×8mm(가로×세로) 비어있는 금속홀더에 전사시킨 후 엑스선 분석장치 중앙부에 위치시키고, 엑스선 조사장치를 시편부 기준으로 좌측 상단부 검출기를 우측 하단부로 보낸 후 조사된 엑스선이 그래핀이 놓여있고 기판이 비어있는 8mm×8mm 지역을 투과시킨 후 omega-2theta로 측정하여 투과율 감소 및 (002) 결정면의 FWHM을 얻어내었다. 그래핀 시편 자체의 흡수 및 산란에 의한 투과율 감소는 약 1~3.5로 나타났다. (002) 결정면의 FWHM을 분석한 결과 앞의 그래핀 레퍼런스와 비교한 결과 층수가 5.8로 나타났다. 이와 같은 실험은 통상적으로 분석하는 엑스선 반사법, 엑스선 산란법, 엑스선 형광분석법, 엑스선 회절법과는 달리 투과에 의한 엑스선 투과 분석법, 투과에 의한 엑스선 흡수법, 투과에 의한 엑스선 회절법이 극한 박막 그래핀에서 가능함을 보여주고 있다.The CVD graphene used in the S10 specimen of FIG. 10 was transferred to a metal holder having a size of 8 mm × 8 mm (width × length) and then placed in the center of the X-ray analyzer, and the X- After irradiation to the lower right side, the irradiated X-rays were measured by omega-2theta after the graphene was placed and the substrate was empty and the FWHM of the (002) crystal face was obtained. The transmittance decrease due to absorption and scattering of graphene specimen itself was about 1 ~ 3.5. The FWHM of the (002) crystal was analyzed and compared with the graphene reference in the previous section, the number of layers was 5.8. Unlike conventional X-ray reflection, X-ray scattering, X-ray fluorescence, and X-ray diffraction, such experiments are performed by X-ray transmission analysis by transmission, X-ray absorption by transmission, and X-ray diffraction by transmission, It is possible.

[실시예 14][Example 14]

그래핀 산화물을 제조하는 방법으로서 Modified Hummers 방법을 비롯한 Hummers법, Brodie법, Hofman&Frenzel법, Hamdi법, Staus법 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 Modified Hummers 방법을 사용하였다. 구체적인 실시예로서, 마이크로 흑연 분말 50g과 NaNO3 40g을 200mL H2SO4 용액에 넣고 냉각시키면서 KMnO4 250g을 1시간에 걸쳐 천천히 넣어 준다. 그 후 4-7% H2SO4 5L을 1시간에 걸쳐 천천히 넣어주고 H2O2을 넣어준다. 그 후 원심 분리하여 침전물을 3%H2SO4-0.5%H2O2 및 증류수로 씻어주면 황갈색의 그라핀 산화물 수계 슬러리가 얻어졌다. 이를 PET 위에 두께 300nm로 코팅한후 150도에서 건조한 후 박리시켰다. 박리시킨 그래핀 막을 8mm×8mm(가로×세로) 비어있는 금속홀더에 얹힌후 그 위에 물리적 고정법을 사용하여(덮개를 덮은 후 나사조임) 고정시킨 후 실시예 13처럼 엑스선 분석장치를 설정한 후 같은 조건으로 분석하였다. 그래핀 시편 자체의 흡수 및 산란에 의한 투과율 감소는 약 20~25로 나타났다. (002) 결정면은 2θ=12도 근처에 관찰이 되었다. The Hummers method, the Brodie method, the Hofman & Frenzel method, the Hamdi method, the Staus method, and the like including the Modified Hummers method can be used as a method for producing the graphene oxide. The Modified Hummers method is used in the present invention. As a concrete example, 50 g of micro graphite powder and 40 g of NaNO 3 are put into a 200 mL H 2 SO 4 solution, and 250 g of KMnO 4 is slowly added over 1 hour while cooling. Then slowly add 5 L of 4-7% H 2 SO 4 over 1 hour and add H 2 O 2 . Thereafter, the precipitate was centrifuged and washed with 3% H 2 SO 4 -0.5% H 2 O 2 and distilled water to obtain a yellowish brown graphene oxide water-based slurry. This was coated on PET to a thickness of 300 nm, dried at 150 ° C, and peeled. The peeled graphene membrane was placed on a metal holder having a size of 8 mm × 8 mm (width × length), and then fixed with a physical fixing method (covering the cover and screwed) Respectively. The transmittance decrease due to absorption and scattering of graphene specimen itself was about 20 ~ 25. (002) crystal plane was observed near 2? = 12 degrees.

또한 상기 홀더 근처에 IR 램프에 의하여 그래핀 시편이 국부적으로 열처리될 수 있도록 열선을 조사하였다. 10분 후 온도가 400℃ 근처까지 도달하였는데, 이때 엑스선 투과율 감소 (혹은 흡수율의 증가)는 10~15로 높아졌음을 알수 있었다. 또한 2θ=22도 근처로서 매우 큰 변화가 있음을 보여준다. 이는 그래핀 산화물이 그래핀으로 열환원되면서 두께가 얇아지고 (투과율 감소)고 층간 간격이 좁아지는 것으로 해석이 된다. 열환원된 그래핀 (002) 결정면의 FWHM을 조사해본 결과 층 수가 약 6.4로 밝혀졌다. 이는 그래핀 분말 혹은 그래핀 분산액에 들어 있는 그래핀들의 층 수가 1~10층이며 본발명의 원리가 적용됨을 알 수 있고, 단지 시편의 두께는 이들 그래핀이 단순 적층되어 있음을 보여준다. 따라서 본 발명은 CVD 그래핀에서는 층 수가 1~10층이며, 그래핀 분말인 경우에서는 한 개의 그래핀에서 층 수가 1~10층임을 의미한다. 또한 이 실험은 그래핀 분말 혹은 그래핀 산화물들이 통상적으로 분석하는 엑스선 반사법, 엑스선 산란법, 엑스선 형광분석법, 엑스선 회절법과는 달리 투과에 의한 엑스선 투과 분석법, 투과에 의한 엑스선 흡수법, 투과에 의한 엑스선 회절법이 극한 박막 그래핀에서 가능함을 보여주고 있다.The hot wire was also irradiated by an IR lamp near the holder so that the graphene specimen could be locally heat treated. After 10 minutes, the temperature reached near 400 ° C, indicating that the decrease in x-ray transmittance (or increase in absorption rate) was increased to 10-15. It also shows that there is a very large change in 2θ = around 22 degrees. It is interpreted that the graphene oxide is thermally reduced to graphene, so that the thickness becomes thinner (transmittance decreases) and the interlayer spacing becomes narrower. Investigation of the FWHM of the thermally reduced graphene (002) crystal plane revealed that the number of layers was about 6.4. It can be seen that the number of layers of graphene contained in the graphene powder or graphene dispersion is 1 to 10 layers, and the principle of the present invention is applied, and only the thickness of the sample shows that these graphenes are simply stacked. Therefore, the present invention means that the number of layers is 1 to 10 in the case of CVD graphene and 1 to 10 in the case of graphene powder. Unlike the conventional X-ray reflection method, X-ray scattering method, X-ray fluorescence method, and X-ray diffraction method, graphene powder or graphene oxides are used for X-ray transmission analysis by transmission, X-ray absorption method by transmission, X- Shows that diffraction is possible in extreme thin film graphenes.

[실시예 15][Example 15]

화학적 환원방법을 구체적으로 살펴보면 3% 그래핀 산화물 슬러리 2g에 증류수 100ml를 넣어서 잘 분산 시킨 후 히드라진 수화물(hydrazine hydrate) 1ml를 넣고 100℃에서 3-24시간 환원 처리한다 검은색으로 환원된 그래핀 들은 거름종이로 걸러 물과 메탄올을 이용하여 세척해준다. 하이드라이진 수화물과 같은 강력한 환원제를 처리하기 전 KI, NaCl처럼 알카리 금속 혹은 알카리 토금속의 염을 처리하여 그래핀 산화물에서 미리 H2O를 빼내어 탄소간 이중결합을 부분적으로 복원시키는 공정을 사용할 수 있다. 구체적인 실험예로서 5% 그래핀 산화물 슬러리에 KI 6g를 첨가하고 6일 동안 방치하여 반응을 완결시킨다. 그 후 증류수로 씻어내고 필터링 한다. 기타 그래핀 산화물수용액에 환원제를 투입하는 방법으로서 상기 하이드라진법, KI법 이외에도 NaBH4, Pyrogallol, HI, KOH, Lawesson's reagnet, Vitamin C, Ascorbic acid 등이 있다. 이렇게 제조된 그래핀을 반사법 및 투과법 회절에 의한 (002) 결정면을 분석한 결과 층수가 각각 4.8 및 4.7 ((002) 결정면의 FWHM)로 나왔는데 이는 에러범위내에서 비교적 정확한 수치이다. 엑스선 투과율인 경우 본 실험에서는 투과형 시편에서만 가능하였다. 이와같이 투과형 및 반사형 엑스선을 이용하여 다양한 극한 박막의 분석이 가능하려면 엑스선 조사장치, 검출기, 시편이 3차원 공간 (Sphere)에서 x, y, z축으로 움직임이 모두 가능해야 한다. 이를 통하여 기타 숨어있는 결정면의 분석이 가능하고, 저각투과법 및 저각 흡수법의 분석이 가능하며 이에 대한 저각 반산법 (산란법)들의 상호 비교가 가능하다 (표면 거칠기, 엑스선 흡선, 형광 분석등에 반드시 필요).In detail, the chemical reduction method is as follows: 1 g of hydrazine hydrate is added to 2 g of 3% graphene oxide slurry and 100 ml of distilled water is well dispersed. Then, 1 ml of hydrazine hydrate is added and the mixture is reduced at 100 ° C. for 3-24 hours. It is filtered with filter paper and washed with water and methanol. A process may be used in which a salt of an alkali metal or an alkaline earth metal such as KI or NaCl is treated to remove H 2 O beforehand from graphene oxide to partially restore the carbon-carbon double bond before treating a strong reducing agent such as high- . As a specific experimental example, 6 g of KI is added to 5% graphene oxide slurry and left for 6 days to complete the reaction. It is then rinsed with distilled water and filtered. In addition to the hydrazine method and the KI method, there are NaBH 4 , Pyrogallol, HI, KOH, Lawesson's reagnet, Vitamin C, Ascorbic acid and the like as a method of introducing a reducing agent into other graphene oxide aqueous solution. Analysis of the (002) crystal planes of the graphene produced by reflection and transmission diffraction revealed that the number of layers was 4.8 and 4.7 (FWHM of (002) crystal face), respectively, which is a relatively accurate figure within the error range. In the case of X-ray transmittance, only the transmission type specimen was available in this experiment. In order to be able to analyze various extreme thin films by using the transmission type and reflection type X-ray, the X-ray irradiator, the detector and the specimen should be able to move in the x, y and z axes in the three-dimensional sphere. This makes it possible to analyze other hidden crystal planes, and to analyze low angle transmission and low angle absorption methods, and to compare mutual comparison of low angle reflection methods (scattering methods) (surface roughness, X-ray absorption, fluorescence analysis, etc.) need).

비록 본 발명에서는 엑스선 투과, 엑스선 흡수, 반사에 의한 엑스선 회절, 투과에 의한 엑스선 회절, 특정 엑스선 결정면의 회절, 특정결정면의 록킨커브에 한정하여 실시예를 제시하였지만, 본 발명의 원리는 극 미세 두께를 갖는 그래핀의 엑스선 분석방법 즉 엑스선 회절법, 엑스선 반사법, 엑스선 투과법, 엑스선 흡수법, 엑스선 산란법, 엑스선 형광법, 엑스선 이미지법 등에 직접적으로 적용이 된다.Although the present invention has been described by way of examples only with respect to the X-ray transmission, X-ray absorption, x-ray diffraction by reflection, x-ray diffraction by transmission, diffraction of a specific x-ray crystal plane, Such as x-ray diffraction, x-ray reflection, x-ray transmission, x-ray absorption, x-ray scattering, x-ray fluorescence, and x-ray imaging.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.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 embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that the appended claims cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.

없음none

Claims (6)

(a) 온도조건 278~328°K 및 습도조건 70% 미만으로 제어되며 시편이 안치되는 챔버, 상기 챔버 내 시편에 X선을 조사하는 평행빔 X선 조사장치 및 상기 챔버 내 시편을 투과하는 X선을 검출하는 검출장치를 포함하여 구성된 X선 분석 장치를 준비하는 단계;
(b) 상기 챔버에 크기 0.3×0.3㎝ 이상의 기판에 1~10층의 그래핀막이 결합된 상태에서 상기 기판의 일부 또는 전부를 제거하여 X선이 상기 그래핀을 투과하도록 구성된 그래핀 시편을 X선의 투과에 영향을 주지 않도록 구성된 시편고정대에 안치시키는 단계;
(c) 상기 평행빔 X선 조사장치로 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하는 X선을 상기 검출장치로 검출하여 분석하는 단계; 를 포함하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
(a) a chamber controlled to a temperature condition of 278 to 328 ° K and a humidity condition of less than 70%, a chamber in which a specimen is placed, a parallel beam X-ray irradiator for irradiating the specimen in the chamber with X- Preparing an X-ray analyzing apparatus configured by including a detecting device for detecting a line;
(b) removing a part or all of the substrate in a state where a graphene film of 1 to 10 layers is bonded to a substrate having a size of 0.3 x 0.3 cm or more in the chamber, and a graphene specimen configured to transmit X- Placing on a specimen table configured to not affect the transmission of the line;
(c) irradiating X-rays to the graphene specimen with the parallel beam X-ray irradiator to detect and analyze X-rays transmitted through the detector; Gt; X-ray < / RTI > transmission assay for graphene having a very fine thickness.
제1항에서,
상기 그래핀 시편은 에칭을 통해 기판의 일부를 제거한 시편(이하, 'A타입 시편'이라 함), 기판의 전부를 제거한 시편(이하, 'B타입 시편'이라 함), 상기 B타입 시편을 메쉬 또는 다공성 기판에 전사한 시편(이하, 'C타입 시편'이라 함) 및 상기 C타입 시편의 전사 기판에 에칭을 실시하여 제조한 시편(이하, 'D타입 시편'이라 함) 중 어느 하나를 적용한 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
The method of claim 1,
The graphene specimen includes a specimen (hereinafter, referred to as an A type specimen), a specimen from which a substrate is partially removed (hereinafter, referred to as a B type specimen), a B type specimen (Hereinafter referred to as a 'C type specimen') transferred to a porous substrate and a specimen prepared by etching a transfer substrate of the C type specimen (hereinafter referred to as 'D type specimen') Gt; X-ray < / RTI > transmission assay for graphene having a very fine thickness.
제1항에서,
상기 그래핀 시편은 판면의 일부가 제거된 기판에 미리 준비된 그래핀막을 물리적으로 얹은 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
The method of claim 1,
Wherein the graphene specimen is prepared by physically placing a graphene film prepared in advance on a substrate from which a part of the plate surface has been removed.
제1항에서,
상기 (a)단계는 상기 그래핀 시편에 X선을 조사하여 투과하지 못하고 반사되는 X선을 검출하는 제2검출장치를 함께 준비하고,
상기 (c)단계는 상기 평행빔 X선 조사장치에서의 X선 조사각 및 상기 제2검출장치의 배치를 2θ(쎄타)-ω(오메가) 방법으로 설정하는 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
The method of claim 1,
The step (a) may include preparing a second detecting device for detecting X-rays reflected by the graphene specimen,
Wherein the step (c) comprises setting the X-ray irradiation angle in the parallel beam X-ray irradiating device and the arrangement of the second detecting device by a 2? (?) -? (Omega) method. X-ray transmission assay method for graphene.
제4항에서,
상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편에 조사되는 X선의 각도를 하기 [조사각 도출식]에 따라 도출된 범위 내에서 설정하는 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
[조사각 도출식]
X선 조사각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚
2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각
5. The method of claim 4,
Wherein the step (c) comprises setting an angle of an X-ray irradiated on the graphene specimen within a range derived from the following [irradiation angle derivation formula]. Way.
[Investigation angle derivation expression]
X-ray irradiation angle = (2? ( Hkl ) 2) 占 1 占
2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index
제4항에서,
상기 (c)단계는 상기 그래핀 시편을 기준으로 상기 제2검출장치를 하기 [검출각 도출식]에 따라 도출된 각도범위 내에서 설치하는 것을 특징으로 하는 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 X선 투과 분석방법.
[검출각 도출식]
X선 검출각 = (2θ( hkl )÷2)±1˚
2θ(hkl) : 특정 밀러지수를 갖는 기준 그래핀 결정면의 피크 센터의 회절각
5. The method of claim 4,
Wherein the step (c) includes setting the second detecting device on the basis of the graphene specimen within an angle range derived from the following [detection angle derivation formula]: X Ray transmission analysis method.
[Detection angle derivation expression]
X-ray detection angle = (2? ( Hkl ) ? 2) 占 1
2 &thetas; (hkl): Diffraction angle of the peak center of the reference graphene crystal plane having a specific Miller index
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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