KR20160127237A - 그래핀 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀(graphene) 제조방법에 관한 것으로서, 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성하는 제1단계; 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액을 상기 슬러리에 투입하여 교반하는 제2단계; 상기 슬러리를 박리시키는 제3단계; 및 상기 슬러리를 환원시키는 제4단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 흑연의 산화를 통한 그래핀의 층간간격을 증가시키고 산소 관능기를 삽입하기 위한 과정에서 투입되는 황산의 양을 최소화하고 이에 따라 황산(H₂SO₄) 및 과망간산칼륨(KMnO₄)의 반응을 최소화 시킴으로써 폭발의 위험성을 최소화시킬 수 있다.

Description

그래핀 제조방법{A method for manufacturing graphene}

본 발명은 그래핀 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조과정에서 폭발의 위험성을 줄이고 대량생산에 용이한 그래핀 제조방법에 관한 것이다.

그래핀(graphene)은 탄소나노튜브, 풀러린(Fullerene)처럼 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질이다. 2차원 평면형태를 가지고 있으며, 두께는 약 0.2nm로 매우 얇으면서 물리적, 화학적 안정성도 높다. 또한 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있으며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높고 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이것은 그래핀이 원자진동을 쉽게 전달할 수 있는 구조로 되어있기 때문이다. 뿐만 아니라, 실리콘이나 다이아몬드와는 비교할 수 없을 정도로 월등한 약 1억 Mpa(메가파스칼)에 달하는 압력을 견딜 수 있는 강도를 지니고 있다.

이러한 특성으로 인하여 그래핀(graphene)은 휘거나 비틀어도 깨지지 않는 '플렉서블 디스플레이'의 원천 기술로 주목받고 있으며, 초고속 나노 메모리, 차세대 태양전지, 핸드폰 등 적용범위가 매우 넓다. 그래핀(graphene)을 활용하여 반도체를 만들면 실리콘 반도체보다 처리속도를 3~30배, 이론적으로는 142배까지 높일 수 있다.

그래핀(graphene)을 제조하는 방법으로는 기계적 박리법, 화학적 박리법, 비산화 박리법, 화학증기증착법, 에피택시법 등 다양한 방법의 그래핀(graphene) 제조기술이 현재 사용되고 있다. 하지만 그래핀(graphene)은 생산공정이 복잡하고 고가의 가격으로 판매되고 있어 대량생산이 어렵고, 제품에 적용하여 상용하는 데에는 한계가 있다.

다만, 상술한 그래핀 제조방법 중 화학적 박리법은 최종 제품의 품질면에서 다소 결함이 발생할 가능성이 있는 대신 대량생산에 유리한 방법으로 이용이 가능하다.

화학적 박리는 산화흑연 제조 과정에서 그래핀 층간 산소 관능기를 삽입한 후 초음파 분쇄를 통하여 간단히 이루어질 수 있다. 다만, 그래핀 층간에 산소 관능기를 삽입하는 과정에서 고열의 발생으로 인한 폭발 위험성이 상존하게 된다. 이러한 화학적 박리를 통한 그래핀 제조가 실험실 단위에서 이루어지는 경우에는 폭발 위험성이 상대적으로 작게 평가될 수 있지만, 대량 생산을 위한 공장 단위에서의 공정에서는 폭발 위험성의 제거를 위한 제어에 막대한 비용 및 노력이 소모되는 문제가 발생하며, 한번 사고가 발생하는 경우에는 그 규모를 예측할 수 없는 극심한 피해가 예상된다.

본 발명은 그래핀 층간 산소 관능기의 삽입 과정에서 폭발 위험성을 줄일 수 있는 단위 공정들을 포함하는 그래핀 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 작업 과정에 소요되는 시간 및 자원들을 관리하여 작업 효율을 향상시킬 수 있는 그래핀 제조방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 폭발 위험성을 줄이고, 제조 효율성을 향상시킴으로써 대량생산에 적합한 그래핀 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성하는 제1단계; 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액을 상기 슬러리에 투입하여 교반하는 제2단계; 상기 슬러리를 박리시키는 제3단계; 및 상기 슬러리를 환원시키는 제4단계;를 포함한다.

또한 상기 흑연에 흡수되는 강산 용액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 질산(HNO3) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한 상기 제2단계에서 상기 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액은 질산나트륨(NaNO3)을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 제1단계에서 상기 흑연은 분말 타입으로 제공될 수 있다.

또한 상기 제1단계에서 상기 강산은 투입 중량에 대한 상기 흑연에 흡수되지 않은 중량의 비율이 5% 이내가 되도록 투입되어 산화흑연 슬러리를 형성할 수 있다.

또한 상기 강산은 시간적 간격을 두고 2회 이상 점층적으로 투입될 수 있다.

또한 상기 제1단계는 상기 강산이 상기 흑연의 중량 대비 미리 설정된 양만큼 투입되는 제1a단계; 및 상기 강산이 투입된 흑연을 교반하는 제1b단계;를 포함할 수 있다.

또한 상기 강산은 대기압 보다 높은 압력의 환경에서 투입될 수 있다.

또한 상기 제3단계는 초음파의 조사를 통하여 수행될 수 있다.

또한 상기 제2단계에서의 교반 및 상기 제3단계에서의 박리는 고압 호모게나이져를 이용하여 하나의 단계로서 수행될 수 있다.

또한 상기 제4단계는 하이드리진(hydrazine), 나트륨 하이드라이드, 하이드로퀴논(hydroquinone), 나트륨 보로하이드라이드(sodium borohydride), 아스코빅산(ascorbic acid) 및 글루코스(glucose) 중 적어도 어느 하나의 환원제의 투입에 의하여 수행될 수 있다.

또한 상기 제2단계에서 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액에는 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 질산(HNO3) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 첨가제로서 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 흑연의 산화를 통한 그래핀의 층간간격을 증가시키고 산소 관능기를 삽입하기 위한 과정에서 투입되는 황산의 양을 최소화하고 황산(H₂SO₄)과 파우더 입자 형태의 과망간산칼륨(KMnO₄)의 직접적인 접촉을 통한 급격한 발열 반응을 억제시킴으로써 폭발의 위험성을 최소화시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 단위 공정 당 황산 및 파우더 입자 형태의 과망간산칼륨의 급격한 발열반응이 최소화됨으로써 해당 공정에서 온도의 상승을 제어하기 위한 별도의 제어 수단 또는 제어 방법이 불필요하게 됨으로써 폭발의 위험성의 제거 이외에도 공정의 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 투입되는 황산의 양을 최소화함으로써 이의 중화 또는 처리를 위한 공정 또는 자원의 양을 최소화함으로써 환경적인 측면에서 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀(graphene) 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 그래핀 제조방법을 나타내는 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조방법을 나타내는 순서도이다.

본 실시예에 따른 그래핀 제조방법은 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성하는 제1단계(S100); 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액을 상기 슬러리에 투입하여 교반하는 제2단계(S200); 상기 슬러리를 박리시키는 제3단계(S300); 및 상기 슬러리를 환원시키는 제4단계(S400);를 포함한다.

제1단계(S100)에서는 흑연, 바람직하게는 분말 형태의 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성함으로써 그래핀 층간 간격을 넓히는 작용을 한다. 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 기존의 허머법(Hummer)과는 달리 제1단계(S100)에서 산화흑연 분산용액을 형성하는 것이 아니라 흑연에 황산을 흡수시키는 과정을 거친다. 즉, 종래에는 황산 수용액에 흑연 분말을 투입하여 산화 흑연 분말을 수용액 상에서 분산시킴으로써 분산된 산화흑연 박막플레이트를 형성하게 되나, 본 실시예에 따른 그래핀 제조방법에서는 흑연 분말에 포화 흡수될 수 있는 황산의 양, 바람직하게는 전체 황산 투입양 중 최대 5% 중량이 흡수되지 않고 잔존할 수 있는 범위 내에서 황산을 투입함으로써 투입되는 황산의 양을 최소화한다.

흑연에 흡수되는 강산 용액은 황산(H2SO4) 또는 황산에 인산(H3PO4), 질산(HNO3) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 혼합하여 이용할 수 있다.

제2단계(S200)에서는 과망간산칼륨 수용액에 산화 흑연 슬러리를 투입하거나 산화 흑연 슬러리에 과망간산칼륨 수용액을 투입하여 그래핀 층간에 산소 관능기를 형성/삽입 시킨다.

이때 과망간산칼륨 수용액의 농도를 조절하여 산화 흑연 슬러리에 투입함으로써 황산과의 반응속도를 조절할 수 있다. 예를 들어 과망간산칼륨 수용액을 형성하여 산화 흑연 슬러리에 투입하거나, 과망간산칼륨 수용액에 산화 흑연 슬러리를 투입함으로써 폭발의 위험성을 줄이거나 배제한 상태에서 제2단계에 따른 공정을 진행할 수 있다.

종래에는 앞서 설명한 바와 같이 그래핀의 층간간격을 증가시킨 후 산소 관능기를 삽입함으로써 박리에 유리한 상태를 형성하는 과정에서 폭발 위험성이 잔존해 있었다. 종래의 그래핀 제조방법은 이 때 과망간산칼륨, 특히 파우더 입자 상태 과망간산칼륨의 투입 양 및 투입 속도를 조절하여 급격한 온도 상승을 방지하는 방법을 이용하였다. 그러나 이러한 방법은 실험실 단위의 소규모 제조에서는 관리가 용이할 수 있으나, 공장단위에서 대량생산이 수행되는 경우에는 폭발의 위험성이 상존함으로써 작업자들의 안전이 위협받을 수 있으며 사고가 발생하는 경우에는 그 피해액이 막대하게 발생할 수 있어 보다 향상된 폭발 위험성의 관리방법이 필요하다.

이러한 면에서 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 첫째, 제1단계 및 제2단계에서 투입되는 황산의 양을 최소화하고, 둘째, 투입된 황산의 전부 또는 대부분이 흑연의 판상구조 내에 흡수되도록 하며, 셋째, 이러한 흑연 슬러리에 수용액 상태로 과망간산칼륨을 투입함으로써 별도의 제어 없이도 흑연의 분자 구조 및 황산의 흑연 내의 존재위치에 기인하여 반응양 및 속도가 조절됨으로써 폭발위험성을 최소화하거나 배제시킬 수 있다.

한편, 흑연 분말을 황산 용액에 투입하여 흑연의 층간 확장을 하고자 하는 경우 과망간산칼륨 수용액을 투입하면 황산의 농도를 저하시켜 흑연 층간 확장이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 그러나 본 발명의 경우와 같이 황산 용액을 흑연에 침투시켜 흑연에 흡수되지 않고 잔존하는 황산용액을 최소화한 상태가 되면 흑연의 층간 확장이 이미 충분히 일어나게 되어 이 후 과망간산칼륨 수용액이 투입되더라도 문제가 되지 않는다. 오히려 과망간산칼륨 수용액이 흑연의 판상 구조 사이로 침투하는 시간에 비례하여 황산과 과망간산칼륨의 반응 시간이 증가하기 때문에 급격한 온도 상승의 문제까지 해소될 수 있다.

한편, 제2단계에서 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액에는 질산나트륨(NaNO3)을 더 포함할 수 있다. 또한 강산류, 바람직하게는 황산 등을 첨가제(반응활성화)로　첨가하는 것도 가능하다. 이와 같이 황산 등을 첨가제로서 첨가하여 과망간산칼륨 수용액을 투입하는 경우 그래핀 층간 산소관능기 삽입이 좀더 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있으며 첨가제의 첨가량에 따라 부가적으로 반응의 속도제어도 가능하다.

제3단계(S300)에서는 제1단계 및 제2단계를 통하여 그래핀 층간 간격이 증가되고 산소 관능기가 삽입된 상태의 산화 흑연 슬러리에 초음파를 조사하여 그래핀을 박리시킨다.

산화그래핀 자체를 용도에 따라 그대로 사용할 수도 있지만, 그래핀 본래의 전기적, 물리적 특성을 활용하기 위해서는 산화그래핀을 물리화학적 방법을 통해 환원시켜야 한다.

또한 산화그래핀은 습식공정에 적용하는데 있어서 매우 유용한 방법이지만 산처리에 따른 그래핀 기초면(basal plane)의 산소관능기 및 초음파분쇄 시 수반되는 결함형성은 물리적, 전기적 특성을 저하시키게 하는 요인이다. 따라서 산화그래핀의 환원은 거의 필수적이며 일반적으로 하이드라진계 환원제 및/또는 수소를 이용한 고온 열처리 과정 등을 거치게 된다.

제4단계(S400)에서는 산화 그래핀을 환원시켜 사용 목적에 맞도록 전기적 특성 등을 향상시킨다. 다만, 본 발명에 따른 그래핀 제조방법은 공지된 환원 방법들을 다양하게 적용이 가능하며, 특별한 제한은 없다.

화학적 환원법에 사용되는 시약은 하이드라진계가 주로 사용된다. 하이드라진이나 나트륨 하이드라이드를 환원제로 사용하는 경우 그래핀 표면의 에폭시기나 히드록시기는 효과적으로 제거하지만 가장자리에 위치한 카보닐기나 카르복실기는 제거하지 못하는 것으로 알려져 있다. 이러한 잔류 관능기는 황산처리나 고온 열처리를 통해 제거가 가능하다. 열적 환원은 불활성 가스나 환원 가스 환경에서 200도 이상의 온도에서 이루어진다. 산화 그래핀에서 산소의 탈착은 200도 이상의 높은 온도에서는 빠르게 일어나고 200도 이하의 온도에서는 점진적으로 일어난다. 하이드라진계 환원제의 대체 재료로는 하이드로퀴논(hydroquinone), 나트륨 보로하이드라이드(sodium borohydride)가 연구되었다. 친환경 환원제로는 아스코빅산(ascorbic acid), 글루코스(glucose) 등의 환원제가 보고되고 있다. 그 밖에 염기성 수용액, 증류수나 디메틸포름아미드(DMF), 메틸아세트아미드, n-메틸피롤리디논(NMP) 등의 유기용매에서 일반 가열을 통해 탈산화 반응을 유도하거나 마이크로파(mircowave)를 이용해 5~15분 정도의 짧은 시간에 환원을 시키는 방법이 연구되고 있다. 이처럼 산화 그래핀의 환원은 염기용액이나 초임계 수용액, 심지어 용매 내에서도 이루어질 수 있어 산화 그래핀의 화학적 구조분석 시 유의하여야 한다. 또한 수소플라즈마 처리에 의해 효과적으로 환원시킬 수 있으며, 그 밖에 전기화학적 환원법, 광촉매 환원법, 플래쉬 컨버전(Flash conversion)법 등이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 그래핀 제조방법의 실시예 및 해당 실시예에 따른 각 단위 공정들을 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 그래핀 제조방법에 따라 먼저 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성한다. 구체적으로 제1단계에서는 흑연에 97% 황산(H₂SO₄) 용액을 단계적으로 투입하며 교반한다. 제1단계에서 사용되는 흑연은 분말 상태의 흑연을 사용한다. 이때 흑연에 투입하는 황산(H₂SO₄) 용액은 수 차례에 걸쳐서 소량씩 투입하는 것이 바람직하며, 각각의 투입 단계 사이에는 황산용액이 흑연에 충분히 흡수될 수 있도록 일정한 시간적 간격을 두는 것이 바람직하다.

제1단계(S10)에서 황산(H₂SO₄) 용액이 분말 상태의 흑연 내로 침투하게 되며, 지속적으로 황산 용액을 투입한 후 흑연 분말에 더 이상 황산이 흡수되지 못하는 포화상태까지 황산을 투입한다. 다만, 오차 범위를 고려하여 황산 총 투입 중량의 5%의 중량이 흡수되지 못하고 잔존하는 범위까지 황산을 투입할 수 있다.

이 때 과도하게 황산 용액을 투입하여 총 투입 중량의 5% 이상이 흑연에 흡수되지 못하고 흑연 분말 외부에 잔존하게 되는 경우에는 과망간산칼륨(KMnO₄) 수용액을 투입하여 교반하는 제 2단계에서 온도의 갑작스런 상승으로 인한 폭발의 위험성이 증가할 수 있는 문제점이 있어 종래의 폭발 관리 제어 등의 공정 및 시스템이 다시 필요하게 된다.

흑연에 투입되는 산(acid) 용액은 황산(H₂SO₄)을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 인산(H₃PO₄), 질산(HNO₃) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것도 가능하다.

한편, 반복적인 실험 또는 생산을 통하여 흑연 중량 대비 황산용액의 포화 투입 중량부를 산출할 수 있다. 즉, 이러한 황산용액의 포화 투입 중량부를 산출한 후 이를 이용하여 황산용액을 미리 총량을 투입한 후 황산이 모두 흡수될 때까지 교반하는 것도 가능하다.

또한 황산 등의 강산 용액을 대기압 보다 높은 압력의 환경에서 투입함으로써 흑연의 그래핀 층간 간격 내에 황산이 흡수되기 용이하도록 할 수 있다.

다음으로 제2단계(S20)로서 제1단계를 거친 흑연에 과망간산칼륨(KMnO₄) 수용액을 투입하여 교반한다. 과망간산칼륨(KMnO₄)은 파우더 입자가 아닌 과망간산칼륨(KMnO₄) 수용액을 사용하는 것이 바람직하며, 산화 흑연 슬러리에 투입하여 교반한다.

과망간산칼륨(KMnO₄)을 이용한 종래의 그래핀 제조과정은 흑연과 황산의 혼합물에 과망간산칼륨(KMnO₄), 특히 파우더 형태의 과망간산칼륨을 투입할 때, 혼합물의 온도 상승으로 인한 폭발의 위험성 때문에 소량씩 온도를 조절해가며 투입해야만 하는 번거로움이 있어 대량생산에 적용할 수 없었다. 하지만 황산(H₂SO₄) 용액을 흑연에 침투시켜 흑연에 흡수되지 않고 잔존하는 황산용액을 최소한의 상태로 만든 후 과망간산칼륨(KMnO₄)을 투입하면 앞서 설명한 바와 같이 흑연 층간 확장을 충분히 보장할 뿐 아니라 온도상승으로 인한 폭발의 위험성까지 현저히 감소하므로 그래핀의 대량생산에 적합하다.

한편, 산화흑연은 갈색의 점성 슬러리 형태로 제조되며 산화흑연, 박리된 박막산화 플레이트, 산화되지 않은 흑연 조각 및 산화제의 잔유물들로 형성되어 있다. 산화흑연은 원심분리를 통한 정제과정을 거칠 수 있으며, 이때 가라앉는 불순물들을 제거하고 부유물인 산화흑연을 선택적으로 걸러낼 수 있으며, 이후 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 공정으로서 과산화수소(H₂O₂) 처리(S250)를 할 수 있다.

다음으로 제3단계로서 제2단계를 거친 흑연을 초음파 분쇄하여 산화흑연으로 분리한다. 정제된 산화흑연은 초음파분쇄를 통하여 염기성 수용액이나 유기용매에 분산되며, 이때 산화그래핀 형태로 박리되게 된다. 보다 균일한 단일층 및 면적을 갖는 산화그래핀은 초음파 분쇄 후 밀도구배형-원심분리과정을 통하여 얻어지게 된다.

또한 이와 같은 박리 단계는 고압식 호모게나이져(homogenizer)를 이용하여 전단응력을 인가시켜 산화그래핀을 분리해내는 것도 가능하다. 이 경우 제2단계에서의 교반 및 제3단계에서의 박리를 고압 호모게나이져를 이용하여 하나의 단계로서 수행하는 것도 가능하다.

이후, 제4단계로서 제3단계를 거친 산화흑연을 환원시킨다. 제3단계에서 산화흑연층을 분리하기 위해 사용되는 초음파 분쇄법은 그래핀이 가지고 있는 물리적, 전기적 특성을 잃어버리게 한다. 따라서 그래핀의 손실된 특성을 복구시키기 위해 산화흑연을 환원시켜 최종적으로 그래핀의 형태를 갖게 한다. 앞서 설며한 바와 같이 산화흑연을 환원시키는 환원제로서 하이드리진(hydrazine) 등을 사용할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.

Claims (13)

1. 흑연에 강산을 흡수시켜 슬러리를 형성하는 제1단계;
   과망간산칼륨(KMnO4) 수용액을 상기 슬러리에 투입하여 교반하는 제2단계;
   상기 슬러리를 박리시키는 제3단계; 및
   상기 슬러리를 환원시키는 제4단계;를 포함하는 그래핀 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 흑연에 흡수되는 강산 용액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 질산(HNO3) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 그래핀(graphene) 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2단계에서 상기 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액은 질산나트륨(NaNO3)을 더 포함하는 그래핀 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계에서 상기 흑연은 분말 타입으로 제공되는 그래핀 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계에서 상기 강산은 투입 중량에 대한 상기 흑연에 흡수되지 않은 중량의 비율이 5% 이내가 되도록 투입되어 산화흑연 슬러리를 형성하는 그래핀 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 강산은 시간적 간격을 두고 2회 이상 점층적으로 투입되는 그래핀 제조방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1단계는,
   상기 강산이 상기 흑연의 중량 대비 미리 설정된 양만큼 투입되는 제1a단계; 및
   상기 강산이 투입된 흑연을 교반하는 제1b단계;를 포함하는 그래핀 제조방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 강산은 대기압을 초과하는 압력의 환경에서 투입되는 그래핀 제조방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제3단계는 초음파의 조사를 통하여 수행되는 그래핀 제조방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계에서의 교반 및 상기 제3단계에서의 박리는 고압 호모게나이져를 이용하여 하나의 단계로서 수행되는 그래핀 제조방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는 하이드리진(hydrazine), 나트륨 하이드라이드, 하이드로퀴논(hydroquinone), 나트륨 보로하이드라이드(sodium borohydride), 아스코빅산(ascorbic acid) 및 글루코스(glucose) 중 적어도 어느 하나의 환원제의 투입에 의하여 수행되는 그래핀 제조방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 2단계 이후 상기 슬러리를 과산화수소(H₂O₂)처리하는 단계를 더 포함하는 그래핀 제조방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계에서 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액에는 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 질산(HNO3) 및 염산(HCl) 중 적어도 어느 하나를 첨가제로서 포함하는 그래핀 제조방법.

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