KR20170012704A - Nanoscale Porous 3D Graphene, Architecturing Method thereof and Product using the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 물품에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 구리, 니켈 등과 같은 금속 기판 없이, 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하고, 상기 형성된 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 제조하는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-dimensional nano-sized porous graphene structure, a method for producing the same, and an article using the same. More specifically, the present invention relates to a method of forming a metal oxide three-dimensional porous structure by a sol-gel method without using a metal substrate such as copper, nickel, and the like, To a technique for manufacturing a graphene structure.
그래핀(Graphene)의 근원인 흑연(Graphite)은 1789년 Abraham Gottlob Werner가 명명하기 이전인 고대부터 현재까지 널리 사용되고 있는 물질이다. 꿈의 신소재라고 알려져 있는 그래핀 또한 2004년 실험적으로 발견된 이후(Sciecne 306, 666, Nature 438, 201) 지난 10여 년 동안 가장 널리 연구되고 있는 재료이다. 그러한 노력을 통해 기본적인 물리적 특성과 같은 기초 연구뿐만 아니라 전자소자, 에너지 저장소자, 센서 등 여러 분야에서 그래핀은 괄목할만한 성장을 하였다.
Graphite, the origin of Graphene, is a material that has been widely used since ancient times, before Abraham Gottlob Werner named it in 1789. Graphene, also known as the new material of dreams, is the most widely studied material in the last decade since it was experimentally discovered in 2004 (Sciecne 306, 666, Nature 438, 201). Through such efforts, graphene has grown remarkably in various fields such as electronic devices, energy storage devices, and sensors as well as basic research such as basic physical properties.
탄소 원자의 이상적인 2 차원 sp2 결합으로 이루어진 그래핀은 뛰어난 캐리어 이동도(Carrier mobility), 트랜스컨덕턴스(Transconductance), 원자 단위의 두께와 우수한 물리화학적 안정성으로 많은 분야에 응용이 가능하다. 기존 반도체 소재의 경우 표면의 비결합 원자들과 결정구조의 결함은 저항을 발생시키고 이는 나노소자 크기와 효율의 한계로 이어진다. 이에 비해 그래핀은 원자 하나의 두께를 가지면서도 상대적으로 표면결함이 적고 양자역학적 구조 특성으로 인해 매우 우수한 전도성을 보인다. 뿐만 아니라 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 나노패턴을 가공하기가 매우 용이하다.
Graphene, composed of ideal two-dimensional sp 2 bonds of carbon atoms, can be applied to many fields with excellent carrier mobility, transconductance, atomic thickness and excellent physico-chemical stability. In the case of conventional semiconductors, defects in non-bonding atoms and crystal structures on the surface cause resistance, which leads to the limitation of nano-device size and efficiency. Graphene, on the other hand, exhibits very good conductivity due to its relatively low surface defects and its quantum mechanical structure while having a thickness of one atom. In addition, it is very easy to process nanopatterns because it is composed of only carbon which is a relatively light element.
하지만 그래핀의 뛰어난 물리적 특성에도 불구하고 2차원 구조라는 구조적 한계로 인하여 다양한 플랫폼에 사용될 수 없다는 치명적인 결점을 가지고 있다. 그로인해, 현재 그래핀을 이용한 응용분야는 2차원 구조의 투명전극이나 소자로 국한되고 있는 상황이다. 나노 크기의 sp2 탄소 결합으로 이루어진 3차원 아키텍처의 개발은 2차원 평면 구조의 소자뿐만 아니라 탄소 기반의 3차원 전자소자, 에너지 저장소자, 가스분리소자, 수처리 시스템 등 다양한 응용분야로의 가교가 될 것이다.
Despite the excellent physical properties of graphene, however, it has a fatal flaw that it can not be used on a variety of platforms due to the structural limitations of the two-dimensional structure. As a result, applications using graphene are limited to transparent electrodes or devices with a two-dimensional structure. The development of a three-dimensional architecture consisting of nano-sized sp 2 carbon bonds is a bridge to various applications such as carbon-based three-dimensional electronic devices, energy storage devices, gas separation devices and water treatment systems as well as devices with two- will be.
Chen 등은 CVD법에 의해 시판되고 있는 거대 다공성(macro-porous) 니켈 혹은 구리, 철 골격으로부터 제조될 수 있는 우수한 기계적 성질 및 유연성을 가지는 3차원 그래핀 구조에 대해 보고했다(Three-dimensional flexible and conductive interconnected graphene networks grown by chemical vapour deposition, Z. Chen, W. Ren, L. Gao, B. Liu, S. Pei, H.-M. Cheng, Nature Materials, 10, 424 (2011)).
Chen et al. Reported a three-dimensional graphene structure with excellent mechanical properties and flexibility that can be produced from a macro-porous nickel or copper or steel framework commercially available by CVD (Liu, S. Pei, H.-M. Cheng, Nature Materials, 10, 424 (2011)).
그러나 이 방법을 통해 가공된 3차원 그래핀 네트워크는 직경 수백 마이크로미터의 거대 기공을 가진다. 원자 크기의 그래핀의 성질을 완전히 활용하기 위해서는 나노미터 또는 이보다 작은 크기의 3차원 그래핀 구조가 필요하다.
However, a 3D graphene network fabricated through this method has macropores of several hundred micrometers in diameter. To fully exploit the properties of atomic graphene, a three-dimensional graphene structure of nanometer or smaller is needed.
본 발명의 종래 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2014-011916호(2014.09.22)에는 3차원 그래핀 나노-네트워크의 제조방법 및 그 응용에 대해 개시되어 있다.
In the prior art of the present invention, Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-011916 (2014.09.22) discloses a method for manufacturing a three-dimensional graphene nano-network and its application.
본 발명의 목적은 졸-겔(sol-gel)법을 이용한 산화금속 3차원 다공성 구조체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a metal oxide three-dimensional porous structure using a sol-gel method and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적은 구리, 니켈 등과 같은 금속 기판 없이, 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 형성된 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 물품을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a three-dimensional nano-sized porous graphene structure formed on a metal oxide three-dimensional porous structure formed by a sol-gel method without a metal substrate such as copper, nickel, etc., Goods.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 목적은 구리, 니켈 등과 같은 금속 기판 없이, 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 산화 금속 3차원 다공성 구조체를 이용하여 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 제조함으로써 달성된다.
An object of the present invention is achieved by manufacturing a three-dimensional nano-sized porous graphene structure using a metal oxide three-dimensional porous structure formed by a sol-gel method without using a metal substrate such as copper, nickel or the like.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 산화금속 용액을 이용한 졸-겔(sol-gel)법 및 이온교환수에서의 가열로 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체를 제공한다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a metal oxide three-dimensional porous structure produced by a sol-gel method using a metal oxide solution and heating in ion-exchange water.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional nano-sized porous graphene structure on the metal oxide three-dimensional porous structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 용액을 준비하는 단계; 상기 산화금속 용액을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 산화금속을 이온교환수에 넣어 가열하여 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a metal oxide solution by a sol-gel method; Heat treating the metal oxide solution; And heat-treating the heat-treated metal oxide in ion-exchange water to form a metal oxide three-dimensional porous structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체의 제조방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a three-dimensional nano-sized porous graphene structure including forming a three-dimensional nano-sized porous graphene structure on the metal oxide three-dimensional porous structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하는 물품을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an article comprising the three-dimensional nanosized porous graphene structure.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 구리, 니켈 등과 같은 금속 기판 없이, 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하여, 상기 형성된 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 용이하게 제조할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the present invention provides a method for forming a metal oxide three-dimensional porous structure by a sol-gel method without using a metal substrate such as copper, nickel or the like, A three-dimensional nano-sized porous graphene structure can be easily manufactured.
본 발명에 따라 제조된 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체는 3차원 전자소자, 에너지 저장소자, 가스분리소자, 수처리 시스템 등 다양한 응용분야에서 유용하게 이용될 수 있다.
The three-dimensional nano-sized porous graphene structure manufactured according to the present invention can be used in various applications such as a three-dimensional electronic device, an energy storage device, a gas separation device, and a water treatment system.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 졸-겔(sol-gel)법을 이용한 3차원 다공성 알루미나(Al2O3) 구조체를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 알루미나 구조체의 고배율 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 알루미나 구조체에 합성된 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 알루미나 구조체에 합성된 3차원 나노사이즈 다공성 구조체를 구성하고 있는 그래핀의 고배율 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분리 멤브레인을 이용한 가스분리 실험의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분리 멤브레인의 적층 수에 따른 가스 퍼미언스 테스트(gas permeance test) 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3장 적층의 가스분리 멤브레인을 이용하여 가스의 kinetic diameter에 따른 퍼미언스(permeance) 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분리 멤브레인과 종래 기술의 가스분리 멤브레인의 CO2 대비 H2의 선택도(selectivity)를 비교한 그래프이다.FIG. 1 shows a three-dimensional porous alumina (Al 2 O 3 ) structure using a sol-gel method according to an embodiment of the present invention.
2 is a high magnification photograph of a three-dimensional porous alumina structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM photograph of a three-dimensional nano-sized porous graphene structure synthesized on a three-dimensional porous alumina structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a high magnification TEM photograph of graphene composing a three-dimensional nano-sized porous structure synthesized on a three-dimensional porous alumina structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a gas separation experiment using a gas separation membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a gas permeance test result according to the number of stacked gas separation membranes according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows permeance results according to the kinetic diameter of a gas using a three-layered gas separation membrane according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph comparing selectivities of H 2 versus CO 2 of a gas separation membrane according to an embodiment of the present invention and a gas separation membrane of the related art.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and particular embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체 및 이의 제조방법, 및 이를 이용한 물품의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, a three-dimensional nano-sized porous graphene structure according to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, and embodiments of the article using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. , The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 설명의 편의를 위하여 각 구성에 대한 방향은 도면에 도시된 방향을 기준으로 한다. 다만, 이러한 방향을 통한 설명은 작동 상태에 대한 일례에 불과한 것으로서, 본 실시예에 따른 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체 및 이의 제조방법, 및 이를 이용한 물품을 한정하는 것은 아니다.
For the sake of convenience of explanation, the direction of each constitution is based on the direction shown in the figure. However, the description based on this direction is only an example of the operating state, and it is not limited to the three-dimensional nano-sized porous graphene structure according to the present embodiment, the manufacturing method thereof, and the article using the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 산화금속 용액을 이용한 졸-겔(sol-gel)법 및 이온교환수에서의 가열로 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체를 제공한다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a metal oxide three-dimensional porous structure produced by a sol-gel method using a metal oxide solution and heating in ion-exchange water.
본 발명의 산화금속은 그래핀을 합성할 수 있는 산화금속이면 특별한 제한은 없다. 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 산화금속은 알루미나(Al2O3), 산화철, 산화구리, 산화니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 산화금속은 알루미나 및 산화철이 경제적인 면에서 바람직하다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 제조된 3차원 다공성 알루미나(Al2O3) 구조체를 나타낸 것이다.
The metal oxide of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal oxide capable of synthesizing graphene. According to an embodiment of the present invention, the metal oxide of the present invention is at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, and alloys thereof. can do. Although not limited thereto, the above-mentioned metal oxide is preferable in view of economy of alumina and iron oxide. 1 and 2 show a three-dimensional porous alumina (Al 2 O 3 ) structure produced using the sol-gel method according to the present invention.
이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미나는 1,3 Butanediol(CH3CH(OH)CH2CH2OH)에 10 내지 30wt%의 Aluminum nitrate(Al(NO3)3·9H2O)를 첨가하여 형성되는 알루미나 용액인 것을 특징으로 할 수 있다.
But are not limited thereto, according to one embodiment of the invention, the alumina is of 10 to 30wt% 1,3 Butanediol the (CH 3 CH (OH) CH 2
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 상기 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 형성된 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional nano-sized porous graphene structure formed on the metal oxide three-dimensional porous structure formed by a sol-gel method.
본 발명에 따른 산화금속 3차원 다공성 구조체를 이용하면, 구리, 니켈 등과 같은 금속 기판 없이, 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 용이하게 제조할 수 있다.
By using the metal oxide three-dimensional porous structure according to the present invention, it is possible to easily produce a three-dimensional nano-sized porous graphene structure without a metal substrate such as copper, nickel and the like.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 알루미나 구조체에 합성된 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체의 SEM 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 알루미나 구조체에 합성된 3차원 나노사이즈 다공성 구조체를 구성하고 있는 그래핀의 고배율 TEM 사진이다.
FIG. 3 is a SEM image of a three-dimensional nano-sized porous graphene structure synthesized on a three-dimensional porous alumina structure according to an embodiment of the present invention. Dimensional high-magnification TEM image of graphene composing a three-dimensional nano-sized porous structure.
이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 3차원 다공성 그래핀 구조체는 0.1 내지 20 ㎚ 크기의 공극을 가질 수 있다.
Although not limited thereto, the three-dimensional porous graphene structure according to an embodiment of the present invention may have a pore size of 0.1 to 20 nm.
또한, 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 3차원 다공성 그래핀 구조체는 100 내지 300 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
Also, although not limited thereto, the three-dimensional porous graphene structure according to an embodiment of the present invention may have a thickness of 100 to 300 nm.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 용액을 준비하는 단계; 상기 산화금속 용액을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 산화금속을 이온교환수에 넣어 가열하여 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a metal oxide solution by a sol-gel method; Heat treating the metal oxide solution; And a step of heating the heat-treated metal oxide in ion-exchange water to form a metal oxide three-dimensional porous structure.
상기 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 용액을 준비하는 단계에서 졸-겔(sol-gel)법은 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 공지의 기술을 이용할 수 있다(참고문헌 : Introduction to Sol-Gel Processing, Pierre, Alain C. Springer, ISBN: 978-0-7923-8121-1, 1998)
In the step of preparing the metal oxide solution by the sol-gel method, the sol-gel method is not particularly limited and a known technique can be used (Refer to Introduction to Sol -Gel Processing, Pierre, Alain C. Springer, ISBN: 978-0-7923-8121-1, 1998)
상기 졸-겔(sol-gel)법으로 산화금속 용액을 준비하는 단계에서 상기 산화금속은 알루미나(Al2O3), 산화철, 산화구리, 산화니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상일 수 있다. 또한, 상기 알루미나는 1,3 Butanediol(CH3CH(OH)CH2CH2OH)에 10 내지 30wt%의 Aluminum nitrate(Al(NO3)3·9H2O)를 첨가하여 형성되는 알루미나 용액인 것을 특징으로 할 수 있다.
In preparing the metal oxide solution by the sol-gel method, the metal oxide may be at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, . The alumina is an alumina solution formed by adding 10 to 30 wt% of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) to 1,3 butanediol (CH 3 CH (OH) CH 2 CH 2 OH) . ≪ / RTI >
상기 산화금속 용액을 열처리하는 단계는, 이에 한정되는 것은 아니나, 400℃ 내지 600℃의 온도에서 4 내지 6시간 동안 열처리할 수 있다. 열처리 온도가 400℃ 미만이면 산화금속을 형성할 수 없고, 600℃을 초과하면 열처리 효율이 낮아진다. 또한, 열처리 시간은 4 시간 이하이면 부분적으로 산화가 진행되지 않고, 6시간이면 금속의 모든 부분을 산화시킬 수 있어 완벽한 산화금속을 제조할 수 있고 6시간을 초과하면 열처리 효율이 낮아진다.
The step of heat-treating the metal oxide solution may be performed at a temperature of 400 ° C to 600 ° C for 4 to 6 hours, though it is not limited thereto. When the heat treatment temperature is less than 400 ° C, a metal oxide can not be formed, and when it exceeds 600 ° C, the heat treatment efficiency is lowered. If the heat treatment time is 4 hours or less, the oxidation does not progress partially, and after 6 hours, all the metal parts can be oxidized, so that a perfect metal oxide can be produced. If the time exceeds 6 hours, the heat treatment efficiency is lowered.
이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화금속 용액은 석영 상에 스핀 코팅 및 스프레이 코팅 중 어느 하나를 이용하여 코팅될 수 있다. 상기와 같은 코팅에 의해 산화금속 박막을 형성할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the metal oxide solution may be coated on quartz using any one of spin coating and spray coating. The metal oxide thin film can be formed by the above-mentioned coating.
상기 열처리된 산화금속을 이온교환수에 넣어 가열하는 단계는, 가열 시 발생하는 기포에 의해 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하는 단계이다. 따라서, 끓는 상태의 이온교환수 공기방울이 상기 열처리된 산화금속의 표면을 힛팅(hitting)할 수 있도록 상기 열처리된 산화금속의 표면을 아래쪽을 향하도록(face-down) 하는 것이 바람직하다.
The step of heating the heat-treated metal oxide into ion-exchange water is a step of forming a metal oxide three-dimensional porous structure by bubbles generated upon heating. Therefore, it is preferable that the surface of the heat-treated metal oxide face down so that the ion exchange water bubbles in the boiling state can hitting the surface of the heat-treated metal oxide.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 산화금속 3차원 다공성 구조체 상에 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체의 제조방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a three-dimensional nano-sized porous graphene structure including forming a three-dimensional nano-sized porous graphene structure on the metal oxide three-dimensional porous structure.
본 발명의 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체는, 공지에 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체는 상기 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성될 수 있다.
The three-dimensional nano-sized porous graphene structure of the present invention can be prepared by various methods in a known manner. According to one embodiment of the present invention, the 3-dimensional nano-sized porous graphene structure of the present invention is formed by using a chemical vapor deposition (CVD) method on the prepared metal oxide 3-dimensional porous structure .
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하는 물품을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an article comprising the three-dimensional nanosized porous graphene structure.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 물품은 가스분리 멤브레인, 수퍼캐퍼시터(supercapacitor), 전극(electrode), 배터리, 가스센서 등의 센서, 및 수소 저장 장치 중 어느 하나인 물품일 수 있다.
The article may be any one of a gas separation membrane, a supercapacitor, an electrode, a sensor such as a battery, a gas sensor, and a hydrogen storage device.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 물품은 가스분리 멤브레인일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the article may be a gas separation membrane.
상기 가스분리 멤브레인은 1 내지 5장의 다층(multilayer)의 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체일 수 있다.
The gas separation membrane may be one to five multilayered three-dimensional nano-sized porous graphene structures.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분리 멤브레인의 적층 수에 따른 가스 퍼미언스 테스트(gas permeance test) 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 가스분리 멤브레인은 헬륨(He), 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2) 중 어느 하나 이상을 효과적으로 분리할 수 있다.
FIG. 6 shows a gas permeance test result according to the number of stacked gas separation membranes according to an embodiment of the present invention. The gas separation membrane of the present invention can effectively separate at least one of helium (He), hydrogen (H 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3장 적층의 가스분리 멤브레인을 이용하여 가스의 kinetic diameter에 따른 퍼미언스(permeance) 결과를 나타낸 것이다. 도 7의 그래프에서 볼 수 있듯이, kinetic diameter가 0.3 nm 미만의 가스들은 효과적으로 멤브레인을 통과하는 것을 알 수 있었고, 0.3 nm 이상의 가스들은 멤브레인을 통과하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
FIG. 7 shows permeance results according to the kinetic diameter of a gas using a three-layered gas separation membrane according to an embodiment of the present invention. As can be seen from the graph of FIG. 7, it was found that the gas having a kinetic diameter of less than 0.3 nm effectively passed through the membrane, and the gas having a kinetic diameter of 0.3 nm or more could not pass through the membrane.
본 발명의 일 실시예에 따른 3장 적층의 가스분리 멤브레인은 He, H2를 효과적으로 분리할 수 있고 CO2 또한 분리가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 본 발명의 3장 적층의 가스분리 멤브레인은 종래 기술의 가스분리 멤브레인보다 현저하게 우수한 CO2 대비 H2의 선택도(selectivity) 기능을 가짐을 도 8에서 확인할 수 있었다.
It was confirmed that the three-layered gas separation membrane according to an embodiment of the present invention can effectively separate He and H 2 and can also separate CO 2 . Further, the three-layer laminated gas separation membrane of the present invention has a selectivity of H 2 versus CO 2, which is remarkably superior to that of the prior art gas separation membrane.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 물품은 수퍼캐퍼시터일 수 있다. 상기 수퍼캐퍼시터는 8장 내지 10장의 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, the article may be a supercapacitor. The supercapacitor may comprise from eight to ten three-dimensional nanosized porous graphene structures.
상기와 같은 본 발명에 따른 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체 및 이의 제조방법, 및 이를 이용한 물품에 대하여 다음의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
The three-dimensional nano-sized porous graphene structure according to the present invention, a method for producing the same, and articles using the same will be described in more detail with reference to the following examples.
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실시예Example
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실시예Example 1. 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조 1. Fabrication of metal oxide three-dimensional porous structure
()1,3 Butanediol (CH3CH(OH)CH2CH2OH)에 Aluminium nitrate (Al(NO3)3·9H2O) 20wt%를 넣고 90℃에서 5시간 동안 stirrer를 이용하여 500rpm으로 교반하여 알루미나 용액을 제조하였다. 20 wt% of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was added to 1,3-butanediol (CH 3 CH (OH) CH 2 CH 2 OH) and heated at 90 ° C. for 5 hours using a stirrer at 500 rpm After stirring, Solution.
상기 알루미나 용액을 냉각시킨 후, 상기 알루미나 용액을 석영 위에 올리고 피펫을 이용하여 60초 동안 2000rpm으로 스핀 코팅을 실시하였다. After cooling the alumina solution, the alumina solution was placed on quartz and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds using a pipette.
상기 스핀 코팅 후의 샘플을 100℃ 오븐에서 2시간 건조 후 공냉시켰다.The spin-coated sample was dried in an oven at 100 ° C for 2 hours and then air-cooled.
상기 건조된 샘플을 퍼니스(공기중)에서 5℃/min의 승온 속도로 500℃로 올려 5시간 열처리한 후, 퍼니스안에서 공냉시켰다.The dried sample was heated to 500 ° C at a heating rate of 5 ° C / min in a furnace (in air) and heat-treated for 5 hours, followed by cooling in a furnace.
그런 다음, 상기 500℃ 열처리 후의 재료를 100℃의 이온교환수에서 2시간 동안 수처리를 실시하였다. 상기 수처리는, 상기 이온교환수를 120℃로 가열하여 끓는 상태에서 위의 샘플을 넣어 2시간 동안 수처리를 하는 것이다. 이때 끓는 이온교환수의 공기방울이 샘플을 히팅(hitting) 할 수 있도록 샘플의 표면을 아래쪽으로 유지(Face-down)시켰다.Then, the material after heat treatment at 500 占 폚 was subjected to water treatment in ion-exchanged water at 100 占 폚 for 2 hours. In the water treatment, the ion exchanged water is heated to 120 DEG C and the above sample is put in a boiling state, and water treatment is performed for 2 hours. At this time, the surface of the sample was face-down so that the air bubbles of the boiling ion-exchanged water could be hitting the sample.
상기 수처리 후 100℃에서 5시간 이상 건조시켰다. After the water treatment, it was dried at 100 DEG C for 5 hours or more.
그런 다음, 매분 5℃의 승온 속도로 1150℃로 올려서 상기 건조된 샘플을 공기 중에서 5시간 열처리 후 퍼니스안에서 공냉시켜 산화금속 3차원 다공성 구조체를 제조하였다.
Then, the temperature of the dried sample was raised to 1150 ° C at a rate of 5 ° C per minute, and the dried sample was heat-treated in air for 5 hours and then air-cooled in a furnace to prepare a metal oxide three-dimensional porous structure.
상기 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 즉, 도 1은 Sol-Gel법을 이용하여 제작한 산화알루미늄 기판의 Scanning Electron Microscopy 사진을 보여주고 있다. 상기 도 1에서 볼 수 있듯이 제작된 산화알루미늄 기판은 돌기로 인하여 높은 표면적을 확보할 수 있었고 수 나노미터의 공극을 가진 멤브레인을 제작할 수 있었다.
The prepared metal oxide three-dimensional porous structure is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. That is, FIG. 1 shows a scanning electron microscopy photograph of an aluminum oxide substrate manufactured using the Sol-Gel method. As shown in FIG. 1, the aluminum oxide substrate produced was able to secure a high surface area due to the protrusions and to manufacture a membrane having a void of several nanometers.
실시예Example 2. 3차원 나노사이즈 다공성 2. Three-dimensional nano-sized porosity 그래핀Grapina 구조체의 제조 Fabrication of Structures
상기 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 3차원 다공성 그래핀 구조체를 합성하였다. A three-dimensional porous graphene structure was synthesized on the prepared metal oxide three-dimensional porous structure by using chemical vapor deposition (CVD).
상기 제조된 3차원 다공성 알루미나 구조체를 퍼니스 중앙에 위치시킨 후, 로터리 펌프를 이용하여 2 x 10-3 torr 로 진공을 잡고 아르곤/수소 혼합 가스를 공급하였다. The thus prepared three-dimensional porous alumina structure was placed in the center of the furnace, and then vacuum was applied at 2 × 10 -3 torr using a rotary pump to supply an argon / hydrogen mixed gas.
그 후, 퍼니스의 온도를 950℃로 가열하고 아르곤/수소 혼합 가스 공급을 중단한 후, 기화된 헥산을 5분간 공급하였다.Thereafter, the temperature of the furnace was heated to 950 DEG C, the supply of the argon / hydrogen mixed gas was stopped, and the vaporized hexane was supplied for 5 minutes.
헥산을 5분간 공급한 후, 다시 아르곤/수소 혼합가스를 공급하며 퍼니스를 급냉하여 3차원 다공성 그래핀 구조체를 제작하였다.Hexane was supplied for 5 minutes, and then the furnace was quenched again by supplying an argon / hydrogen mixed gas to prepare a three-dimensional porous graphene structure.
상기 합성된 3차원 다공성 그래핀 구조체를 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3의 좌측 SEM 사진에서 볼 수 있듯이 다공성 산화 알루미늄 기판의 공극과 표면적을 유지하면서 산화 알루미늄 표면에 그래핀이 효과적으로 합성된 것을 알 수 있다. 도 4의 고배율 TEM 사진에서 금속 기판이 아닌 금속 산화물 기판에서도 그래핀이 효과적으로 합성된 것을 알 수 있고 그래핀 특유의 육각형 벌집구조로 형성이 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 합성된 3차원 다공성 그래핀 구조체는 0.1 내지 20nm 크기의 공극 및 100 내지 300nm의 두께를 갖는다.
The synthesized three-dimensional porous graphene structure is shown in FIG. 3 and FIG. As can be seen from the left SEM photograph of FIG. 3, it can be seen that graphene was effectively synthesized on the aluminum oxide surface while maintaining the pore and surface area of the porous aluminum oxide substrate. In the high magnification TEM photograph of FIG. 4, it can be seen that graphene is effectively synthesized even on a metal oxide substrate other than a metal substrate, and it can be confirmed that the graphene is formed into a hexagonal honeycomb structure peculiar to graphene. The synthesized three-dimensional porous graphene structure has a pore size of 0.1 to 20 nm and a thickness of 100 to 300 nm.
실시예Example 3. 가스분리 3. Gas separation 멤브레인의Membrane 제조 Produce
상기 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하는 1장 내지 5장의 다층(multilayer)의 가스분리 멤브레인을 제조하였다.One to five multilayer gas separation membranes including the above-described three-dimensional nanosized porous graphene structures were prepared.
3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 Poly(methyl methacrylate)로 스핀 코터를 이용하여 (3000 rpm, 1분) 110도에서 1분간 baking 한 후, 5% HF 용액에 넣어 석영 기판과 분리하였다. The 3-dimensional nano-sized porous graphene structure was baked with poly (methyl methacrylate) using a spin coater (3000 rpm, 1 min) at 110 ° C for 1 min and then separated from the quartz substrate in 5% HF solution.
분리된 구조체를 상용 PTFE membrane에 올린 후, 아세톤을 이용하여 Poly(methyl methacrylate)을 제거하여 말려 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 멤브레인을 제작하였다.The separated structure was placed on a commercial PTFE membrane, and poly (methyl methacrylate) was removed using acetone and dried to produce a three-dimensional nano-sized porous graphene membrane.
상기 제조된 가스분리 멤브레인을 이용하여 헬륨(He), 수소(H2), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 질소(N2)의 가스분리를 실험해 보았다.
Gas separation of helium (He), hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and nitrogen (N 2 ) was performed using the gas separation membrane.
도 5에 나타낸 바와 같이, 멤브레인 위치에 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체 멤브레인을 위치시킨 후, 상기 가스들을 주입하고 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)를 이용하여 분석하였다. 또한 수소 분리 실험을 위해 수소와 이산화탄소를 1:1의 비율로 혼합하여, 분리되는 수소 가스를 GC를 이용하여 측정해 보았다.
As shown in FIG. 5, a three-dimensional nano-sized porous graphene structure membrane according to an embodiment of the present invention is placed at a membrane position, and then the gases are injected and analyzed by gas chromatography (GC) Respectively. For the hydrogen separation experiment, hydrogen and carbon dioxide were mixed at a ratio of 1: 1 and the separated hydrogen gas was measured by GC.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하는 가스분리 멤브레인을 1장 내지 5장을 적층하여, 적층 수에 따른 가스 퍼미언스 테스트(gas permeance test) 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 가스분리 멤브레인은 헬륨(He), 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2) 중 어느 하나 이상을 효과적으로 분리할 수 있었다. 도 6에서 알 수 있듯이 본 발명의 일 실시예에 따른 3장 적층의 가스분리 멤브레인은 He, H2를 효과적으로 분리할 수 있고 CO2 또한 분리가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
FIG. 6 is a graph illustrating the results of gas permeance test according to the number of stacked layers by stacking one to five gas separation membranes including a three-dimensional nano-sized porous graphene structure according to an embodiment of the present invention . The gas separation membrane of the present invention was able to effectively separate at least one of helium (He), hydrogen (H 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ). As can be seen from FIG. 6, it was confirmed that the three-layered gas separation membrane according to an embodiment of the present invention can effectively separate He and H 2 and also CO 2 .
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3장 적층의 가스분리 멤브레인을 이용하여 가스의 kinetic diameter에 따른 퍼미언스(permeance) 결과를 나타낸 것이다. 도 7의 그래프에서 볼 수 있듯이, kinetic diameter가 0.3 nm 미만의 가스들은 효과적으로 멤브레인을 통과하는 것을 알 수 있었고, 0.3 nm 이상의 가스들은 멤브레인을 통과하지 못하는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 7 shows permeance results according to the kinetic diameter of a gas using a three-layered gas separation membrane according to an embodiment of the present invention. As can be seen from the graph of FIG. 7, it was found that the gas having a kinetic diameter of less than 0.3 nm effectively passed through the membrane, and the gas having a kinetic diameter of 0.3 nm or more could not pass through the membrane.
나아가, 본 발명의 3장 적층의 가스분리 멤브레인은 종래 기술의 가스분리 멤브레인보다 현저하게 우수한 CO2 대비 H2의 선택도(selectivity) 기능을 가짐을 도 8에서 확인할 수 있었다.
Further, the three-layer laminated gas separation membrane of the present invention has a selectivity of H 2 versus CO 2, which is remarkably superior to that of the prior art gas separation membrane.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청 구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (22)
A three-dimensional porous metal oxide structure produced by a sol-gel method using a metal oxide solution and heating in ion-exchanged water.
상기 산화금속은 알루미나(Al2O3), 산화철, 산화구리, 산화니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, and alloys thereof.
상기 알루미나는, 1,3 Butanediol(CH3CH(OH)CH2CH2OH)에 10 내지 30wt%의 Aluminum nitrate(Al(NO3)3·9H2O)를 첨가하여 형성되는 알루미나 용액인 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체.
3. The method of claim 2,
The alumina is an alumina solution formed by adding 10 to 30 wt% of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) to 1,3 butanediol (CH 3 CH (OH) CH 2 CH 2 OH) Characterized by a three-dimensional porous metal oxide structure.
A three-dimensional nano-sized porous graphene structure formed on the metal oxide three-dimensional porous structure according to any one of claims 1 to 3.
상기 3차원 다공성 그래핀 구조체는 0.1 내지 20 ㎚ 크기의 공극을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체.
5. The method of claim 4,
Wherein the three-dimensional porous graphene structure has a pore size of 0.1 to 20 nm.
상기 3차원 다공성 그래핀 구조체는 100 내지 300 ㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체.
5. The method of claim 4,
Wherein the three-dimensional porous graphene structure has a thickness of 100 to 300 nm.
상기 산화금속 용액을 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 산화금속을 이온교환수에 넣어 가열하여 산화금속 3차원 다공성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
Preparing a metal oxide solution by a sol-gel method;
Heat treating the metal oxide solution; And
And heating the heat-treated metal oxide in ion-exchange water to form a metal oxide three-dimensional porous structure.
상기 산화금속은 알루미나(Al2O3), 산화철, 산화구리, 산화니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, and alloys thereof.
상기 알루미나는, 1,3 Butanediol(CH3CH(OH)CH2CH2OH)에 10 내지 30wt%의 Aluminum nitrate(Al(NO3)3·9H2O)를 첨가하여 형성되는 알루미나 용액인 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The alumina is an alumina solution formed by adding 10 to 30 wt% of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) to 1,3 butanediol (CH 3 CH (OH) CH 2 CH 2 OH) ≪ / RTI > wherein the porous metal oxide structure is a porous metal oxide.
상기 열처리하는 단계는 400℃ 내지 600℃의 온도에서 4 내지 6시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C to 600 ° C for 4 to 6 hours.
상기 산화금속 용액은 석영 상에 스핀 코팅 및 스프레이 코팅 중 어느 하나를 이용하여 코팅되는 것을 더 포함하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the metal oxide solution is coated on quartz using any one of spin coating and spray coating.
상기 열처리된 산화금속을 이온교환수에 넣어 가열하는 단계는, 끓는 상태의 이온교환수 공기방울이 상기 열처리된 산화금속의 표면을 힛팅(hitting)할 수 있도록 상기 열처리된 산화금속의 표면을 아래쪽을 향하도록(face-down) 하는 것을 특징으로 하는 산화금속 3차원 다공성 구조체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step of heating the heat-treated metal oxide into ion-exchange water may include heating the surface of the heat-treated metal oxide to a downward direction so that the ion-exchanged water bubbles in a boiling state can hitting the surface of the heat- Wherein the surface of the three-dimensional porous metal oxide structure is face-down.
13. A method for fabricating a three-dimensional nano-sized porous graphene structure, which comprises forming a three-dimensional nano-sized porous graphene structure on the metal oxide three-dimensional porous structure according to any one of claims 7 to 12.
상기 다공성 그래핀 구조체는, 상기 제조된 산화금속 3차원 다공성 구조체를 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the porous graphene structure is formed using chemical vapor deposition (CVD) of the metal oxide three-dimensional porous structure.
An article comprising the three-dimensional nano-sized porous graphene structure according to any one of claims 4 to 6.
상기 물품은 가스분리 멤브레인, 수퍼캐퍼시터(supercapacitor), 전극(electrode), 배터리, 센서, 및 수소 저장 장치 중 어느 하나인 물품.
16. The method of claim 15,
Wherein the article is one of a gas separation membrane, a supercapacitor, an electrode, a battery, a sensor, and a hydrogen storage device.
상기 물품은 가스분리 멤브레인인 물품.
17. The method of claim 16,
Wherein the article is a gas separation membrane.
상기 가스분리 멤브레인은 1 내지 5장의 다층(multilayer)인 것을 특징으로 하는 물품.
18. The method of claim 17,
Wherein the gas separation membrane is one to five multilayered.
상기 가스분리 멤브레인은 헬륨(He), 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상을 분리하는 것을 특징으로 하는 물품.
18. The method of claim 17,
Wherein the gas separation membrane separates at least one selected from the group consisting of helium (He), hydrogen (H 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ).
상기 가스분리 멤브레인은 3장의 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하여 수소 분리 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 물품.
18. The method of claim 17,
Wherein the gas separation membrane comprises three nanosized porous graphene structures and has a hydrogen separation function.
상기 물품은 수퍼캐퍼시터인 물품.
17. The method of claim 16,
Wherein the article is a super-capacitor.
상기 수퍼캐퍼시터는 8장 내지 10장의 3차원 나노사이즈 다공성 그래핀 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.22. The method of claim 21,
Wherein the supercapacitor comprises 8 to 10 three-dimensional nanosized porous graphene structures.
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