KR20170035572A

KR20170035572A - 전도성 그래핀 잉크의 제조방법

Info

Publication number: KR20170035572A
Application number: KR1020150134589A
Authority: KR
Inventors: 김윤현; 양승진
Original assignee: (주)창성
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-03-31

Abstract

본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법에 있어서, 그라파이트에서 산화 그래핀을 획득하는 단계, 산화 그래핀을 제1환원시켜 그래핀 분말을 제조하는 단계, 수지와 용매를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계, 바인더에 그래핀 분말을 혼합하여 제1용액을 제조하는 단계, 제1용액에 분산을 수행하여 그래핀 잉크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법을 제공한다.

Description

전도성 그래핀 잉크의 제조방법 {Conductive Graphene ink composition and manufacturing method}

본 발명은 고방열 및 전자파 차폐 특성을 동시에 갖는 환원성 용매를 포함하는그래핀 잉크 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그래핀과 환원성 용매를 사용하여 그래핀 잉크를 제조하고 호모게나이저 분산과 초음파 분산을 동시에 수행함으로 분산성의 향상을 얻어 높은 전기전도성을 갖는 그래핀 잉크 및 제조방법에 관한 것이다.

그래핀 및 다른 2 차원 나노 소재들은 그들의 독특한 2 차원 구조 및 고전도도, 광학적 투명성, 가스막 차단 특성들, 유연성 및 환경 안정성을 포함하는 매력적인 이점들로 인하여 폭 넓은 응용을 위한 큰 관심을 받고 있다. 고품질의 결정성 그래핀 시트의 제조를 위하여 그래핀은 전형적으로 기계적 박리법 및 화학적 기상 증착법(CV D)으로 제조된다. 그러나, 이러한 종래의 방법의 적용은 그래핀의 재생(reproduction) 및 대량 생산의 어려움 들로 인하여 제한이 있다. 상기 언급된 제한 요소들을 극복하기 위하여, 초음파 분산 또는 급속 열 팽창 후의 화학적 환원에 의한 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 화학적 박리는 대량의 그래핀 플레이크(flake) [환 원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)]를 생산하기 위한 저비용 및 대량 생산 방법을 제공하는 화 학적 접근이 채용되어 왔다. 상기 그래핀 플레이크는 전자 기기, 센서들, 바이오 적합 물질들 및 전기화학적 에너지 저장 및 변환 장치를 포함한 다양한 응용 분야에서 폭넓게 사용된다. 오늘날까지, 소듐하이드라이드, 황화수소, 하이드라진, NaBH4, 디메틸하이드라진, 하이드로퀴논, NaBH4 및 황산의 순차적인 이용, HI-AcOH, 비타민 C, 알루미늄 파우더와 같은 수많은 환원용 화합물들이 용액 상(phase)에서 GO를 환원하여 rGO를 생산하기 위 하여 사용되었다. 종래의 방법들에 의한 GO 필름의 직접적 환원이 보고되었다. 그러나, 이러한 방법들은 흔히 고독성 화학 물질 들을 포함하거나 긴 환원 시간이 요구되거나, 또는 유연한 플라스틱 기재와는 양립할 수 없는 고온 처리가 요구 되며, 상대적으로 산소 함량이 높은 rGO를 생산한다. 최근에, 액체 NH3와 결합된 소듐이 GO 박막에서 rGO 박막으로의 효과적인 변환을 위하여 보고되었으며, 이것은 매우 낮은 온도 (-78℃)를 요구한다. 그러나, 이 방법은 상온에서 필름을 다루는 것을 불가능하게 하며 액체 NH3의 사용으로 인하여 친환경적이지 않다. rGO 채널을 생 성할 수 있는 GO의 직접(direct) 패터닝을 가능하게 하도록 상온에서 GO를 rGO로 빠르게 환원하는 것과 동시에 고순도의 rGO를 생산하는 것이 요구된다. 또한, 약한 독성 또는 무독성의 화학 물질을 사용하여 친환경적이고, 온화하며(mild), 효율적인 비용의 신규 환원 방법들을 개발하는 것은 해결 과제로 남아있다. 지금까지, 매우 짧은 반응 시간으로 상온에서 N-도핑되거나 N-도핑되지 않은 고환원(highly reduced) rGO로의 GO의 용이하고 직접 패터닝에 관련된 보고는 거의 없다.

대한민국 등록 특허 제 10-1264316호(발명의 명칭 : 전단응력을 이용한 단일층 산화 그래핀 환원물 분산용액의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단일층 산화 그래핀 환원물 분산용액, 이하 종래기술1이라 한다.)에 분말상태의 그래파이트 플레이크(flake)로부터 분말상태의 산화 그래파이트 플레이크를 합성하는 제1단계와; 상기 제 1단계의 산화 그래파이트 플레이크를 용매 내에 분산시켜 산화 그래파이트 분산용액을 제조하는 제2단 계와 상기 산화 그래파이트 분산용액에 물리적 전단응력을 인가하여 산화 그래파이트의 박리를 통하여 분산용액 내에 단일층 산화 그래핀을 형성하여 단일층 산화 그래핀 분산용액을 제조하는 제3단계와 상기 단일층 산화 그래핀 분산용액을 습식공정을 이용하여 환원시켜 단일층 산화 그래핀 환원물을 형성하여 단 일층 산화 그래핀 환원물 분산용액을 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어지되, 상기 제3단계의 물리적 전단응력 인가는 호모게나이저 또는 고압균질기를 사용하여 산화 그래파이트를 박리시키 는 것을 특징으로 하는 전단응력을 이용한 단일층 산화 그래핀 환원물 분산용액의 제조방법이 기재되어 있다.

대한민국 등록특허 제 10-2015-0076093호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래기술1은 호모게나이저 분산법만을 사용하여 공정의 시간이 오래 걸려 효율이 좋지 못하다는 제1문제점, 별도의 환원제를 더 사용하여 공정비용이 상승하며 환원제 효율에 있어서 산화 그래핀의 순도가 높지 못하다는 제 2문제점을 해결하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 그라파이트에서 산화 그래핀을 획득하는 단계, 산화 그래핀을 제1환원시켜 그래핀 분말을 제조하는 단계, 수지와 용매를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계, 바인더에 그래핀 분말을 혼합하여 제1용액을 제조하는 단계, 제1용액에 분산을 수행하여 그래핀 잉크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법을 제안한다.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크로 형성되는 그래핀 시트를 제안한다.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크로 형성되는 차폐 필름을 제안한다.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크로 형성되는 방열 필름을 제안한다.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크로 형성되는 유연기판용 전극제를 제안한다.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 제1용액은 수지 15 내지 25wt%, 용매 65 내지 75wt%, 그래핀 분말 5 내지 15wt%으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 분산은 초음파 분산과 호모게나이저(Homogenizer) 분산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 분산을 수행할 때 용매가 상기 제1용액에 혼합되어 있는 그래핀 분말 중 미환원 그래핀에 대하여 제2환원을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 용매는 환원성 용매인 알코올계 용매 또는 글리콜계 용매인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 환원성 용매는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 터피네올, 에탄올, 이소버틸 알코올, 부탄올, 부탄디올, 페타놀, 헥사놀, 클리코 헥사놀, 옥틸 알코올, 벤질 알코올 및 유게놀 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 환원성 용매는 에틸렌 글리콜 또는 터피네올로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 수지는 폴리우레탄디올(PUD)인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.

또한, 본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법의 폴리우레탄디올(PUD)은 분자량이 100내지 1000인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.

본 발명의 실시예에 따르면, 호모게나이저 분산과 초음파 분산을 동시에 수행함으로 분산성 향상을 얻는 제1효과, 환원제를 잉크의 주요 구성물로써 포함하여 순도 높은 그래핀을 사용할 수 있고 이에 따라 전기전도성 및 열전도성의 향상을 얻을 수 있다는 제2효과를 제공한다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 파장길이에 따른 가시광선 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 분산방법에 따른 Raman 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제조방법으로 제조된 그래핀 잉크로 인쇄한 필름의 표면조도

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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.

본 발명의 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법에 있어서, 그라파이트에서 산화 그래핀을 획득하는 단계, 산화 그래핀을 제1환원시켜 그래핀 분말을 제조하는 단계, 수지와 용매를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계, 바인더에 그래핀 분말을 혼합하여 제1용액을 제조하는 단계, 제1용액에 분산을 수행하여 그래핀 잉크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법을 제안한다.

이하, 각 주요 구성요소에 대하여 설명하기로 한다.

제1용액은 수지 15 내지 25wt%, 용매 65 내지 75wt%, 그래핀 분말 5 내지 15wt%로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 분산을 수행할 때 용매가 제1용액에 혼합되어 있는 그래핀 분말 중 미환원 그래핀에 대하여 제2환원을 더 수행할 수 있다. 사용되는 그래핀 분말은 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide)로 허머즈 방법(Hummer method)를 사용하여 산화시키는데 이때 허머즈 방법은 그라파이트 층을 화학적으로 분리하기 위해 강력한 산화제를 사용하게 된다. 또한, 그래핀 옥사이드를 제조하는 과정에서 남아있는 산화제를 제거 하기 위해 H₂O₂를 첨가하여 남아있는 산화제를 환원시킬 수 있다. 이렇게 제조된 산화 그래핀(Reduced Graphene Oxide)는 SP2 구조가 상당히 파괴되어 Carbon vacancy 및 미환원 Oxygen등이 다량 존재 한다. 이러한 산화 그래핀을 환원시켜 그래핀 분말을 제조하게 되는데, 환원된 산화그래핀 (reduced graphene oxide)는 여전히 표면의 결함을 갖게 되고 이러한 결함이 그래핀의 순도 저하를 일으켜, 실질적으로 전기전도성이 저하를 일으키게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 환원제를 그래핀 잉크의 주요 조성물로 첨가하여 분산과정에서 제2환원을 일으켜 그래핀의 순도를 향상시키고 그에 따라 전기전도성과 열전도성의 향상을 얻을 수 있다.

수지가 15wt%미만인 경우 전극형성 또는 필름형성 시에 인쇄가 불안정하여 패터닝하기에 적합하지 않으며, 25wt%를 초과하는 경우에는 전기적 특성인 전기전도도가 현저하게 떨어져 사용하기 적합하지 않다.

용매가 65wt% 미만인 경우에는 효과적인 패터닝이 이루어지지 않고, 본 발명의 특징인 분산 시 일어나는 환원반응이 잘 이루어지지 않아 사용하기 적합하지 않으며, 75wt%를 초과하는 경우 제조되는 잉크의 점도가 떨어지고 전기적 특성인 전기전도도가 현저하게 떨어지므로 사용하기에 적합하지 않다.

그래핀 분말이 5wt% 미만인 경우에는 전도성을 제공하는 그래핀의 양이 충분치 못하여 목적하는 전기전도성을 구현할 수 없으며, 15wt%를 초과하는 경우에는 분산성이 저하되는 문제를 발생시킬 수 있으므로 사용하기에 적합하지 않다.

분산은 초음파 분산과 호모게나이저(Homogenizer) 분산을 동시에 수행할 수 있으나 호모게나이저 분산을 수행하고 초음파 분산을 수행하는 방법, 초음파 분산을 수행하고 호모게나이저 분산을 수행하는 방법을 배제하지는 않는다. 바람직하게는 호모게나이저 분산과 초음파 분산을 동시에 수행할 수 있다.

호모게나이저는 분산방법은 고속으로 회전하는 회전체와 회전체 외벽에서 생기는 shear stress를 이용하는 분산방법이다.

초음파 분산은 초음파에 의하여 생성된 micro-cavity의 수축 및 팽창이 반복되다가 터질 때 생성되는 강력한 충격파에 의하여 그래핀의 분산을 시키는 방법이다. 호모게나이저 분산은 10000 내지20000rpm에서 수행될 수 있는데 바람직하게는 15000rpm을 사용할 수 있다. 10000rpm미만일 경우 분산이 잘 이루어지지 않으며 20000rpm을 초과하는 경우에는 그래핀이 파괴되어 사용하기에 적합하지 않다. 초음파 분산은 Amplitude 20 내지 60%를 이용하여 수행할 수 있는데, 바람직하게는 40%를 사용할 수 있다. 20% 미만인 경우 분산이 잘 일어나지 않으며, 60%를 초과하는 경우에는 그래핀이 파괴되어 사용하기에 적합하지 않다.

본 발명은, 전술한 두 가지의 분산 방법을 동시에 수행하여 그래핀 잉크를 제조하는데 있어서, 분산성 향상을 획득하여 전기전도도와 열전도도의 효율 상승을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 형성하는 조성물의 가시광 반사율, 백색도, 표면조도 등의 향상을 얻을 수 있다.

도 3에 도시된 Raman 그래프를 보면 산화 그래핀의 결정화도는 D밴드/G밴드의 피크비를 통하여 확인할 수 있다. 초음파 분산의 경우 호모게나이저 분산에 비해서 높은 값을 가지며, 이를 통하여 호모게나이저 분산과 초음파 분산을 함께 사용하는 방법이 산화 그래핀의 분산성에 있어서 효율적이라는 것을 확인할 수 있다.

용매는 환원성 용매인 알코올계 용매 또는 글리콜계 용매인 것을 특징으로 할 수 있으며, 환원성 용매는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 터피네올, 에탄올, 이소버틸 알코올, 부탄올, 부탄디올, 페타놀, 헥사놀, 클리코 헥사놀, 옥틸 알코올, 벤질 알코올 및 유게놀 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이상으로 이루어 질 수 있다. 바람직하게는 에틸렌 글리콜 또는 터피네올로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 터피네올의 경우에는 α-터피네올(Terpineol)을 사용하는 것이 효과적일 수 있다.

수지는 천연고분자 화합물 또는 합성고분자 화합물 중에서 적어도 하나 이상인 고분자 화합물로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄결합으로 결합된 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 폴리우레탄디올(Poly urethane diol, PUD)을 사용할 수 있으며, 분자량이 100 내지 1000인 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법은 높은 전도율 및 높은 분산성의 그래핀 잉크를 제조하는 것으로 저온 경화형 인쇄전자 소재, 스트레처블 페이스트, 차폐필름, 방열필름 또는 그래핀 시트에 활용할 수 있다.

이하, 본 발명의 비교예, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하도록 한다. 먼저, 그래핀 잉크를 제조하는데 있어서, 용매를 선정하는 방법을 비교예, 실시예 및 실험예를 통하여 설명한다.

<실시예1>

그래핀 10wt%, 분자량 350의 폴리우레탄디올 20wt%와 에틸렌 글리콜 70wt%를 혼합하여 초음파 분산기의 진폭(Amplitude)을 40%로 하고 초음파 분산을 2분간 수행하여 그래핀 잉크를 제조하고, 이를 이용하여 PET(두께 52um)에 Bar coater장비(Bar No : #22)를 사용하여 인쇄막을 제조하고, IR 건조기로 120℃에서 10분간 건조하여 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예2>

DEG(Diethylene glycol)를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예3>

PEG(Polydthylene glycol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예4>

ammonia 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예5>

hydroquinone 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예6>

α-Terpineol을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예7>

Urea 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예8>

Hydrazine monohydrate 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예9>

ascorbic acid 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예10>

formaldehyde 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예11>

acetaldehyde 10% solution (in 증류수)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실험예1>

실시예1 내지 실시예11의 방법으로 형성된 그래핀 시트의 전기전도도를 측정하였다. 전기전도도는 면저항 측정기(MCP-T610 model, Mitsubishi Chemical Co,. Japan)를 이용하여 상온에서 측정하였고, 그 결과를 표1을 통하여 나타내었다.

실시예1

실시예2

실시예3

실시예4

실시예5

실시예6

실시예7

실시예8

실시예9

실시예10

실시예11

그래핀

10wt%

수지 :PUD(Polyurethanediol)
분자량 350

20wt%

solvent

Ethylene glycol

70wt%

DEG(Diethylene glycol)

70wt%

PEG(Polydthylene glycol

70wt%

ammonia 10% solution (in 증류수)

70wt%

hydroquinone 10% solution (in 증류수)

70wt%

α-Terpineol

70wt%

Urea 10% solution (in 증류수)

70wt%

Hydrazine monohydrate 10% solution (in 증류수)

70wt%

ascorbic acid 10% solution (in 증류수)

70wt%

formaldehyde 10% solution (in 증류수)

70wt%

acetaldehyde 10% solution (in 증류수)

70wt%

분산방법

초음파

2 min

σ (S cm-1 @10um)

55.2

33.5

16.6

22.9

26.1

37.3

17.0

29.2

20.5

13.1

12.4

표1을 참조하면, 실시예1 또는 실시예6의 전기전도도가 높은 것을 확인 할 수 있다. 이와 같은 결과는, 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)과 α-터피네올(α-Terpineol)과 같은 환원성 용매를 사용하였을 때 분산과정에서 그래핀 분말중 미환원 그래핀에 대한 환원반응을 일으켜 분산성이 향상되기 때문인 것으로 볼 수 있다. 이에 따라 형성된 그래핀 시트의 35 S/cm이상으로 높은 전기전도도 효율을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 그러므로 에틸렌 글리콜과 α-터피네올을 그래핀 잉크를 제조하는데 있어서 용매로 선정하는 것이 바람직하다고 판단된다.

이하, 환원성 용매를 사용하여 그래핀 잉크를 제조하는데 있어서, 분산 방법에 대하여 실시예12 내지 실시예 16과 실험예2를 통하여 설명한다.

<실시예12>

호모게나이저(Homogenizer)분산(15000rpm)을 수행한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예13>

실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예14>

호모게나이저 분산(15000rpm)을 2분간 수행하고, 그 후에 초음파 분산(Amplitude 40%)을 2분간 더 수행한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예15>

초음파 분산(Amplitude 40%)을 2분간 수행하고, 그 후에 호모게나이저 분산(15000rpm)을 2분간 더 수행한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실시예16>

호모게나이저 분산(15000rpm)과 초음파 분산(Amplitude 40%)을 동시에 2분간 수행한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 그래핀 시트를 형성하였다.

<실험예2>

실시예12 내지 실시예16의 방법으로 형성된 그래핀 시트의 전기전도도, 표면조도, 백색도 및 반사율 측정하였다. 전기전도도는 면저항 측정기(MCP-T610 model, Mitsubishi Chemical Co,. Japan)를 이용하여 상온에서 측정하였고, 표면조도는 표면조도측정기(SJ-210 model, MITUTOYO)를 이용하여 측정하였고, 백색도와 반사율은 색착계 측정기(CM-3500D, KONICA)를 이용하여 측정하였고, 점도는 진동형 점도계(SV-10, AND)를 이용하여 측정하였다.. 그 결과를 표2를 통하여 나타내었다.

		실시예12	실시예13	실시예14	실시예15	실시예16
그래핀		10wt%
수지 :PUD(Polyurethanediol) 분자량 350		20wt%
Ethylene glycol		70wt%
분산순서	1. 호모게나이저	2분
	2. 초음파		2분
	3. 호모게나이저+초음파 (각각 따로 실행)			각각 2분
	4. 초음파+ 호모게나이저(각각 따로 실행)				각각 2분
	5. 호모게나이저 +초음파(동시에 실행)					2분
점도 (cps)		183	168	145	148	105
표면조도 (Ra)		3.69	3.19	3.01	2.88	1.72 um
백색도 (L*)		45.87	39.22	36.12	33.57	30.61
반사율(400~700nm)		15.58~16.42	14.96~15.79	12.52~13.94	11.32~12.94	6.76~10.1
σ (S cm-1 @10um)		48.9	55.2	66.5	77.6	118.6

표2를 참조하면 실시예16이 표면조도, 백색도, 반사율 및 전기전도도가 모두 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 호모게나이저 분산과 초음파 분산을 동시에 진행함에 따라 그래핀 분말과 환원성 용매의 환원반응이 효율적으로 일어나고 이에 따라 분산성이 향상되기 때문인 것으로 볼 수 있다. 실시예 12 내지 실시예 15의 방법으로 형성된 그래핀 시트보다 실시예16의 방법으로 제조된 그래핀 시트의 백색도(L*)가 감소한 것을 확인 할 수 있는데, 이것은 분산이 최적화 되었기 때문으로 전기전도도의 향상을 얻을 수 있다. 실시예16의 방법으로 제조된 그래핀 시트의 표면 조도는 3㎛ 이하인 것을 확인할 수 있다. 또한, 백색도가 30L* 이하 가시광선 반사율이 10% 이하인 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 호모게나이저 분산법과 초음파 분산을 동시에 수행하는 것이 분산성 향상에 유리한 것을 확인할 수 있었다. 도 2에 도시된 그래프를 통하여 실시예 12 내지 실시예 16의 파장에 따른 가시광 반사율을 확인할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법에 있어서,
i) 그라파이트에서 산화 그래핀을 획득하는 단계;
ii) 상기 i)단계의 산화 그래핀을 제1환원시켜 그래핀 분말을 제조하는 단계;
iii) 수지와 용매를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계;
iv) 상기 바인더에 그래핀 분말을 혼합하여 제1용액을 제조하는 단계;
v) 상기 제1용액에 분산을 수행하여 그래핀 잉크를 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법
청구항 1에 있어서,
상기 iii)단계 및 상기 iv)단계를 통해 제조된 상기 제1용액은 수지 15 내지 25wt%, 용매 65 내지 75wt%, 그래핀 분말 5 내지 15wt%으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 v)단계에서의 분산은 초음파 분산과 호모게나이저(Homogenizer) 분산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 v)단계의 분산을 수행할 때 상기 iii)단계의 용매가 상기 제1용액에 혼합되어 있는 그래핀 분말 중 미환원 그래핀에 대하여 제2환원을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 iii)단계의 용매는 환원성 용매인 알코올계 용매 또는 글리콜계 용매인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 환원성 용매는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 터피네올, 에탄올, 이소버틸 알코올, 부탄올, 부탄디올, 페타놀, 헥사놀, 클리코 헥사놀, 옥틸 알코올, 벤질 알코올 및 유게놀 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 환원성 용매는 에틸렌 글리콜 또는 터피네올로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용하는 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수지는 폴리우레탄디올(PUD)인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 폴리우레탄디올(PUD)은 분자량이 100내지 1000인 것을 특징으로 하는 환원성 용매를 이용한 그래핀 잉크의 제조방법.
청구항 1 내지 9 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 환원성 용매를 이용한그래핀 잉크로 형성되는 그래핀 시트.
청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 환원성 용매를 이용한그래핀 잉크로 형성되는 차폐 필름.
청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 환원성 용매를 이용한그래핀 잉크로 형성되는 방열 필름.
청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 환원성 용매를 이용한그래핀 잉크로 형성되는 유연기판용 전극제.