KR20170140907A - Method for fabricating reduced graphene oxide and its suspension - Google Patents

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Abstract

Disclosed are methods of preparing reduced graphene oxide and a suspension of the same. According to one example, an aqueous graphite oxide (GO) solution containing glucose is prepared, and is subjected to a hydrothermal process to produce a reduced graphene oxide (RGO) gel. The RGO gel is then dispersed in an aqueous acetic acid solution, and water is removed therefrom to produce an RGO powder. Further, the RGO powder is added to a solvent containing dimethylformamide (DMF) and deionized (DI) water, and is subjected to ultrasonication for dispersing the RGO powder to produce an RGO suspension.

Description

환원 그래핀 옥사이드 및 이의 현탁액의 제조 방법{Method for fabricating reduced graphene oxide and its suspension}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reducing graphene oxide and a suspension of the same,

본 발명은 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO)의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 RGO 및 이의 현탁액(suspension)을 제조하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for producing Reduced Graphene Oxide (RGO), and more particularly to a technique for producing RGO and its suspension.

그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 sp2 결합하여 6각형의 벌집 격자를 이루는 2차원 단일층의 구조를 갖는다. 그래핀은 단위 부피당 매우 큰 표면적을 가질 뿐만 아니라 우수한 전기 전도도 및 화학적 안정성을 가지고 있어서 전자 재료 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 그래핀은 예를 들어 매우 높은 진성 전자 이동도를 갖고 있어서, 실리콘에 비해 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 그래핀은 높은 가시광선 투과율을 보이며 물리적으로 변형(예컨대, 구부리거나 늘리는 것)이 생기더라도 전기적 특성을 잃어버리지 않는다. 이러한 특성으로 인해 그래핀은 투명 전도성 코팅, 전자소자, 센서, 슈퍼 커패시터, 전지, 태양전지, 방열소재, 스마트 윈도우 소재, 트랜지스터 등에 응용이 가능한 재료로 큰 주목을 받고 있다.The graphene has a two-dimensional monolayer structure in which carbon atoms are sp 2 bonded to form a hexagonal honeycomb lattice. Graphene has not only a very large surface area per unit volume, but also excellent electrical conductivity and chemical stability, and thus attracts much attention in the field of electronic materials. Graphene, for example, has a very high intrinsic electron mobility, allowing electrons to move more than 100 times faster than silicon. In addition, graphene exhibits high visible light transmittance and does not lose its electrical properties even if it is physically deformed (e.g., bending or stretching). Due to these properties, graphene has received great attention as a material that can be applied to transparent conductive coatings, electronic devices, sensors, supercapacitors, batteries, solar cells, heat dissipation materials, smart window materials and transistors.

그래핀의 제조 방법으로 기계적 박리법, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법, 에피택셜 성장(epitaxial growth)법, 화학적 환원법 등이 알려져 있다. 기계적 박리법은 테이프의 접착력을 이용하여 흑연 시료로부터 그래핀을 얻는 방법이다. 화학 기상 증착법은 고온에서 탄소와 카바이드 합금을 잘 형성하거나 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 촉매층으로 이용하여 그래핀을 합성하는 방법이다. 에피택셜 성장법은 고진공 하에서 단결정 탄화규소의 열분해를 통해 탄화규소 기판 위에 그래핀을 형성하는 방법이다. 그리고 화학적 환원법은 산화된 흑연인 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO)를 용매에 분산시킨 후에 환원시켜서 그래핀, 즉 환원 그래핀 옥사이드(RGO)를 얻는 방법이다.As a method of producing graphene, a mechanical peeling method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an epitaxial growth method, a chemical reduction method, and the like are known. The mechanical peeling method is a method of obtaining graphene from a graphite sample using the adhesive force of the tape. The chemical vapor deposition method is a method of synthesizing graphene by using a transition metal which forms carbon or carbide alloy well at high temperature or adsorbs carbon well as a catalyst layer. The epitaxial growth method is a method of forming graphene on a silicon carbide substrate through pyrolysis of single crystal silicon carbide under high vacuum. In the chemical reduction method, graphite oxide (GO), which is oxidized graphite, is dispersed in a solvent and then reduced to obtain graphene, that is, reduced graphene oxide (RGO).

이상의 방법들 중에서 화학적 환원 방법은 대량으로 양질의 그래핀을 얻을 수 있는 대표적인 그래핀의 합성 방법으로 알려져 있다. 그리고 화학적 환원 방법 중에서는 수열 합성(hydrothermal synthesis)법이 가장 일반적인 합성 방법이다. 일례로, 한국공개특허 제10-2011-0121584호, "마이크로웨이브-수열 합성법을 이용한 전이금속 산화물/그래핀 복합체 및 이의 제조방법"에는 마이크로웨이브-수열 합성법을 이용하여 전이금속 산화물/그래핀 복합체를 제조하는 기술이 개시되어 있다. Among the above methods, the chemical reduction method is known as a typical graphene synthesis method capable of obtaining a large amount of high quality graphene. Among the chemical reduction methods, hydrothermal synthesis is the most common synthesis method. For example, Korean Patent Publication No. 10-2011-0121584, "Transition metal oxide / graphene complex using microwave-hydrothermal synthesis method and its production method ", discloses a transition metal oxide / Is disclosed.

다만, 화학적 환원 방법을 이용하여 환원 그래핀 옥사이드(RGO)를 제조하고자 할 경우에 그 내부에 있는 옥사이드 그룹을 제거하기가 용이하지 않은 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위한 한 가지 방법으로 그라파이트 옥사이드(GO)를 효율적으로 환원시킬 수 있는 소정의 시약을 환원제를 사용하는 방법이 제안되었다. 대표적인 환원제로 하이드라진(hydrazine, N2H4), 하이드라진 하이드레이트(hydrazine hydrate, N2H4.H2O), 소듐보로하이드레이트(sodium borohydrate, NaBH4) 등이 사용되고 있다. 하지만, 이들 환원제는 독성이 강하여 제조된 RGO는 바이오 기술 분야에 사용하기가 부적합하는 등의 용도가 제한될 뿐만 아니라 잔류하는 미량의 불순물에 의해서도 그래핀의 특성을 상당히 열화시키는 문제가 있다. However, when reducing graphene oxide (RGO) is produced using a chemical reduction method, it is not easy to remove the oxide group therein. As a way to overcome such disadvantages, a method of using a reducing agent as a predetermined reagent capable of efficiently reducing graphite oxide (GO) has been proposed. Hydrazine (N2H4), hydrazine hydrate (N2H4.H2O), and sodium borohydrate (NaBH4) are used as typical reducing agents. However, since these reducing agents are highly toxic, the produced RGO is not suitable for use in the biotechnology field, and has a problem of deteriorating the characteristics of graphene even by a small amount of residual impurities.

그리고 수열방법으로 제조된 RGO는 통상적으로 어그리게이션(aggregation)에 의하여 고상의 형태, 즉 RGO 겔(gel)의 형태를 갖는다. 이러한 RGO 겔은 그래핀을 활용하여 멤스(MEMS) 소자의 미세 패턴이나 얇은 박막을 제조하는데 활용하기가 어렵다. 따라서 통상적으로 RGO 겔은 소정의 용매에 분산시켜서 현탁액의 형태로 만들어져서 디바이스를 구성하는 미세 패턴을 제조하는데 활용된다. 다만, 우수한 전기적 특성을 갖는 그래핀 박막이나 또는 전이금속 산화물/그래핀 복합체를 제조하기 위해서는 RGO 현탁액의 분산도가 높아야 한다.RGO produced by the hydrothermal method is usually in the form of a solid phase, that is, an RGO gel, by aggregation. Such RGO gels are difficult to utilize for the production of fine patterns or thin films of MEMS devices by utilizing graphene. Therefore, the RGO gel is usually dispersed in a predetermined solvent to be formed into a suspension to be used for producing a fine pattern constituting the device. However, in order to prepare a graphene thin film or transition metal oxide / graphene composite having excellent electrical properties, the dispersity of the RGO suspension must be high.

한국공개특허 제10-2011-0121584호Korean Patent Publication No. 10-2011-0121584 한국등록특허 제10-1485857호Korean Patent No. 10-1485857

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 수열 합성법을 이용한 환원 그래핀 옥사이드(RGO)의 제조 시에 독성 물질을 환원제로 사용하지 않으면서 잔류하는 옥사이드 그룹을 효율적으로 제거할 수 있는 환원 그래핀 옥사이드 및 이의 현탁액을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One of the problems to be solved by the present invention is to provide a reducing graphene oxide and a reducing graphene oxide which can efficiently remove remaining oxide groups without using a toxic substance as a reducing agent in the production of reduced graphene oxide (RGO) And to provide a method for producing a suspension thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 매우 높은 분산도를 가져서 미세 패턴을 갖는 디바이스의 제조에 적용될 수 있는 환원 그래핀 옥사이드 및 이의 현탁액을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide reduced graphene oxide having a very high dispersity and being applicable to the production of a device having a fine pattern and a method for producing a suspension thereof.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법은 글루코스가 첨가된 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO) 수용액을 준비하는 단계, 상기 GO 수용액에 수열 과정(hydrothermal process)을 적용하여 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 겔(gel)을 얻는 단계 및 상기 RGO 겔을 아세트산 수용액에 분산시킨 다음 수분을 제거하여 RGO 파우더를 얻는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing reduced graphene oxide comprising preparing an aqueous solution of graphite oxide (GO) to which glucose is added, adding a hydrothermal process ) To obtain a reduced graphene oxide (RGO) gel, and dispersing the RGO gel in an aqueous acetic acid solution to remove moisture to obtain an RGO powder.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 GO와 상기 글루코스의 중량비는 1:0.001 ~ 1:36일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the GO to the glucose may be 1: 0.001 to 1:36.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 수열 과정은 160~185℃의 온도에서 2~4시간 동안 수행할 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the hydrothermal process may be performed at a temperature of 160 to 185 ° C. for 2 to 4 hours.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 아세트산 수용액의 농도는 0.05~2M(mol)일 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the concentration of the aqueous acetic acid solution may be 0.05 to 2 M (mol).

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 그래핀 옥사이드 현탁액의 제조 방법은 글루코스가 첨가된 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO) 수용액을 준비하는 단계, 상기 GO 수용액에 수열 과정(hydrothermal process)을 적용하여 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 겔(gel)을 얻는 단계, 상기 RGO 겔을 아세트산 수용액에 분산시킨 다음 수분을 제거하여 RGO 파우더를 얻는 단계 및 디메틸포름아미드(DMF)와 탈이온수(DeIonized(DI) water)가 혼합된 용매에 상기 RGO 파우더를 넣고 상기 RGO 파우더가 분산되도록 초음파 처리(ultrasonication)를 수행하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a reduced graphene oxide suspension, comprising preparing an aqueous solution of graphite oxide (GO) to which glucose is added, adding hydrothermal (RGO) gel is obtained by applying an RGO gel to an aqueous solution of acetic acid, followed by dispersing the RGO gel in an aqueous solution of acetic acid and then removing moisture to obtain an RGO powder, and then adding dimethylformamide (DMF) And deionized water (DI water), and performing ultrasonication so that the RGO powder is dispersed in the solvent.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 디메틸포름아미드와 상기 탈이온수는 부피비가 1:1로 혼합될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dimethylformamide and the deionized water may be mixed at a volume ratio of 1: 1.

전술한 본 발명의 실시예에 의하면, GO로부터 RGO를 제조하기 위하여 환원제로서 글루코스와 아세트산을 이용한다. 그 결과, GO의 환원을 위하여 독성 물질을 사용하지 않기 때문에 바이오 센서 등과 같은 바이오 소자에 보다 유용하게 활용될 수 있다. 그리고 RGO가 매우 작은 크기의 입자 크기를 가질 뿐만 아니라 매우 높은 분산도를 가지고서 고르게 분산되어 있어서, 미세 패턴, 예컨대 마이크론 스케일 또는 그 이하의 스케일을 가지는 디바이스를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.According to the embodiment of the present invention described above, glucose and acetic acid are used as reducing agents to produce RGO from GO. As a result, since toxic substances are not used for the reduction of GO, it can be more usefully used for a biosensor such as a biosensor. And RGO have a very small particle size and are evenly dispersed with a very high dispersion so that they can be usefully used for producing devices having a fine pattern such as a micron scale or less.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 그래핀 옥사이드 및 이의 현탁액을 제조하는 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 RGO 및 RGO 현탁액을 제조하는 공정을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 기존의 방법에 따라 제조된 RGO 현탁액을 이용한 그래핀 박막과 본 발명의 실시예에 따라 제조된 RGO 현탁액을 이용한 그래핀 박막의 FESEM 이미지를 보여 주는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a flow chart illustrating a method of making reduced graphene oxide and a suspension thereof, according to one embodiment of the present invention.
Figures 2a and 2b are diagrams schematically illustrating a process for preparing RGO and RGO suspensions, respectively.
3A and 3B are FESEM images of a graphene thin film using an RGO suspension prepared according to a conventional method and a graphene thin film using an RGO suspension prepared according to an embodiment of the present invention, respectively.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면은 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 그리고 이러한 예시에 기초하여 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 통상의 기술자에게는 당연할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예들에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다. 그리고 본 명세서에서 제1 물질층이 제2 물질층 상에 형성된다고 할 경우에, 그것은 제1 물질층이 제2 물질층 바로 위(directly on)에 형성되는 경우는 물론, 명시적으로 이를 배제하는 기재가 없는 한, 다른 제3 물질층이 제1 물질층과 제2 물질층 상이에 개재되어 있는 것(upper)도 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. However, these drawings are only an example for easily describing the content and scope of technical ideas, and thus the technical scope thereof is not limited or changed. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea based on these examples. Also, terms and words used in the present specification are terms selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the user, the intention or custom of the operator, and the like. Therefore, the terms used in the following embodiments are defined according to their definitions when they are specifically defined in this specification, and in the absence of a specific definition, they should be construed in a sense generally recognized by ordinary artisans. And if it is assumed herein that the first layer of material is formed on the second layer of material, it is understood that not only is the layer of first material formed directly on the second layer of material, Unless otherwise stated, it should be understood that all other third material layers are interposed between the first material layer and the second material layer (upper).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 및 이의 현탁액을 제조하는 방법을 보여 주는 흐름도이다. 그리고 도 2a 및 도 2b는 각각 RGO 및 RGO 현탁액을 제조하는 공정을 도식적으로 보여 주는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a flow chart illustrating a method of making Reduced Graphene Oxide (RGO) and its suspension according to one embodiment of the present invention. And Figures 2a and 2b are diagrams schematically illustrating a process for preparing RGO and RGO suspensions, respectively.

먼저 도 1을 참조하면, 먼저 글루코스(glues)가 첨가된 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO) 수용액을 준비한다(S11). 보다 구체적으로, 먼저 GO 수용액을 소정의 용기(예컨대, 비이커(beaker))에 준비한다. 이 때, GO가 용매인 물에 고르게 분산될 수 있도록 초음파 처리(ultrasonication)를 수행할 수 있다. 그리고 GO 수용액에 글루코스의 소정의 양만큼 추가한 다음 추가된 글루코스가 GO 수용액에 잘 섞이도록 젓기(stirring)를 수행할 수 있다.Referring first to FIG. 1, an aqueous solution of graphite oxide (GO) to which glucose is added is first prepared (S11). More specifically, the GO aqueous solution is first prepared in a predetermined vessel (for example, a beaker). At this time, ultrasonic treatment can be performed so that GO is dispersed evenly in water as a solvent. Then, a predetermined amount of glucose is added to the GO aqueous solution, and stirring can be performed so that the added glucose is mixed well with the aqueous GO solution.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 글루코스는 상당히 적은 양이 첨가되거나 또는 그 이상의 양이 첨가될 수 있다. 예를 들어, 글루코스는 GO의 중량을 기준으로 1:0.001 ~ 1: 36의 비율로 GO 수용액에 혼합될 수 있다. 바람직하게는 글루코스는 GO의 중량을 기준으로 1:10 ~ 1:20, 더욱 바람직하게는 1:18의 비율로 혼합될 수 있다. 만일, 글루코스가 1:20, 바람직하게는 1:18의 비율보다 많이 혼합될 경우에는 최종 결과물, 즉 RGO에 반응하지 않은 환원제 불순물(impurity of reduction agent)이 잔류할 수 있다. 반면, 글루코스가 1:10, 바람직하게는 1:18의 비율보다 적게 혼합될 경우에는 GO를 환원시키는데 소요되는 시간, 즉 궁극적으로는 RGO를 제조하는데 소요되는 시간이 길어질 수가 있다.According to one aspect of this embodiment, the glucose may be added in a relatively small amount or in an amount in excess. For example, the glucose may be mixed into the GO aqueous solution at a ratio of 1: 0.001 to 1: 36, based on the weight of the GO. Preferably, the glucose may be mixed at a ratio of 1:10 to 1:20, more preferably 1:18, based on the weight of the GO. If the glucose is mixed at a ratio of 1:20, preferably 1:18, the final product, an impurity of reduction agent that is not reactive with RGO, may remain. On the other hand, when the glucose is mixed at a ratio of less than 1:10, preferably 1:18, the time required to reduce GO, ultimately the time required to produce RGO, may be prolonged.

그리고 단계 S11에서 준비된 글루코스가 첨가된 GO 수용액에 대하여 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 가열하는 수열 과정(hydrothermal process)을 적용하여 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 겔(gel)을 얻는다(S12). 수열 과정을 통하여 탄수화물(글루코스) 분자는 균질한 탄소 나노스피어와 나노튜브(homogeneous carbon nanosphere and nanotube)로 변환되고 또한 결함 위치(defect site)에서 RGO로 치환이 일어나게 된다. 그 결과 만들어지는 RGO 겔(도 2a 참조)은 건조된 상태는 아니고 젖은 상태로서, RGO이 고체 상태인 것을 가리킨다. 일례로, 단계 S11에서 약 52mg의 GO를 사용한 경우에, 단계 S12에서 얻어지는 RGO 겔은 약 28mg이 될 수 있다.Then, a hydrothermal process in which the prepared GO aqueous solution prepared in step S11 is heated at a predetermined temperature for a predetermined time is applied to obtain Reduced Graphene Oxide (RGO) gel S12). Through the hydrothermal process, the carbohydrate (glucose) molecules are converted into homogeneous carbon nanospheres and nanotubes, and the substitution of RGO at the defect site occurs. The resultant RGO gel (see FIG. 2a) is not in a dry state but in a wet state, indicating that RGO is in a solid state. As an example, in the case of using about 52 mg of GO in step S11, the RGO gel obtained in step S12 can be about 28 mg.

본 실시예에 의하면, 수열 과정은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 어떠한 종류의 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 수열 과정은 도 2a에 도시된 것과 같은 오토클라브(autoclave) 등과 같은 장치를 사용할 수 있는데, 제조사의 종류 등에 특별한 제한은 없다. 그리고 본 실시예의 일 측면에 의하면, 수열 과정 또는 오토클라브를 이용한 합성 과정(Solvothermal sunthesis, 도 2a 참조)은 160~185℃의 온도에서 2~4시간 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는, 수열 과정은 약 180℃의 온도에서 2시간 동안 수행할 수 있다. 통상적으로, 탄수화물(carbohydrate)은 180℃ 또는 그 이상의 온도에서 탄소를 전달(transfer)하는 것으로 알려져 있다. 그러나 수열 과정에서 온도가 지나치게 높을 경우에는 공정이 안전하지 않은 문제가 있다. 반면, 온도가 너무 낮을 경우에는 GO의 환원 반응이 원활하게 일어나지 않을 수 있다. According to this embodiment, the hydrothermal processing can be performed by any kind of apparatus commonly used in the art. For example, an apparatus such as an autoclave as shown in FIG. 2A may be used for the sequence, but there is no particular limitation on the type of manufacturer. According to one aspect of the present invention, a hydrothermal process or a synthesis process using an autoclave (see FIG. 2A) can be performed at a temperature of 160 to 185 ° C for 2 to 4 hours. Preferably, the hydrothermal process can be carried out at a temperature of about 180 DEG C for 2 hours. Typically, carbohydrates are known to transfer carbon at temperatures of 180 ° C or higher. However, when the temperature is too high in the hydrothermal process, the process is unsafe. On the other hand, if the temperature is too low, the reduction reaction of GO may not occur smoothly.

그리고 단계 S12의 결과로 얻은 RGO 겔은 소정의 산성 수용액, 예컨대 아세트산 수용액에 넣어서 분산(RGO disperse in acid solution, 도 2a 참조)시킨 다음 수분을 제거하여 RGO 파우더(powder)를 얻는다(S13). 이 때, RGO 겔이 고르게 아세트산 수용액에 고르게 분산될 수 있도록 초음파 처리를 추가적으로 수행할 수도 있다. 그리고 당업계에서 주지된 방법으로 수분을 제거하면 RGO 파우더가 얻어질 수 있다. 여기서, RGO 파우더는 RGO가 미세한 조각들(small pieces)의 형태를 갖는 것으로, RGO 플레이틀릿(platelets) 또는 RGO 파티클(particles)이라고도 할 수 있다(도 2a 및 도 2b에서는 acRGO Platelets라고 표시되어 있음).Then, the RGO gel obtained in step S12 is dispersed in a predetermined acidic aqueous solution such as an aqueous acetic acid solution (RGO disperse in acid solution, see FIG. 2A), and water is removed to obtain RGO powder (S13). At this time, ultrasonic treatment may be further performed so that the RGO gel can be uniformly dispersed evenly in the aqueous acetic acid solution. RGO powder can be obtained by removing water by a method known in the art. Here, the RGO powder may be referred to as RGO platelets or RGO particles with RGO in the form of small pieces (denoted acRGO Platelets in Figures 2a and 2b) .

본 실시예의 일 측면에 의하면, 아세트산 수용액은 약 0.05~2M의 농도, 바람직하게는 약 1M의 농도를 가질 수 있다. 이러한 아세트산 수용액의 바람직한 농도는 상대적으로 온건한 조건(mild condition)으로서 최종적으로 얻는 RGO를 바이오 분야에 이용하기에 적합하도록 한다. 왜냐하면, 아세트산 수용액의 농도가 상대적으로 큰 경우에는 최종 결과물인 RGO 파우더에 아세트산이 불순물로서 잔류할 수가 있기 때문이다. 반면, 아세트산의 농도가 상대적으로 작은 경우에는 남아 있는 글루코스 등의 불순물을 효과적으로 제거할 수가 없다.According to one aspect of this embodiment, the aqueous acetic acid solution may have a concentration of about 0.05 to 2M, preferably about 1M. The preferred concentration of such an aqueous acetic acid solution is a relatively mild condition so that the finally obtained RGO is suitable for use in the biotechnology field. This is because, when the concentration of the acetic acid aqueous solution is relatively large, acetic acid may remain as an impurity in the RGO powder as the final product. On the other hand, when the concentration of acetic acid is relatively small, impurities such as glucose remaining can not be effectively removed.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 수열 방식을 이용하여 RGO 겔을 합성하되, 글루코스가 첨가된 GO 수용액에 대하여 수열 처리를 수행한다. 그리고 수열 처리를 통하여 얻은 RGO 겔은 최종적으로 아세트산 수용액과 같은 약산성의 수용액에 첨가한 다음, 초음파 처리 등을 이용하여 분산시켜서 최종적으로 파우더 형태의 RGO를 얻을 수 있다. 그리고 이렇게 글로코스 및 아세트산 처리를 통하여 제조한 RGO는 GO의 환원을 위하여 독성 물질을 사용하지 않기 때문에 바이오 센서 등과 같은 바이오 소자에 보다 유용하게 활용될 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, an RGO gel is synthesized using a hydrothermal method, and the GO aqueous solution to which glucose is added is hydrothermally treated. Finally, the RGO gel obtained through the hydrothermal treatment may be finally added to a weakly acidic aqueous solution such as an aqueous acetic acid solution, and then dispersed using ultrasound treatment or the like to finally obtain powdery RGO. And, RGO produced through the treatment with glucomac and acetic acid can be more usefully used in biotechnology such as biosensor because it does not use toxic substances for reduction of GO.

계속해서 도 1을 참조하면, 단계 S13에서 제조된 RGO 파우더를 디메틸포름아미드(DiMethylFormamide, DMF)와 탈이온수(DeIonized(DI) water)가 혼합된 용매에 넣은 다음, 이 RGO가 분산되도록 초음파 처리(ultrasonication)를 수행한다(S14). 그 결과, RGO가 DMF와 탈이온수의 혼합 용액에 고르게 분산된 RGO 현탁액이 만들어진다. 1, the RGO powder prepared in step S13 is placed in a solvent mixed with dimethylformamide (DMF) and deionized water (DI water), and then subjected to ultrasonic treatment to disperse the RGO ultrasonication is performed (S14). As a result, an RGO suspension in which RGO is evenly dispersed in a mixed solution of DMF and deionized water is produced.

이를 도 2b를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 단계 S12의 결과로 얻어진 RGO 겔, 즉 산성 용액에 넣어서 처리하기 이전의 RGO 겔은 산성 용액을 이용한 처리(acidic treatment)를 거쳐서 RGO 파우더(acRGO Platelets)로 만들어진다. 그리고 RGO 파우더를 소정의 용기(예컨대, 비이커)에 넣은 다음에 DMF와 탈이온수를 1:1의 비율로 용기에 담고 또한 초음파 처리를 하면, RGO 현탁액이 만들어진다.2B, the RGO gel obtained as a result of step S12, that is, the RGO gel before being treated in an acidic solution, is subjected to an acidic treatment with an acidic solution to obtain an RGO powder (acRGO Platelets ). Then, the RGO powder is put into a predetermined container (for example, a beaker), and DMF and deionized water are then charged into the container at a ratio of 1: 1 and further subjected to ultrasonic treatment to form an RGO suspension.

실질적으로 RGO는 일종의 계면 활성제(surfactant)이라고 할 수 있다. 왜냐하면, RGO는 친수성(hydrophilic) 부분과 소수성(hydrophobic) 부분을 가지기 때문이다. 따라서 DMF와 탈이온수의 혼합액이 RGO 용액, 즉 RGO 현탁액을 만들기에 적합하다. 본 실시예의 일 측면에 의하면, DMF와 탈이온수의 혼합 비율은 반드시 1:1이 될 필요는 없지만, RGO 현탁액이 보다 잘 섞이고 또한 미세 디바이스의 제조 과정에서 RGO가 보다 잘 증착될 수 있도록 DMF와 탈이온수의 부피 혼합 비율은 1:1이 되는 것이 바람직하다.Substantially RGO can be said to be a kind of surfactant. Because RGO has a hydrophilic part and a hydrophobic part. Therefore, a mixture of DMF and deionized water is suitable for making an RGO solution, that is, an RGO suspension. According to one aspect of the present invention, the mixing ratio of DMF and deionized water does not necessarily have to be 1: 1. However, in order to mix the RGO suspension more well and to better deposit the RGO in the manufacturing process of the fine device, It is preferable that the volume mixing ratio of the ionized water is 1: 1.

이상의 방법으로 제조된 RGO 현탁액은 RGO가 매우 작은 크기의 입자 크기를 가질 뿐만 아니라 매우 높은 분산도를 가지고서 고르게 분산되어 있다. 따라서 RGO 현탁액은 그래핀을 활용한 미세 패턴, 예컨대 마이크론 스케일 또는 그 이하의 스케일을 가지는 디바이스(예컨대, MEMS 소자의 같은 소형의 디바이스)를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다. The RGO suspension prepared by the above method has a very small particle size of RGO and is evenly dispersed with a very high dispersion degree. Thus, the RGO suspension can be usefully used to produce fine patterns utilizing graphene, such as devices with micron-scale or smaller scales (e.g., small devices such as MEMS devices).

도 3a 및 도 3b는 각각 기존의 방법에 따라 제조된 RGO 현탁액을 이용한 그래핀 박막과 본 발명의 실시예에 따라 제조된 RGO 현탁액을 이용한 그래핀 박막의 FESEM 이미지를 보여 주는 도면이다. 도 3a를 참조하면, 이미지 위에 원으로 표시되어 있는 것과 같이, 기존의 방법에 따라서 형성된 RGO 현탁액으로부터 형성된 그래핀 박막은 RGO 현탁액에서 RGO 파티클이 제대로 분산되지 않아서 그래핀 박막의 표면에 덩어리(clot)이 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. 반면, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 방법에 따라서 형성된 RGO 현탁액으로부터 형성된 그래핀 박막은 표면 전체가 균일한 특성을 보인다는 것을 알 수 있다.3A and 3B are FESEM images of a graphene thin film using an RGO suspension prepared according to a conventional method and a graphene thin film using an RGO suspension prepared according to an embodiment of the present invention, respectively. 3A, a graphene thin film formed from an RGO suspension formed according to the conventional method, as indicated by a circle on the image, is not properly dispersed in the RGO suspension to clog the surface of the graphene thin film, As shown in FIG. On the other hand, referring to FIG. 3B, it can be seen that the graphene thin film formed from the RGO suspension formed according to the method of the present invention has uniform characteristics over the entire surface.

이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐, 이에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.The above description is only an example and should not be construed as being limited thereto. It is to be understood that the technical spirit of the present invention should be defined only by the invention disclosed in the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention. Therefore, it is apparent to those skilled in the art that the above-described embodiments can be modified and implemented in various forms.

Claims (7)

글루코스가 첨가된 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO) 수용액을 준비하는 단계;
상기 GO 수용액에 수열 과정(hydrothermal process)을 적용하여 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 겔(gel)을 얻는 단계; 및
상기 RGO 겔을 아세트산 수용액에 분산시킨 다음 수분을 제거하여 RGO 파우더를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
Preparing an aqueous solution of graphite oxide (GO) to which glucose is added;
Applying a hydrothermal process to the GO aqueous solution to obtain a reduced graphene oxide (RGO) gel; And
Dispersing the RGO gel in an aqueous acetic acid solution and then removing water to obtain an RGO powder.
제1항에 있어서,
상기 GO와 상기 글루코스의 중량비는 1:0.001 ~ 1:36인 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the GO to the glucose is 1: 0.001 to 1:36.
제1항에 있어서,
상기 수열 과정은 160~185℃의 온도에서 2~4시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrothermal treatment is carried out at a temperature of 160 to 185 DEG C for 2 to 4 hours.
제1항에 있어서,
상기 아세트산 수용액의 농도는 0.05~2M(mol)인 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the acetic acid aqueous solution is 0.05 to 2 M (mol).
제1항 내지 제4항 중에서 어느 하나의 방법을 이용하여 제조된 환원 그래핀 옥사이드.4. Reduced graphene oxide produced by any one of claims 1 to 4. 글루코스가 첨가된 그라파이트 옥사이드(Graphite Oxide, GO) 수용액을 준비하는 단계;
상기 GO 수용액에 수열 과정(hydrothermal process)을 적용하여 환원 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide, RGO) 겔(gel)을 얻는 단계;
상기 RGO 겔을 아세트산 수용액에 분산시킨 다음 수분을 제거하여 RGO 파우더를 얻는 단계; 및
디메틸포름아미드(DMF)와 탈이온수(DeIonized(DI) water)가 혼합된 용매에 상기 RGO 파우더를 넣고 상기 RGO 파우더가 분산되도록 초음파 처리(ultrasonication)를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드 현탁액의 제조 방법.
Preparing an aqueous solution of graphite oxide (GO) to which glucose is added;
Applying a hydrothermal process to the GO aqueous solution to obtain a reduced graphene oxide (RGO) gel;
Dispersing the RGO gel in an aqueous acetic acid solution and removing water to obtain RGO powder; And
(RGO) powder is introduced into a solvent mixed with dimethylformamide (DMF) and deionized water (DI), and ultrasonication is performed so that the RGO powder is dispersed. A process for preparing a pin oxide suspension.
제6항에 있어서,
상기 디메틸포름아미드와 상기 탈이온수는 부피비가 1:1로 혼합되는 것을 특징으로 하는 환원 그래핀 옥사이드 현탁액의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the dimethylformamide and the deionized water are mixed at a volume ratio of 1: 1.
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