KR20180036262A - Method for doping and manufacturing graphene, graphene manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면저항을 줄일 수 있도록 그래핀을 도핑하는 방법과, 그러한 그래핀 도핑 방법을 이용한 그래핀의 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 그래핀에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of doping graphene to reduce sheet resistance, a method of manufacturing graphene using such graphene doping method, and a graphene produced thereby.
잘 알려진 것과 같이, 그래핀(graphene)은 탄소원자들이 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 3차원으로 쌓이면 흑연, 1차원적으로 말리면 탄소나노튜브, 공 모양이 되면 0차원 구조인 풀러렌(fullerene)을 이루는 물질로 다양한 저차원 나노 현상을 연구하는데 중요한 모델이 되어 왔다.As is well known, graphene is a conductive material having a thickness of one layer of atoms, with the carbon atoms forming a honeycomb arrangement in a two-dimensional fashion. It has become an important model for studying various low-dimensional nano phenomena as graphite when accumulated in three dimensions, carbon nanotubes when dried one-dimensionally, and fullerene as a zero-dimensional structure when it is in a ball shape.
그래핀은 구조적, 화학적으로도 매우 안정할 뿐 아니라 매우 뛰어난 전도체로서 실리콘보다 100배 빠르게 전자를 이동시키고 구리보다도 약 100배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 그래핀의 특성은 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 그동안 예측되어 왔던 특성들이 실험적으로 확인되었다.Graphene is not only very stable both structurally and chemically, but it is also known to be a very good conductor that can transport electrons 100 times faster than silicon and about 100 times more current than copper. The characteristics of graphene were experimentally confirmed in 2004, when the method of separating graphene from graphite was found.
그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 혹은 2차원 나노패턴을 가공하기가 매우 용이하다는 장점이 있으며, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있다. 또한 탄소가 가지는 화학결합의 다양성을 이용함으로써 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자의 제작도 가능하다.Graphene is made of only carbon, which is a relatively light element, which makes it very easy to fabricate 1D or 2D nanopatterns, which can control the semiconductor-conductor properties. In addition, by using the variety of chemical bonds of carbon, it is possible to manufacture a wide variety of functional devices such as sensors and memories.
그래핀은 뛰어난 신축성, 유연성 및 투명도를 동시에 가지면서도 상대적으로 간단한 방법으로 합성 및 패터닝이 가능한 장점이 있다. 최근 각광받고 있는 OLED나 유기태양전지의 경우 기존 무기물 기반 전극을 쓰게 되면 접촉부위의 일함수(work function) 등의 차이로 인해 전극 특성이 저하되는데, 그래핀을 이용하면 유기물질과의 일함수 차이가 크지 않아 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 그래핀 투명전극은 향후 대량 생산기술 확립을 통해 수입대체 효과뿐 아니라 차세대 플렉시블 전자산업 기술 전반에 혁신적인 파급을 미칠 것으로 예상되고 있다.Graphene has the advantage of being able to be synthesized and patterned in a relatively simple manner while having excellent stretchability, flexibility and transparency. In OLEDs and organic solar cells, which are currently under widespread use, the use of conventional inorganic-based electrodes degrades electrode characteristics due to differences in work function of the contact sites. When graphene is used, the work function difference This problem can be solved easily because it is not large. Graphene transparent electrodes are expected to revolutionize the entire next-generation flexible electronic industry technology as well as import substitution effects through the establishment of mass production technology in the future.
그래핀은 크게 기계적 박리법, 화학증착법, 에피텍셜 합성법 또는 화학적 박리법을 이용하여 제조된다. 이 중에서 화학증착법은 촉매의 종류와 두께, 반응시간, 냉각속도, 반응가스의 농도 등을 조절함으로써 그래핀 층수를 조절하는 것이 가능하고, 화학적 박리법에 비해 월등하게 개선된 면저항 및 투과도 특성을 갖는 그래핀을 제조할 수 있다.Graphene is largely manufactured using mechanical stripping, chemical vapor deposition, epitaxial synthesis, or chemical stripping. Among them, the chemical vapor deposition method can control the number of graphene layers by controlling the type and thickness of the catalyst, the reaction time, the cooling rate, and the concentration of the reaction gas, and has a surface resistance and a transparency Graphene can be produced.
화학증착법을 간단하게 살펴보면, 촉매층으로 활용할 구리 등을 기판 위에 증착하고 약 1000도씨의 고온에서 메탄, 수소 혼합가스와 반응시켜 적절한 양의 탄소가 촉매층에 녹아들어가거나 흡착되도록 한다. 이후 냉각을 하게 되면 촉매층에 포함되어 있던 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정구조를 형성하게 된다. 이렇게 합성된 그래핀은 촉매층을 에칭함으로써 기판으로부터 분리시킨 후 원하는 용도에 맞게 사용할 수 있다.In a simple chemical vapor deposition method, copper or the like to be used as a catalyst layer is deposited on a substrate, and reacted with methane and hydrogen mixed gas at a high temperature of about 1000 degrees Celsius so that an appropriate amount of carbon is dissolved or adsorbed in the catalyst layer. After cooling, the carbon atoms contained in the catalyst layer are crystallized on the surface to form a graphene crystal structure. The graphene thus synthesized can be separated from the substrate by etching the catalyst layer and then used for a desired application.
그래핀을 디스플레이 등의 전기전자 재료로 사용하기 위해서는 면저항을 줄일 필요가 있다. 현재 시장에서 요구하는 그래핀의 면저항 기준은 없으나 면저항이 낮을수록 그래핀의 가치는 올라가게 된다. 터치패널이나 OLED 전극 소자로 사용하기 위해서는 약 200Ω/□ 이하의 면저항이 요구되는데, 현재 그래핀의 면저항은 약 230Ω/□으로 시장의 요구에 미치지 못하는 실정이다.In order to use graphene as an electric and electronic material such as a display, it is necessary to reduce sheet resistance. There is no sheet resistance standard for graphene required in the current market, but the lower the sheet resistance, the higher the value of graphene. For use as a touch panel or an OLED electrode element, a sheet resistance of about 200? /? Is required. However, the sheet resistance of the graphene is about 230? /?
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그래핀의 도핑을 통해 그래핀의 면저항을 크게 개선할 수 있는 그래핀의 도핑 방법 및 제조 방법과, 이에 의해 제조되는 그래핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a graphene doping method and a graphene doping method capable of greatly improving the sheet resistance of graphene through doping of graphene, .
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 그래핀의 도핑 방법은, (a) 에칭액에 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 섞어 혼합 에칭액을 준비하는 단계; 및 (b) 그래핀이 형성된 금속 촉매층을 상기 혼합 에칭액에 담가 상기 금속 촉매층을 에칭함과 동시에 상기 그래핀에 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 도핑하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of doping graphene, comprising: (a) preparing a mixed etching solution by mixing 4-hydroxybenzenesulfonic acid with an etchant; And (b) etching the metal catalyst layer by immersing the metal catalyst layer having the graphene in the mixed etching solution, and doping the graphene with 4-hydroxybenzenesulfonic acid.
상기 (a) 단계에서 상기 에칭액은 H2SO4, H2O2, 계면활성제를 포함할 수 있다.In the step (a), the etchant may include H2SO4, H2O2, and a surfactant.
상기 혼합 애칭액은 상기 H2SO4가 8 ~ 12 v/v%, 상기 H2O2가 8 ~ 12 v/v%, 상기 계면활성제가 0.1 ~ 0.6 v/v%, 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)이 0.1 ~ 0.3 v/v% 함유할 수 있다.The mixed nicking solution may be prepared by mixing 8-12 v / v% of H2SO4, 8-12 v / v% of H2O2, 0.1-0.6 v / v% of the surfactant, 4-hydroxybenzenesulfonic acid acid in an amount of 0.1 to 0.3 v / v%.
상기 (b) 단계는 25 ~ 40℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다.The step (b) may be performed at a temperature of 25 to 40 ° C.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 그래핀의 도핑 방법은, (a) 금속 촉매층 상에 그래핀을 형성하는 단계; (b) 에칭액에 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 섞어 혼합 에칭액을 준비하는 단계; 및 (c) 상기 그래핀이 형성된 상기 금속 촉매층을 상기 혼합 에칭액에 담가 상기 금속 촉매층을 에칭함과 동시에 상기 그래핀에 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 도핑하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a doping method of graphene comprising the steps of: (a) forming graphene on a metal catalyst layer; (b) preparing a mixed etchant by mixing 4-hydroxybenzenesulfonic acid in the etchant; And (c) etching the metal catalyst layer by immersing the metal catalyst layer having the graphene in the mixed etching solution, and doping the graphene with 4-hydroxybenzenesulfonic acid do.
본 발명에 따른 그래핀의 도핑 방법은, (d) 상기 (c) 단계 이전에, 상기 그래핀에 필름에 부착하는 단계; 및 (e) 상기 (c) 단계 이후에, 상기 그래핀을 상기 필름으로부터 박리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of doping graphene according to the present invention comprises the steps of: (d) attaching the graphene to a film before the step (c); And (e) after the step (c), peeling the graphene from the film.
본 발명에 따른 그래핀 제조 방법은 전기적 특성을 갖는 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 그래핀에 도핑함으로써 면저항 특성이 개선된 그래핀을 효율적으로 제조할 수 있다.The graphene manufacturing method according to the present invention can efficiently produce graphene having improved sheet resistance characteristics by doping 4-hydroxybenzenesulfonic acid having electrical properties into graphene.
또한 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법은 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 에칭액에 섞어 그래핀에 도핑할 수 있어, 별도의 도핑 공정이 필요 없이 에칭 공정과 도핑 공정을 동시에 수행할 수 있다. 따라서 제조 공정이 효율적이며, 제조 시간과 제조 비용을 줄일 수 있다.Also, the graphene production method according to the present invention can be performed by mixing 4-hydroxybenzenesulfonic acid in an etchant and doping it into graphene, and performing an etching process and a doping process simultaneously without a separate doping process . Therefore, the manufacturing process is efficient, and manufacturing time and manufacturing cost can be reduced.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 단계별로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법에서 도펀트로 사용되는 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)의 분자 구조식을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 그래핀 제조 방법을 적용한 실험예를 통해 제조한 그래핀의 면저항 측정 과정을 설명하기 위한 것이다.FIG. 1 is a step-by-step view illustrating a method of manufacturing a graphene according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the molecular structure of 4-hydroxybenzenesulfonic acid used as a dopant in the method of preparing graphene according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a process of measuring the sheet resistance of graphene produced through an experiment to which the present invention is applied.
이하, 본 발명에 따른 그래핀 도핑 방법 및 제조 방법과, 이에 의해 제조되는 그래핀을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the graphene doping method and the manufacturing method according to the present invention and the graphene produced thereby will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 단계별로 나타낸 것이다.FIG. 1 is a step-by-step view illustrating a method of manufacturing a graphene according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 제조 방법은 그래핀(10)을 금속 촉매층(20) 위에 형성하는 단계와, 형성된 그래핀(10)에 필름(30)을 부착하는 단계와, 금속 촉매층(20)을 에칭함과 동시에 그래핀(10)을 도핑하는 단계를 포함한다. 이렇게 제조되는 그래핀(10)은 필름(30)으로부터 박리된 후 다른 기판 등으로 전사됨으로써 터치패널이나 OLED 전극 소자 등 다양한 전기전자의 소자로 이용될 수 있다.1, a method of manufacturing a graphene according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a
그래핀(10)을 형성하는 단계에서는 다양한 그래핀 형성법이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 화학증착법(CVD)을 이용한 그래핀 합성을 예로 들어 설명한다.In the step of forming the
화학증착법을 이용한 그래핀 합성 단계에서, 먼저 도 1의 (a)에 나타낸 것과 같이, 금속 촉매층(20)을 준비한다. 금속 촉매층(20)으로는 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Ge, 황동(brass), 청동(bronze), 백동, 스테인레스 스틸(stainless steel), 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 금속 또는 합금이 이용될 수 있다. 다음으로, 금속 촉매층(20) 위에 그래핀(10)을 형성한다. 금속 촉매층(20) 위에 그래핀(10)을 형성하는 방법은 다양한 방법이 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the graphene synthesis step using the chemical vapor deposition method, first, a
그래핀(10)의 형성 후, 도 1의 (c)에 나타낸 것과 같이, 그래핀(10)에 필름(30)을 부착한다. 그래핀(10)이 형성된 금속 촉매층(20)의 일면에 필름(30)을 부착하는 방법으로 얇은 그래핀(10)을 필름(30)에 부착할 수 있다. 필름(30)으로는 열박리필름(thermal release film) 등 형성된 그래핀(10)을 구겨지지 않게 지지하면서 이후의 에칭 공정에서 부식되거나 손상되지 않는 다양한 것이 이용될 수 있다.After the formation of the
다음으로, 도 1의 (d)에 나타낸 것과 같이 금속 촉매층(20)을 에칭함과 동시에 그래핀(10)을 도핑하는 단계를 수행한다. 이 단계는 혼합 에칭액(S)을 준비하고, 그래핀(10)이 형성된 금속 촉매층(20)을 준비된 혼합 에칭액(S)에 침지하는 것으로 진행될 수 있다.Next, as shown in FIG. 1 (d), a step of etching the
혼합 에칭액(S)은 금속 촉매층(20)을 에칭할 수 있는 에칭액에 그래핀(10)을 도핑하기 위한 도펀트를 혼합하여 만들 수 있다. 에칭액으로는 H2SO4와, H2O2와, 계면활성제와, 탈이온수를 포함하는 것이 이용될 수 있는데, 계면활성제로는 benzimidazole, benzotroazole 등 다양한 것이 사용될 수 있다. 그리고 도펀트로는 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)이 이용된다.The mixed etching solution S may be prepared by mixing a dopant for doping the
4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)은 도 2에 나타낸 분자 구조식과 같이, S와 벤젠의 공명구조를 통해서 서로 Double Bonding이 이루어진 구조로, 이는 전기가 서로 통할 수 있는 구조이다. 즉, 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)은 전기적 특성을 갖는다. 이뿐만 아니라, 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)은 Single Bonding을 가지고 있는 산소가 수소를 안정적으로 받을 수 있는 구조로 H2SO4와, H2O2 그리고 금속 촉매층(20)이 반응하여 발생되는 수소를 안정적으로 받을 수 있는 구조이기 때문에 에칭액의 안정화에 기여할 수 있고, 에칭액과 상승효과를 발휘할 수 있다.4-hydroxybenzenesulfonic acid is a structure in which double bonding is performed through the resonance structure of S and benzene, as shown in the molecular structural formula shown in FIG. 2, which is a structure in which electricity can communicate with each other. That is, 4-hydroxybenzenesulfonic acid has electrical characteristics. In addition, 4-hydroxybenzenesulfonic acid is a structure in which oxygen having single bonding can stably receive hydrogen, and hydrogen generated by the reaction of H2SO4, H2O2 and the metal catalyst layer (20) It can contribute to the stabilization of the etching liquid, and can exhibit a synergistic effect with the etching liquid.
혼합 에칭액(S)을 구성하는 주요 구성 성분의 함유량은 각각 일정 범위로 제한되는 것이 바람직하다.It is preferable that the content of the main constituent constituting the mixed etching solution (S) is limited to a certain range, respectively.
먼저, 금속 촉매층(20)의 에칭에 이용되는 에칭 물질인 H2SO4와 H2O2의 함유량은 각각 8 ~ 12 v/v%의 범위로 제한되는 것이 좋다. H2SO4와 H2O2의 함유량이 각각 8v/v% 미만이 되면 금속 촉매층(20)이 원활하게 에칭되지 않고, H2SO4와 H2O2의 함유량이 12 v/v%를 초과하면 에칭 작업 중 안전상의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.First, the contents of H2SO4 and H2O2, which are etching materials used for etching the
다음으로, 계면활성제의 함유량은 0.1 ~ 0.6 v/v%로 제한되는 것이 바람직하다. 계면활성제의 함유량이 0.1v/v% 미만일 때, 계면활성제 본연의 기능, 즉 에칭 물질에 대한 배리어 기능을 발휘하지 못하게 되고, 계면활성제의 함유량이 0.6 v/v%를 초과하면, 금속 촉매층(20)의 에칭이 원활하게 이루어지지 않게 된다.Next, the content of the surfactant is preferably limited to 0.1 to 0.6 v / v%. When the content of the surfactant is less than 0.1 v / v%, the function of the surfactant itself, that is, the barrier function against the etchant is not exhibited. When the content of the surfactant exceeds 0.6 v / ) Can not be smoothly etched.
전체 혼합 에칭액(S) 중 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)의 함유량은 0.1 ~ 0.3 v/v%의 범위인 것이 바람직하다. 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)이 0.1v/v% 미만으로 사용될 때 그래핀(10)의 면저항 개선 효과가 미미하게 나타난다. 반면, 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)의 함유량이 0.3v/v%를 초과하면, 에칭액의 에칭 효율을 떨어뜨리게 된다.The content of 4-hydroxybenzenesulfonic acid in the total mixed etching solution (S) is preferably in the range of 0.1 to 0.3 v / v%. When the amount of 4-hydroxybenzenesulfonic acid is less than 0.1 v / v%, the effect of improving the sheet resistance of
이러한 혼합 에칭액(S)을 도 1의 (d)에 나타낸 것과 같이, 공정 탱크(40)에 일정량 채우고 이에 그래핀(10)이 형성된 금속 촉매층(20)을 담금으로써 에칭 공정과 도핑 공정을 동시에 수행할 수 있다. 그래핀(10)이 형성된 금속 촉매층(20)을 혼합 에칭액(S)에 침지시키면 금속 촉매층(20)이 에칭되어 제거되고, 그래핀(10)은 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)으로 도핑된다.As shown in FIG. 1 (d), the mixed etching solution S is filled in the
도 1의 (e)에 나타낸 것과 같이, 에칭 및 도핑 공정 후, 그래핀(10)은 필름(30)에 부착된 상태로 혼합 에칭액(S)으로부터 배출될 수 있다. 에칭 공정 중, 그래핀(10)에는 에칭 공정 중에 생성되는 물질(촉매 금속 이온(예컨대, Cu 이온), 에칭액 이온이나, 필름(30)의 레진과 같은 유기물 등의 이물질이 달라붙을 수 있으므로, 세정 공정을 통해 이물질을 제거할 수 있다.As shown in FIG. 1 (e), after the etching and the doping process, the
이후, 그래핀(10)을 필름(30)으로부터 박리하는 공정이 수행될 수 있다. 그래핀(10)을 필름(30)에서 박리하는 방법으로는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 필름(30)으로 열박리필름이 이용되는 경우, 필름(30)에 열을 가하는 방법으로 그래핀(10)을 필름(30)에서 박리할 수 있다. 즉, 그래핀(10)이 부착된 필름(30)을 기판에 그래핀(10)이 기판의 일면에 접하도록 적층하고, 필름(30)에 열을 가하여 필름(30)과 그래핀(10) 사이의 접합력을 약화시킴으로써 그래핀(10)을 필름(30)에서 박리하여 기판에 전사할 수 있다.Thereafter, a process of peeling the
그래핀(10)을 필름(30)에서 박리하여 다른 기판 등으로 전사함으로써 다양한 기능성 소자를 제조할 수 있다. 본 발명에 의한 그래핀(10)은 전기적 특성을 갖는 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)으로 고르게 도핑되어 면저항 특성이 우수하여 터치패널이나 OLED 전극 소자 등 다양한 전기전자소자에 적용되어 우수한 성능을 발휘할 수 있다.Various functional elements can be manufactured by separating the
아래의 표 1은 본 발명의 그래핀 제조 방법을 적용한 실험예를 통해 제조한 그래핀의 면저항을 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 3은 실험예에 의한 그래핀의 면저항 측정 과정을 설명하기 위한 것이다.Table 1 below shows the results of measuring the sheet resistance of the graphene prepared by the experiment using the graphene manufacturing method of the present invention, and FIG. 3 illustrates the process of measuring the sheet resistance of the graphene according to the experimental example .
<표 1><Table 1>
본 실험예에서, 금속 촉매층(20)으로 Cu를 이용하였다. CU 금속 촉매층(20)에 그래핀(10)을 형성하고, 에칭액과 도펀트가 혼합된 혼합 에칭액(S)에 그래핀(10)이 형성된 금속 촉매층(20)을 담가 에칭과 도핑을 동시에 수행하였다. 혼합 에칭액(S)은 H2SO4와, H2O2와, 계면활성제와, 탈이온수를 포함하는 에칭액에 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 혼합하여 제조하였다. 혼합 에칭액(S)을 구성하는 주요 성분의 함유량은 앞서 설명한 범위 이내이고, 반응 온도는 40℃ 미만의 상온이다. 처리 시간은 대략 1시간이다.In this experimental example, Cu was used as the
이러한 공정을 통해 대략 A3사이즈 면적의 장방형 그래핀(10)을 얻었고, 그래핀(10)의 여러 포인트(P)에서 면저항을 측정하여 위의 표 1과 같은 결과를 얻었다.Through this process,
도 3에 나타낸 것과 같이, 제조된 그래핀(10)의 좌측 변을 Y축으로 하고, 그래핀(10)의 하부 변을 X축으로 정하고, 그래핀(10)의 좌측 변과 하부 변이 만나는 꼭지점을 원점(0, 0)으로 하여 그래핀(10)의 여러 좌표에서의 면저항을 측정한 결과가 표 1이다.3, the left side of the produced
표 1에서 최상부의 가로열에 나타낸 수치는 그래핀(10)의 가로방향(이하, 'X축'이라 한다) 좌표를 나타내고, 좌측 끝의 세로열에 나타낸 수치는 그래핀(10)의 세로방향(이하, 'Y축'이라 한다) 좌표를 나타낸다. 그리고 최하부의 가로열에 나타낸 수치는 그래핀(10)의 X축 좌표 중 선택된 7개 X축 좌표에서의 평균 면저항을 나타낸 것이고, 우측 끝 세로열에 나타낸 수치는 그래핀(10)의 Y축 좌표 중에서 선택된 13개 Y축 좌표에서의 평균 면저항을 나타낸 것이다. 또한 중간의 가로열 및 세로열의 수치들은 선택된 측정 포인트(P) 각각에서의 면저항이다. The numerical values shown in the uppermost row in Table 1 indicate the horizontal direction of the graphene 10 (hereinafter, referred to as X axis) and the numerals in the vertical column of the left end indicate the vertical direction of the
예컨대, 그래핀(10)의 X-Y좌표 (145, 225)의 측정 포인트(P)에서 그래핀(10)의 면저항은 188Ω/□ 이다. 여기에서, X, Y 각 축에서의 좌표는 원점에서 그 축방향으로 떨어진 거리(mm)를 의미한다.For example, the sheet resistance of the
이러한 결과를 살펴보면, 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)이 도핑된 그래핀(10)의 평균적인 면저항이 터치패널이나 OLED 전극 소자로 사용되기에 충분한 약 200Ω/□ 이하인 것을 확인할 수 있다.These results indicate that the average sheet resistance of the
상술한 것과 같이, 본 발명의 그래핀 제조 방법에 따르면 전기적 특성을 갖는 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 그래핀(10)에 도포함으로써 터치패널이나 OLED 전극 소자로 사용될 수 있을 정도로 면저항이 개선된 그래핀(10)을 제조할 수 있다.As described above, according to the graphene production method of the present invention, 4-hydroxybenzenesulfonic acid having electrical properties is applied to the
또한 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법은 도펀트인 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 에칭액에 섞어 그래핀(10)에 도핑함으로써, 별도의 도핑 공정이 필요 없이 에칭 공정과 도핑 공정을 동시에 수행할 수 있다. 따라서 제조 공정이 효율적이며, 제조 시간과 제조 비용을 줄일 수 있다.In the method of manufacturing graphene according to the present invention, 4-hydroxybenzenesulfonic acid (4-hydroxybenzenesulfonic acid) is mixed with an etchant and doped into the
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to those described and illustrated above.
예를 들어, 금속 촉매층(20)의 에칭에 이용되는 에칭액은 앞서 설명된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 에칭액으로는 앞서 설명한 H2SO4, H2O2 이외에, KOH(Potassium Hydroxide), TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol), BOE(Burrered Oxide Etch), FeCl3, Fe(NO3)3, HF, HPO4, HCl, NaF, KF, NH4F, AlF3, NaHF2, KHF2, NH4HF2, HBF4, NH4BF4 등 다양한 에칭 물질을 포함하는 다양한 조성의 것이 이용될 수 있다.For example, the etchant used for etching the
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will appreciate that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims.
10 : 그래핀
20 : 금속 촉매층
30 : 필름
40 : 공정 탱크
S : 혼합 에칭액10: graphene 20: metal catalyst layer
30: Film 40: Process tank
S: mixed etching solution
Claims (8)
(b) 그래핀이 형성된 금속 촉매층을 상기 혼합 에칭액에 담가 상기 금속 촉매층을 에칭함과 동시에 상기 그래핀에 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 도핑 방법.(a) preparing a mixed etchant by mixing 4-hydroxybenzenesulfonic acid in an etchant; And
(b) immersing the metal catalyst layer in which the graphene is formed in the mixed etching solution to etch the metal catalyst layer and doping the graphene with 4-hydroxybenzenesulfonic acid. Doped graphene.
상기 (a) 단계에서 상기 에칭액은 H2SO4, H2O2, 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 도핑 방법.The method according to claim 1,
Wherein the etching solution includes H2SO4, H2O2, and a surfactant in the step (a).
상기 혼합 애칭액은 상기 H2SO4가 8 ~ 12 v/v%, 상기 H2O2가 8 ~ 12 v/v%, 상기 계면활성제가 0.1 ~ 0.6 v/v%, 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)이 0.1 ~ 0.3 v/v% 함유하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 도핑 방법.3. The method of claim 2,
The mixed nicking solution may be prepared by mixing 8-12 v / v% of H2SO4, 8-12 v / v% H2O2, 0.1-0.6 v / v% of the surfactant, 4-hydroxybenzenesulfonic acid acid in an amount of 0.1 to 0.3 v / v%.
상기 (b) 단계는 25 ~ 40℃의 온도 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀의 도핑 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step (b) is performed at a temperature of 25 to 40 ° C.
(b) 에칭액에 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 섞어 혼합 에칭액을 준비하는 단계; 및
(c) 상기 그래핀이 형성된 상기 금속 촉매층을 상기 혼합 에칭액에 담가 상기 금속 촉매층을 에칭함과 동시에 상기 그래핀에 상기 4-하이드록시벤젠술폰산(4-hydroxybenzenesulfonic acid)을 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.(a) forming graphene on the metal catalyst layer;
(b) preparing a mixed etchant by mixing 4-hydroxybenzenesulfonic acid in the etchant; And
(c) etching the metal catalyst layer by immersing the metal catalyst layer having the graphene in the mixed etching solution, and doping the graphene with 4-hydroxybenzenesulfonic acid ≪ / RTI >
상기 (b) 단계에서 상기 에칭액은 H2SO4, H2O2, 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the etchant includes H2SO4, H2O2, and a surfactant in the step (b).
(d) 상기 (c) 단계 이전에, 상기 그래핀에 필름에 부착하는 단계; 및
(e) 상기 (c) 단계 이후에, 상기 그래핀을 상기 필름으로부터 박리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀의 제조 방법.The method according to claim 6,
(d) attaching the graphene to the film before the step (c); And
(e) peeling the graphene from the film after the step (c).
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