KR20180118162A - 메타물질, 그것의 제조 및 응용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 분산액, 이러한 용액의 제조 방법 및 이러한 그래핀 용액의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 나노 복합체는 그래핀-기반의 나노 구조를 포함하며, 여기에는 그래핀 나노 입자, 소판 또는 나노 튜브가 15 내지 25 nm 범위의 셀 크기를 갖는 2 층 규칙 격자를 형성하는 퍼플루오로트리부틸아민 내에 고르게 분포되어 있다. 본 청구된 나노 복합 재료는 미세 세라믹, 플라스틱, 합금, 고체 상태 중합체, 기타 액체 및 비정질 물질과 혼합 및 응고될 수 있다. 메타물질의 특징들을 나타내는 상기 나노 복합체를 제조하는 방법은 다수의 가능한 실제 응용들과 함께 설명된다. 이러한 특징들 중에는 다음과 같은 것들이 있다: -173℃ 내지 +102℃의 온도 범위에서 0.0002 내지 0.000001 Ohm/cm2내인 저항 범위; 30MHz 내지 30Hz 주파수 범위 내에서 방사선 및 전자기파에 대한 높은 보호 정도; -180℃ 내지 +700℃ 온도 범위 내에서 높은 윤활 특성.

Description

메타물질, 그것의 제조 및 응용
본 발명은 일반적으로 메타물질에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 본 발명은 메타물질의 조성, 그 제조 방법 및 실제 응용에 관한 것이다.
본 발명은 특히 그래핀 분산 용액, 이러한 용액의 제조 방법, 및 이러한 그래핀 용액의 용도에 관한 것이다. 용액 형태로 그래핀을 얻을 수 있다는 것은 산업적 응용의 관점에서, 특히 소정 응용에 있어서 이러한 용액을 처리하는 것과 관련하여 지대한 관심의 대상이다. 특히, 이러한 용액은 소정 담체에 그래핀 나노 입자, 소판 또는 나노 튜브들을 형성하는데 용이하게 사용될 수 있다.
다음의 설명에서 대괄호 ([]) 사이의 레퍼런스는 예시들 다음에 주어져 있는 레퍼런스 목록을 참조한다.
탄소는 다음과 같은 4개의 고유한 결정 구조 또는 구조 계열을 갖는 것으로 알려져있다: 다이아몬드, 그래파이트, 풀러렌 및 최근에 만들어진 "그래핀 계열(graphene family)"로 알려진, 2D 탄소 소판, 나노 입자 및 나노 튜브를 포함하는 구조 계열. 오랫동안 가상의 물체로 간주되어 오던 그래핀 기본 면은 최근 Novoselov 등의 연구 덕분에 현실이 되었으며(K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, "Electric field effect in atomically thin carbon films", Science, 306, 666-669 (2004) [1]; K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I, Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov, "Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene", Nature, 438, 197-200 (2005) [2]), 이들의 문헌들은 이 특이 물체에 대한 전기적 특성을 설명하고 있다. 그래파이트는 전자 도너 또는 억셉터 중 어느 하나를 갖는 층간 화합물(그래파이트 층간 화합물 또는 GIC)을 생성하는 것으로 알려져있다("Synthesis of graphite intercalation compounds", A. Herold in Chemical physics of intercalation, A. P. Legrand and S. Flandrois Eds, NATO ASI Series, series B, Vol. 172, pp. 345 (1987) [3]). THF(Ternary compounds having the formula) C.sub.24는 THE에서 다방향족 분자 알칼리염으로 그래파이트를 환원시킴으로써 일찌기 1965년에 얻어졌다(C, Stein, J. Poulenard, L. Bonnetain, J. Gole, C. R. Acad. Sci. Paris 260, 4503 (1965) [4]).
과학적 실험에 의해 확인된 그래핀의 이 고유한 특성들은 이러한 새로운 구조의 실제 응용과 그래핀 기반 복합 재료들의 본격적인 생산 방법 개발을 목표로 하는 수많은 연구 활동을 불러일으켰다.
2004년에 Novesolov 등이 발표한 이래로, 물리학계는 그래핀 또는 그래파이트절연 면의 전기적인 특성에 큰 관심을 보였다(Electric field effect in atomically thin carbon films, Novoselov et al. Science 306, 666 (2004) [5]). Novoselov 등의 전단 박리법(shear exfoliation method)은 단 몇 개의 절연 면만을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 면들은 표면이 안정화되어 후속 처리가 생략될 수 있다(예를 들어, 이것들을 매트릭스 내에 포함시키는 경우). 그러나, 현재, 효율적인 그래파이트 가용화 방법이 존재하지 않으며, 따라서 그래핀 용액은 아직까지도 달성하기 어려운 상태로 남아있다.
그러나, 최근에 여러 가지 가능성 있는 접근법들이 논의되었다. 프래파이트를 용해하기 위한 몇 가지 시도가 주로 그래파이트 기능화에 의해 보고되었다(Chakraborty et al., "Functionahzation of potassium graphite", Angew. Chem, Int. Ed., 46, 4486-4488 (2007) [6] or by functionahzation of graphite oxide. (Niyogi, S.; Bekyarova, E.; Itkis, M. E.; McWilliams, J. L.; Hamon, M. A.; Haddon, R. C, "Solution Properties of Graphite and Graphene", J. Am, Chem, Soc, 128, 7720-7721 (2006) [7]; Mc Allister, M. J.; Li, J.L. ; Adamson, D. H.; Schniepp, H. C; Abdala, A. A.; Liu, J.; HerreraAlonso, M.; Millius, D. L.; Car, R.; Prud'homme, R. K.; Aksay, I. A., "Single Sheet Functionalized Graphene by Oxidation and Thermal Expansion of Graphite", Chem. Mater., 2007; ASAP Article [8]).
가장 가능성 있는 접근법 중 하나는 그래파이트를 용해시키는 방법 그리고 복합 재료의 제조 및 그래핀 정제를 포함하는 그 응용에 대하여 기재한 미국 특허 9120675 [9]이다. 본 발명의 방법은 불활성 분위기 하에서 수행되는 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 알칼리 금속에 의해 그래파이트를 환원하여 그래파이트 층간 화합물을 생성하는 단계; 및
- 그래파이트 층간 화합물을 극성 비양자성 용매에 노출하여 환원된 그래핀 용액을 생성하는 단계. 본 발명은 특히 상기 방법을 통해 얻어진 그래핀 용액 및 그래핀 면뿐만 아니라 이러한 그래핀 용액 및 면의 용도에 관한 것이다. 상기 방법의 주된 결점은 그래핀이 높은 소수성을 가지기 때문에 표면 상에 고르고 매끄러운 그래핀 분포를 제공할 수 없다는 점이다
그래파이트를 용해하기 위한 몇 가지 다른 시도가 주로 그래파이트 기능화에 의해 보고되었다(Chakraborty et al., "Functionalization of potassium graphite", Angew. Chem, Int. Ed., 46, 4486-4488 (2007) [10] or by functionalization of graphite oxide. (Niyogi, S.; Bekyarova, E.; Itkis, M. E.; McWilliams, J. L.; Hamon, M. A.; Haddon, R. C, "Solution Properties of Graphite and Graphene", J. Am, Chem, Soc, 128, 7720-7721 (2006) [1 1]; Mc Allister, M. J.; Li, J.L. ; Adamson, D. H.; Schniepp, H. C; Abdala, A. A.; Liu, J.; Herrera Alonso, M.; Millius, D. L.; Car, R.; Prud'homme, R. K.; Aksay, I. A., "Single Sheet Functionalized Graphene by Oxidation and Thermal Expansion of Graphite", Chem. Mater., 2007; ASAP Article [12]).
그러나, 이러한 방법의 단점은 생성된 그래파이트 면이 완전히 기능화되고 변성되지는 않는다는 것이다.
따라서, 본 기술 분야에 공지된 이러한 문제점, 단점 및 어려움을 개선하는 그래파이트 용해 방법, 보다 구체적으로는 소정 응용에 있어서 그래핀을 처리하기 위해 용이하게 사용할 수 있는 그래핀 용액을 얻을 수 있는 방법, 복합 재료 제조 비용을 줄이는 방법 및 고순도 대량화로 그래핀에 대한 접근성을 개선하는 방법에 대한 실제 필요성이 존재한다.
대량화로 그래핀에 대한 접근성을 향상시키는 방법이 미국 특허 9,139,440에 기재되어 있으며, 이것은 나노 스케일 그래핀 소판의 제조 방법을 청구하고 있으며, 분자 내지 원자 산소와 접촉하는 그래파이트 재료 또는 분자 내지 원자 산소를 방출할 수 있는 물질을 넣고, 8:1보다 높은 탄소/산소 몰비를 특징으로 하는, 산소 그룹으로 관능화된(FOG) 그래파이트 물질로 이루어진 전구체를 얻는 단계; 이어서, 상기 FOG 전구체를 (화학적으로 또는 물리적으로) 환원시켜 20:1보다 높은 탄소/산소 몰비를 특징으로 하는 나노 스케일 그래핀 소판을 얻는 단계를 포함한다. 이 방법의 주요 단점은 너무 큰 "산화물 프레임"이 그러한 원재료의 별개 기능 특성을 야기한다는 점이다
새로 발견된 그래핀의 특성들은 이러한 구조가 복합 재료에 사용될 가능성을 높이고 있다. 예를 들어 항공 우주 구조물 및 항공 응용 분야에서 사용되는 기존의 개선된 복합 재료는 이러한 응용 및 다른 응용의 성능 요구 사항을 충족시키지 못한다. 따라서, 보다 높은 극한 강도, 변형-대-결함, 파괴 인성, 피로 수명, 내충격성, 손상 내성, 댐핑 및 다른 장점과 같은 개선된 기계적 특성을 갖는 강화 복합 재료에 대한 필요성이 존재한다. 또한 이러한 개선된 재료를 제조하는 방법에 대한 관련 필요성이 존재한다.
복합 메타물질의 생산을 위한 실제의 그래핀 응용이 미국 특허 9,120,908에 기재되어 있다. 이 특허는 나노 물질 강화 수지 조성물 및 관련 방법을 청구한다. 이 조성물은 수지에 분산된 그래핀, 폴리아믹산, 탄소 나노 튜브 또는 디메틸아세트아미드와 같은 강화 물질을 포함한다. 이 강화 물질은 수지 중에 약 0.001 내지 약 10 wt %로 존재한다. 또한, 이러한 조성물을 제조하는 방법 및 특정의 기계적 특성들을 달성하기 위해 조성물을 맞춤화하는 방법이 제공된다.
그러나, [14]에 따라 제조된 수지의 적용 범위는 다소 제한적이므로, 보다 넓은 적용 범위를 갖는 복합 메타물질에 대한 필요성이 존재한다.
동일한 사항이 미국 특허 9,123,893 [15]에 기재된 열가소성 수지에 대해서도 적용될 수 있으며, 이 특허에서 수지는 사전 제조된 나노 튜브 분산물에 의해 보강된다. 그러나, 이러한 분산물을 제조하는 방법에 대해서는 개시하고 있지 않다.
또 다른 미국 특허 9,159,463 [16]에는 탄소 물질 및 이 탄소 물질과 혼합 및/또는 적층된 금속 물질을 포함하는 전도성 물질이 기재되어 있다. 탄소 물질은 적어도 하나의 치수가 200 nm 이하이다. 탄소 물질은 단층 그래핀 및 다층 그래핀 중에서 선택된 그래핀을 포함하며, 그래핀을 구성하는 탄소 원자의 일부가 질소 원자로 치환되어 있다. 이 금속 물질은 금속 입자 및 금속 와이어 중 적어도 하나를 포함한다. 이 전도성 물질은, 401.2eV에서의 강도를 나타내는 I.sub.401.2가 질소 원자의 1s 전자를 갖는 X-선 광전자 스펙트럼에 있어서 398.5eV에서의 강도를 나타내는 I.sub.398.5보다 높다. 본 발명은 훨씬 더 높은 성능, 즉 600MeV에서 작동하며, 본 재료는 어떠한 금속 입자도 포함하지 않는다.
본 발명은 전술한 종래 기술들의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 퍼플루오로카본 용매 및 나노 복합체를 포함하는 분산액을 포함하는 액체 칵테일(liquid cocktail)에 높은 분산성을 가질 수 있는 나노 복합체를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에 따라 제조된 나노 복합체는 그래핀-기반의 나노 구조를 포함하며, 여기에는 그래핀 나노 입자, 소판 또는 나노 튜브가 15 내지 25 nm 범위의 셀 크기를 갖는 2 층 규칙 격자(two-tier regular grid)를 형성하는 퍼플루오로트리부틸아민 내에 고르게 분포되어 있다.
본 발명의 메타물질 제조 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 다음을 이용하여 그래핀-포착 표면(graphene-capturing surface)을 마련하는 단계
● N, N-디메틸포름아미드 및 테트라히드로푸란의 혼합물을 열적으로 안정하고 화학적으로 중성인 물질로 이루어진 용기의 내부 표면에 1 : 1 내지 3 : 1(v/v)의 비율로 도포. 본 실험에서는, SiO2 함량이 적어도 80 %이고 B203 함량이 적어도 13 %인 붕규산 유리가 사용되었다. 유사한 성질을 가진 다른 재료들, 예를 들어 미세 세라믹(fine ceramic)이 사용될 수 있다;
● +400℃ 내지 +500℃의 온도에서 7 시간 내지 9 시간 동안 내부 표면을 가열;
● 이렇게 코팅된 용기의 내부 표면을 +25℃ 내지 +30℃의 온도 범위로 냉각;
- 퍼플루오로트리부틸아민 1ml 당 1 내지 15mg 그래핀의 비율 범위에서 퍼플루오로트리부틸아민을 그래핀 소판들, 입자들 또는 나노 튜브들과 혼합하여 서브-구조 액체를 마련하는 단계;
- 용기의 내부 표면 상에 서브-구조 액체를 도포하는 단계;
- -32℃ 내지 -50℃의 온도로 용기의 내부 표면을 냉각시키는 단계;
- 12 내지 24 시간 동안 용기에 0.5 내지 2.5 Tl 세기의 자기장을 인가하는 단계;
- 생성된 액체 상태 메타물질을 +20℃ 내지 +25℃의 온도 범위로 가열하는 단계.
생성된 물질은 다양한 재료들에서 높은 분산성을 가질 수 있음이 입증되었다. 또한, 예를 들어, 미세 세라믹, 플라스틱, 합금, 고체 상태 중합체, 다른 액체 및 비정질 물질과 같은 다양한 재료에 본 발명의 물질을 도입함으로써, 연속 그래핀 격자를 구성하는 재료 내에서의 그래핀 입자의 균일한 분포가 가능하게 된다. 따라서, 본 재료는 메타물질의 특징들을 갖게 된다.
본 발명의의 메타물질의 특정 특성으로 인한, 다수의 실제 응용에 대하여 설명하였다(이 목록이 전부는 아님). 청구된 메타물질들의 일 특징, 즉 미세 세라믹, 플라스틱, 합금, 고체 상태 중합체, 다른 액체 및 비정질 물질과 혼합되고 고형화되는 능력은 각종 산업 분야에 특히 인기가 있다.
특히 가장 가능성 있는 것은 다음과 같은 목적으로 청구되는 메타물질의 용도이다:
- -173℃ 내지 +102℃의 온도 범위에서 저항 범위가 0.0002 내지 0.000001 Ohm/cm2인 전류 도전체로서의 메타물질 용도. 본 실험(이 명세서의 청구항 6의 예를 더 참조)은 이러한 사항에 대한 확실한 근거를 제공했다.
- 방사선 및 전자기파에 대한 차폐체로서의 메타물질 용도(30MHz 내지 30Hz 주파수 범위 내에서 방사선을 상당히 흡수 및/또는 반사할 수 있음). 본 실험(이 명세서의 청구항 5, 도 1-5 참조)은 이러한 사항에 확실한 근거를 제공했다.
- -180℃ 내지 +700℃ 온도 범위 내에서 윤활 특성을 유지할 수 있는 윤활제로서의 메타물질 용도. 대응 실험들이 청구항 4의 예에 기재되어 있으며, 이 예는 극한 온도 조건에서 박층 윤활제를 시험한 결과를 제공하고 있다.
본 청구된 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 다음과 같은 도면들이 제공된다:
도 1 - 방사선 충격 테스트:
1.1 - 테스트 이전. 마이크로 칩들 OFF.
1.2 - 테스트 이전. 마이크로 칩들 ON.
1.3 - X-선 소스 ON. 방사선 조사 이전.
1.4 - X-선 소스 ON. 방사선 조사 이후.
제어 칩(왼쪽)이 작동하지 않는 것을 확인할 수 있다.
1.5 - 제어 칩(왼쪽)의 자발적인 재부팅 프로세스.
도 2 - 메타물질의 윤활 특성 테스트:
2.1 - 윤활식 숄더 커플링이 있는 우주복.
2.2 - 온도에 대한 윤활제 점도 의존성의 다이어그램.
도 3 - 도전성 테스트:
3.1 - 전기 회로(R - 테스트 와이어).
3.2 - 전기 회로 (X - 메타물질).
3.3 - 저항/온도 의존성 다이어그램.
청구항 4의 예. 극단적인 온도 조건들에서의 박층 윤활제.
청구항 1 및 대안적으로, 청구항 2의 메타물질은 파열 압력이 8 bar (0.79 MPa)인 표준 우주복(도 2.1 참조)의 가동부(숄더 커플링)에 대해 실험실 테스트를 거쳤다. 두 개의 랩된 표면들의 슬라이딩 능력이 5배 증가했다. 내마모성은 100000 사이클에서 9.5배 증가했다(Advanced Functional Materials, Volume 24, Issue 42, pages 6640-6646, November 12, 2014 [17]에 기재된 실험실 테스트에서는 47000 사이클). 우주복 모터의 볼 베어링 세그먼트에 적용된 윤활제는 세그먼트 성능의 15배 향상을 입증했다. 동일한 결과들이 -180℃ 내지 +700℃ 온도에서도 기록되었다(도 2.2 참조).
청구항 5의 예. 방사선에 대한 차폐체
다음은 높은 X-방사선에 대한 차폐체로서 청구된 메타물질의 실제 용도의 예이다(도 1 참조). 실험용 및 제어용 칩들은 난수 알고리즘, 컨트롤러 및 시각화용 램프들을 갖는 단일 프로세서를 포함하고 있다. 실험용 칩은 청구된 메타물질에 의해 채워져 있다(청구항 1 참조). 칩들은 어떤 특수 바니시로도 보호되지 않았다. X-선 디바이스로 조사하는 동안 칩들이 스위치 온 되어 진동 플랫폼이 강하게 흔들렸다. 이 테스트는 30Gray에서 및 60분씩 두 단계로 수행되었다. 1 단계 이후 제어 칩은 자발적으로 재부팅되었다. 2 단계 이후 이러한 재부팅이 20 내지 30분마다 반복되기 시작했다. 현재 TEPCO에서 사용하는 미국 보호 칩을 장착한 Toshiba의 로봇도 자발적으로 재부팅되고 나서 약 26Gray에서 4시간 동안 작동한 후 정지한다는 것에 유의한다.
청구항 6의 예. 도전성 테스트(도 3 참조)
청구항 1의 R-구리선 및 X-메타물질 및 전력원을 포함하는 간단한 회로가 실험을 위해 설치되었다. 측정을 위해 켈빈 브릿지 또는 다른 유사한 장치를 사용할 수 있다. 구리 와이어는 평균 실온에서 0.017 내지 0.018 Ohm/cm2의 범위 내에서의 저항을 나타냈다. 이어서, 구리 와이어가 청구항 1의 메타물질로 만들어진 샘플로 대체되었다. 이 경우의 기록들은 동일한 실온에서 0.0002 Ohm/cm2 내지 0.000001 Ohm/cm2의 기록 범위를 나타냈다. 본 실험들은 넓은 온도 범위, 즉 -173℃ 내지 +102℃ 범위에서 수행되었다. 도 3.3에 제공되어 있는 다이어그램은 온도/저항 의존성을 보여준다. 청구항 2의 메타물질에 대해서도 동일한 결과가 얻어졌다.

Claims (6)

15 내지 25 nm 범위의 셀 크기를 갖는 2 층 규칙 격자(two-tier regular grid)를 형성하는 퍼플루오로트리부틸아민 내에 그래핀 나노 입자들(graphene nanoparticles), 소판들(platelets) 또는 나노 튜브들(nanotubes)이 고르게 분포되어 있는, 퍼플루오로트리부틸아민과 그래핀 나노 입자들, 소판들 또는 나노 튜브들로 구성된, 메타물질.
제 1 항에 있어서,
미세 세라믹, 플라스틱, 합금, 고체 상태 중합체, 액체 및 비정질 물질과 혼합되어 응고되는, 메타물질.
제 1 항의 메타물질을 제조하는 방법으로서,
- 그래핀-포착 표면(graphene-capturing surface)을 마련하는 단계로서, 이것은,
● N, N-디메틸포름아미드 및 테트라히드로푸란의 혼합물을 열적으로 안정하고 화학적으로 중성인 물질, 예를 들어 SiO2 함량이 적어도 80 %이고 B203 함량이 적어도 13 %인 붕규산 유리이며 이에 한정되지 않는 물질로 이루어진 용기의 내부 표면에 1 : 1 내지 3 : 1(v/v)의 비율로 도포하고;
● +400℃ 내지 +500℃의 온도에서 7 시간 내지 9 시간 동안 상기 내부 표면을 가열하고;
● 이렇게 코팅된 상기 용기의 상기 내부 표면을 +25℃ 내지 +30℃의 온도 범위로 냉각하는 것에 의하는, 상기 마련하는 단계;
- 퍼플루오로트리부틸아민 1ml 당 1 내지 15mg 그래핀의 비율 범위에서 퍼플루오로트리부틸아민을 그래핀 소판들, 입자들 또는 나노 튜브들과 혼합하여 서브-구조 액체(sub-structural liquid)를 마련하는 단계;
- 상기 용기의 상기 내부 표면 상에 상기 서브-구조 액체를 도포하는 단계;
- -32℃ 내지 -50℃의 온도로 상기 용기의 상기 내부 표면을 냉각시키는 단계;
- 12 내지 24 시간 동안 상기 용기에 0.5 내지 2.5 Tl 세기의 자기장을 인가하는 단계;
- 이어서, 생성된 액체 상태 메타물질을 +20℃ 내지 +25℃의 온도 범위로 가열하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
-180℃ 내지 +700℃ 온도 범위 내에서 윤활 특성을 유지할 수 있는 윤활제로서의 제 1 항 또는 제 2 항의 메타물질의 용도.
30MHz 내지 30Hz 주파수 범위 내에서 방사선을 흡수 및/또는 반사할 수 있는, 방사선 및 전자기파에 대한 차폐체로서의 제 1 항 또는 제 2 항의 메타물질의 용도.
-173℃ 내지 +102℃의 온도 범위에서 저항 범위가 0.0002 내지 0.000001 Ohm/cm2인 전류 도전체로서의 제 1 항 또는 제 2 항의 메타물질의 용도.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090030632A (ko) * 2007-09-20 2009-03-25 한국과학기술원 금속 나노복합분말의 제조방법
KR20100001698A (ko) * 2008-06-27 2010-01-06 한국과학기술원 마이크로웨이브를 이용한 금속성 탄소나노튜브의 분리방법
KR20100010295A (ko) * 2008-07-22 2010-02-01 재단법인서울대학교산학협력재단 기판을 나노구조물로 코팅하는 방법, 복수의나노구조물들을 구비한 회로 기판 및 나노구조물 코팅 장치
KR20100032012A (ko) * 2008-09-17 2010-03-25 한국표준과학연구원 전기도금법과　고온 산화법을 결합한 금속산화물-탄소나노튜브 복합박막의 제조방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010187062A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Hitachi Maxell Ltd メタマテリアル
EP2553007A4 (en) * 2010-03-26 2014-11-19 Univ Hawaii NANOMATERIAL-REINFORCED RESINS AND RELATED MATERIALS
US8636830B2 (en) * 2010-06-11 2014-01-28 William Marsh Rice University Aliphatic amine based nanocarbons for the absorption of carbon dioxide
JP5856423B2 (ja) * 2011-09-30 2016-02-09 株式会社東芝 導電材料およびこれを用いた電気素子
CN103085372B (zh) * 2011-10-31 2015-10-07 深圳光启高等理工研究院 一种超材料介质基板及其加工方法
US20130116114A1 (en) * 2011-11-07 2013-05-09 K Tube Technology LLC Systems, Devices, and/or Methods for Preparation of Graphene and Graphene Hybrid Composite Via the Pyrolysis of Milled Solid Carbon Sources
CN102627817A (zh) * 2012-03-30 2012-08-08 上海第二工业大学 高储能密度介质材料及其制备方法
CN103935982B (zh) * 2013-01-18 2016-01-13 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯纳米带的制备方法
EP3660134A1 (en) * 2013-02-19 2020-06-03 Nanotech Industrial Solutions, Inc. Inorganic fullerene-like particles and organic tubular-like particles in fluids and lubricants and applications to subterranean drilling
EP2982648A1 (en) * 2013-04-05 2016-02-10 Sekisui Chemical Co., Ltd. Method for manufacturing flaked graphite and flaked graphite liquid dispersion, as well as flaked graphite, flaked graphite liquid dispersion, and flaked graphite/resin composite material
CN103254429B (zh) * 2013-05-21 2015-04-15 合肥工业大学 一种聚苯胺和二硫化钼插层复合材料的制备方法
RU2548083C2 (ru) * 2013-06-18 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Способ модифицирования углеродных наноматериалов
CN103482620B (zh) * 2013-09-11 2016-01-20 黄镇东 氧化或还原石墨烯基网格材料及其制备方法
CN104877156A (zh) * 2015-06-23 2015-09-02 北京化工大学常州先进材料研究院 一种高导电聚酰亚胺/碳材料/银三相复合薄膜及其制备方法
RU159967U1 (ru) * 2015-07-06 2016-02-27 Федеральное государственное военное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия тыла и транспорта имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Управляемые фильтры на основе поляризаторов из лент графена для защиты оптико-электронных приборов разведки от лазерного оружия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090030632A (ko) * 2007-09-20 2009-03-25 한국과학기술원 금속 나노복합분말의 제조방법
KR20100001698A (ko) * 2008-06-27 2010-01-06 한국과학기술원 마이크로웨이브를 이용한 금속성 탄소나노튜브의 분리방법
KR20100010295A (ko) * 2008-07-22 2010-02-01 재단법인서울대학교산학협력재단 기판을 나노구조물로 코팅하는 방법, 복수의나노구조물들을 구비한 회로 기판 및 나노구조물 코팅 장치
KR20100032012A (ko) * 2008-09-17 2010-03-25 한국표준과학연구원 전기도금법과　고온 산화법을 결합한 금속산화물-탄소나노튜브 복합박막의 제조방법

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