WO2013058517A2 - 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • a transparent conductive film capable of transmitting light is essential.
  • ITO indium t in oxide
  • indium tin oxide may have a high price due to high consumption of indium, which may lower economical efficiency.
  • a transparent conductive material that can replace and replace chemical and electrical defects of a transparent conductive film containing indium. Do.
  • Carbon nanotubes have been studied as such transparent conductive materials.
  • Carbon nanohub is a carbon material having a diameter of several nanometers and has high conductivity.
  • Carbon nanotubes may be formed by chemical vapor deposition (CVD). For example, it can be perpendicular to the growth of carbon nanotubes by thermal treatment at high temperature and with a carbon source gas, supplied on a substrate, which is catalytic metal is dispersed.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the high temperature of 500 ° C or higher is not only limited to the types of substrates that can be used, but also the complexity of the process and increased manufacturing costs.
  • One embodiment provides a graphene-carbon nano-lever nanostructure, which simplifies the process, saves manufacturing time and costs, and is advantageous for mass production.
  • Another embodiment provides a method of manufacturing the graphene-carbon nanotube nanostructures.
  • a method for preparing a graphene-carbon nanotube nanostructure comprising preparing a mixture of graphite, a catalytic metal, and an ionic liquid, and irradiating a microwave to the mixture. do .
  • the catalyst metal may include palladium (Pd), nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), or a combination thereof.
  • the preparation method may further include grinding the catalyst metal before preparing the mixture.
  • the ground catalyst metal may have a particle size of about lOm to lOOnm.
  • the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium (l-ethyl-3-methylimidazoliura,
  • EMIM ionic liquid
  • 1-butyl-3-methylimidazolium (1-1 ⁇ 1 13-111 1 ⁇ 1 ⁇ 1 ⁇ 3320 11111, BMW) may include at least one of the ionic liquid.
  • the 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMIM) -based ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (l-ethyl-3-methyl imidazolium tetraf luoroborate), 1 L-ethyl-3-methyl imidazolium hexafluorophosphate, l-ethyl-3-methyl imidazolium chloride, 1-ethyl 3-methylimidazolium trifluoroethane sulfonate, 1-ethyl-imidazol ium trif luoroethane sulfonate, 1-ethyl--3-methylimidazolium bis [(trifulomethyl) sulfonyl ] Imide (l-ethyl-3-methylimidazoliura bis [(trifluoromethyl) sulfonyl] imide)
  • the 1-butyl-3-methylimidazolium (BMIM) -based ionic liquid is 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-1) ⁇ ⁇ 3-111 1 111 (1320 11111 tetraf luoroborate),
  • the graphite and the catalyst metal may be included in a ratio of about 1: 0.05 to 1: 1.
  • the graphite and the ionic liquid may be included in a ratio of about 1: 0.1 to 1: 1.
  • the graphite, the catalytic metal and the ionic liquid may be included in a ratio of about 1: 0.2: 0.5.
  • Preparing the mixture may include mixing the catalyst metal and the ionic liquid, and adding the graphite.
  • the manufacturing method may further include the step of sonicating after at least one of mixing the catalyst metal with the ionic liquid and adding the graphite. .
  • the graphite may expand in volume to form graphene and grow carbon nanotubes using the metal as a catalyst.
  • Irradiating the mixture to the microwaves may cause the microwaves to
  • It can be irradiated with an intensity of 100 to 2000W.
  • Irradiating the microwaves to the mixture comprises:
  • a graphene-carbon nanotube nanostructure prepared by the above method is provided.
  • the graphene-carbon nanotube nanostructure may be in a form in which linear carbon or norebe is grown on planar graphene.
  • FIG. 4 is a transmission electron microscope of a graphene-carbon nano-leuve nanostructure according to an embodiment
  • a method for preparing a graphene-carbon nanotube nanostructure includes preparing a mixture of graphite, a catalytic metal, and an ionic liquid, and irradiating a microwave to the mixture. Include.
  • the graphite may serve as a carbon source for forming graphene and carbon nanotubes, and may be expandable graphite by microwave irradiation described below.
  • the catalytic metal serves as a seed for carbon nanotube growth.
  • the catalytic metal may be palladium (Pd), nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe) or their Combinations.
  • the catalytic metal may be paralyzed (Pd).
  • Single metals such as nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), or palladium (Pd) —nickel (Ni), palladium (Pd) -cobalt (Co), nickel (Ni) -cobalt (Co) , Nickel (Ni) -iron (Fe), palladium (Pd)-iron (Fe), cobalt (Co)-iron (Fe), palladium (Pd)-nickel (Ni) —cobalt (Co), palladium (Pd) (Ni) -iron (Fe), palladium (Pd)-cobalt (Co) -iron (Fe), nickel (Ni) —cobalt (Co) -iron (Fe) or palladium (Pd) -nickel (Ni
  • the catalytic metal may be in powder form and may be finely pulverized into fine powder before preparing the mixture.
  • the pulverized catalyst metal may have a particle size of about 10 nm to 100 nm, and the diameter of the carbon nanotubes finally formed according to the catalyst metal and particle size . This can be determined.
  • carbon nanotubes may be formed with a higher density as the catalyst metal is contained more, and carbon nanotubes may be formed with a smaller density when the catalyst metals are less included.
  • the dissociable liquid is a dissociable salt compound containing noble silver and an anion, and may exist in a liquid state at room temperature.
  • the ionic liquid evenly disperses the catalyst metal so that carbon nano-leuze does not aggregate and grows uniformly.
  • the ionic liquid is l-ethyl-3-methynmidazoliura
  • EMIM EMIM based ionic liquid
  • BMIM 1-butyl-3-methylimidazolium
  • Examples of 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMIM) -based ionic liquids include 1-ethyl-3-methylimidazolium tetraf luoroborate, 1 1-et hy 1-3-methy limi dazo 1 i urn hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (1—ethyls-methyl imidazol ium) chloride), 1-Ethyl_3-methylimidazolium trifluoroethane sulfonate ° lH (l-ethyl -3-methy limi dazo Hum tr if luoroethane sulfonate), Trifluoromethyl) sulfonyl] imide (l-ethyl-3 nethylimidazolium bis [(trif luoromethyl) sulfonyl] imide) ⁇ r.
  • Examples of 1-butyl-3 methylimidazolium (BMIM) dissociative liquids include 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (l-butyl-3—methylimidazoliuiTi tetraf luoroborate), 1- 1-butyl-3-methyl imidazo 1 i um hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride -Butyl-3-methylimidazolium trifluoroethane sulfone °] H (l-butyl-3-methyl imidazol ium tr if luoroethane sulfonate), 1-butyl- 3 -methyl imidazolium bis [(trifluoromethyl) sulfonyl] imide (1-buty 1-3- methy 1
  • the graphite and the catalyst metal may be included in a ratio of about 1: 0.05 to about 1: 1. Within the above range, the graphite and the catalyst metal may be included in a ratio of about 1: 0.1 to about 1: 0.5. By being included in the above range can be adjusted by the microwave irradiation time of the density of the desired carbon nano-leave.
  • the graphite and the ionic liquid may be included in a ratio of about 1: 0.1 to about 1: 1. Within the above range, the graphite and the dissociable liquid are preferably included in a ratio of about 1: 0.4 to about 1: 0.5. Being included in the above range can expand the graphite by the desired volume to create a suitable growth environment of carbon nanotubes.
  • the graphite, the catalytic metal and the ionic liquid are for example about
  • the catalyst metal may be first mixed with the dissociable liquid, and then the graphite may be added.
  • the catalyst metal and the dispersible liquid may be mixed and then subjected to ultrasonic treatment.
  • the sonication may also break the catalyst metal into finer particles and may evenly disperse the catalyst metal in the dissociable liquid.
  • the ultrasonic treatment may be performed after the graphite is added.
  • the sonication allows the catalyst metal, the ionic liquid and the graphite to be uniformly mixed:
  • Irradiating the microwave to the mixture may be performed for about 1 to 1000 seconds at an intensity of about 100 to 2000W.
  • inspecting the microwave in the above range it can be adjusted to grow the carbon nanotubes to the desired length and density.
  • the graphite may expand in volume to form planar graphene, and linear carbon nanotubes may grow in a portion where the catalyst metal is located. Therefore, it is possible to form a three-dimensional nanostructure in which the carbon nanotubes of one-dimensional form extended in the vertical direction on the two-dimensional graphene.
  • the graphene-carbon nanotube nanostructure formed by the above method is about lnra 2 to about
  • Planar graphene with an area of 2500 nm 2 and a width of about 10 nm to 100 nm and within about 10 nm It may include a linear carbon nanotube having a length of about 10zm.
  • the graphene area and the width / length of the carbon nanotubes may vary depending on the degree of expansion of graphite and other process conditions, and are not limited thereto.
  • the graphene-carbon nanotube nanostructures may have excellent electrical properties, that is, high conductivity and low contact resistance, and may have high light transmittance. Therefore, it may be used as a transparent conductive film such as a transparent electrode in various electronic devices, and in some cases may also be applied to a semiconductor.
  • the electronic device is not limited as long as it includes a transparent conductive film, and may be, for example, a liquid crystal display device, an organic light emitting device, an electronic paper display device, a solar cell, an image sensor, or the like.
  • Graphite, palladium (Pd) powder and 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIM-BF 4 ) were prepared in a weight ratio of 1: 0.2: 0.5.
  • 1 to 3 are 4 1, of the graphene-carbon nanoleube nanostructure according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a transmission electron microscope (TEM) image of the graphene-carbon nano-lever nanostructure according to the embodiment.
  • the graphene-carbon nanotube nanostructures according to the embodiment have a plurality of carbon nanoleubes formed in protrusions on planar graphene.
  • the graphene-carbon nanoleube nanostructure according to the embodiment may be confirmed to be transparent.

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Abstract

그래파이트, 촉매 금속 및 이온성 액체의 혼합물을 준비하는 단계, 그리고 상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계를 포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체에 관한 것이다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체 및 그 제조 방법
【기술분야】
<ι> 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다 .
【배경기술】
<2> 일반적으로 표시소자， 발광다이오드， 태양 전지 등과 같은 다양한 전자 소자 는 광을 투과시켜 화상을 형성하거나 전력을 생성하므로， 광을 투과시킬 수 있는 투명 도전막이 필수적 이다 . 이와 같은 투명 도전막으로는 인듐 주석 산화물
( indium t in oxide, ITO)이 폭넓 게 사용되고 있다.
<3> 그러나 인듐 주석 산화물은 인듐의 소비량이 많아짐에 따라 가격 이 높아져 경제성 이 저하될 수 있으며， 특히 인듐을 포함하는 투명 도전막의 화학적， 전기적 결함이 존재하여 이를 대체할 수 있는 투명 도전 물질이 필요하다.
<4> 이러한 투명 도전 물질로 탄소나노류브 (carbon nanotubes)가 연구되고 있다. 탄소나노휴브는 수 나노미터의 직경을 가지는 탄소재로 높은 도전성을 가진다.
<5> 탄소나노튜브는 화학기상증착 (chemical vapor deposi t ion, CVD)으로 형성될 수 있다. 예컨대 금속 촉매가 분산되어 있는 기판 위에 탄소 소스 기체를' 공급하 고 고온에서 열처리함으로써 탄소나노튜브를 수직으로 성장시킬 수 있다.
<6> 그러나 이와 같이 화학기상증착에 의해 탄소나노튜브를 성장하는 방법은 약
500 °C 이상의 고온이 요구되므로 사용할 수 있는 기판의 종류가 한정될 뿐만 아니 라 공정 이 복잡하고 제조 비용이 상승될 수 있다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
<7> 일 구현예는 공정을 단순화하여 제조 시간 및 비용을 절감할 뿐만 아니라 대 량 생산에 유리한 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체를 제공한다.
<8> 다른 구현예는 상기 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법을 제공한 다.
【기술적 해결방법 ]
<9> 일 구현예에 따르면 그래파이트， 촉매 금속 및 이온성 액체의 혼합물을 준비 하는 단계， 그리고 상기 혼합물에 마이크로웨 이브를 조사하는 단계를 포함하는 그 래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법을 제공한다 .
<ιο> 상기 촉매 금속은 팔라듐 (Pd) , 니켈 (Ni ) , 코발트 (Co) , 철 (Fe) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. <ii> 상기 제조 방법은 상기 혼합물을 준비하는 단계 전에 상기 촉매 금속을 분쇄 하는 단계를 더 포함할수 있다.
<12> 상기 분쇄된 촉매 금속은 약 lOnm내지 lOOnm의 입자크기를가질 수 있다.
<13> 상기 이온성 액체는 1—에틸 -3-메틸이미다졸륨 (l-ethyl-3-methylimidazoliura,
EMIM)계 이온성 액체 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨(1-1^1 卜3-111 1^1^1^3320 11111， BMW)계 이온성 액체 중 적어도 하나를 포함할수 있다.
<14> 상기 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 (EMIM)계 이온성 액체는 1-에틸 -3-메틸이미다 졸륨 테트라플루오로보레이트 (l-ethyl-3-methyl imidazolium tetraf luoroborate)， 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 (l-ethyl-3-methyl imidazolium hexafluorophosphate), 1-에틸 _3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (l-ethyl-3- methyl imidazolium chloride), 1—에틸 -3-메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 이트 (1一 ethy卜 3— methyl imidazol ium trif luoroethane sulfonate) , 1一에틸—3—메틸이 미다졸륨 비스 [(트리풀루오로메틸)설포닐]이미드 (l-ethyl-3-methylimidazoliura bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide)을 포함할수 있고，
<15> 상기 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 (BMIM)계 이온성 액체는 1-부틸 -3-메틸이미다 졸륨 테트라플루오로보레이트(1-1)^ 卜3-111 1 111 (1320 11111 tetraf luoroborate) ,
' 1-부틸— 3-메틸아미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 (l-butyl-3-methyl imidazol ium hexafluorophosphate), 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (l-butyl-3- methyl imidazol ium chloride), 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 이트 (l—butyl—3— methyl imidazol ium trif luoroethane sulfonate) , 1一부틸—3—메틸이 미다졸륨 비스 [(트리플루오로메틸)설포닐]이미드 (1-buty卜 3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide)를 포함할수 있다.
<16> 상기 그래파이트와 상기 촉매 금속은 약 1:0.05 내지 1:1의 비율로 포함될 수 있다.
<17> 상기 그래파이트와 상기 이온성 액체는 약 1:0.1 내지 1:1의 비율로 포함될 수 있다.
<18> 상기 그래파이트， 상기 촉매 금속 및 상기 이온성 액체는 약 1:0.2 :0.5의 비 율로 포함될 수 있다.
<19> 상기 흔합물을 준비하는 단계는 상기 촉매 금속과 상기 이온성 액체를 혼합 하는 단계， 그리고상기 그래파이트를 첨가하는 단계를포함할수 있다.
<20> 상기 제조 방법은 상기 촉매 금속과 상기 이온성 액체를 혼합하는 단계 및 상기 그래파이트를 첨가하는 단계 중 적어도 하나의 단계 후에 초음파 처리하는 단 계를 더 포함할수 있다. . <21> 상기 흔합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계에서 상기 그래파이트는 부피 팽창하여 그래핀을 형성하고 상기 금속을 촉매로 하여 탄소나노튜브가 성장할 수 있다.
<22> 상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계는 상기 마이크로웨이브를 약
100 내지 2000W의 세기로 조사할 수 있다.
<23> 상기 흔합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계는 상기 마이크로웨이브를 약
1 내지 1000초 동안 조사할 수 있다.
<24> 다른 구현예에 따르면 , 상술한 방법으로 제조된 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체를 제공한다.
<25> 상기 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체는 평면의 그래핀 위에 선형의 탄소나 노류브가 성장되어 있는 형 태일 수 있다.
【유리한 효과】
<26> 나노 구조체의 제조 공정을 단순화하여 제조 시간 및 비용을 절감할 뿐만 아 니라 저비용으로 대량 생산할 수 있다 .
【도면의 간단한 설명】
<27> 도 1 내지 도 3은 실시 예에 따른 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 4//Π1 ,
400nm 및 lOOnm 배율의 주사전자현미경 (scanning electron mi croscope, SEM) 사진 이고，
<28> 도 4는 실시 예에 따른 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체의 투과전자현미경
(transmi ssion electron mi croscope, TEM) 사진이다 .
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
<29> 이하， 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다 . 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형 태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
<30> 일 구현예에 따론 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법은 그래파이 트， 촉매 금속 및 이온성 액체의 흔합물을 준비하는 단계， 그리고 상기 혼합물에 마이크로웨 이브를 조사하는 단계를 포함한다.
<31> 상기 그래파이트는 그래핀과 탄소나노튜브를 형성하는 탄소 소스 역할을 할 수 있으며 , 후술하는 마이크로웨이브 조사에 의해 팽창 가능한 그래파이트일 수 있 다.
<32> 상기 촉매 금속은 탄소나노튜브 성장을 위한 시드 ( seed) 역할을 한다.
<33> 상기 촉매 금속은 팔라듐 (Pd) , 니켈 (Ni ) , 코발트 (Co) , 철 (Fe) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 촉매 금속은 팔라듬 (Pd),. 니켈 (Ni), 코발트 (Co), 철 (Fe)과 같은 단일 금속， 또는 팔라듬 (Pd)—니켈 (Ni), 팔라듐 (Pd)-코발트 (Co), 니켈 (Ni)-코발트 (Co), 니켈 (Ni)-철 (Fe), 팔라듐 (Pd)ᅳ철 (Fe)， 코발트 (Co)ᅳ철 (Fe), 팔라듐 (Pd)-니켈 (Ni)—코발트 (Co), 팔라듐 (Pd)ᅳ니켈 (Ni)-철 (Fe), 팔라듐 (Pd)- 코발트 (Co)-철 (Fe), 니켈 (Ni)—코발트 (Co)-철 (Fe) 또는 팔라듐 (Pd)-니켈 (Ni)-코발트 (Co)-철 (Fe)과 같은 합금 (alloy)일 수 있다.
<34> 상기 촉매 금속은 분말 (powder) 형태일 수 있으며， 상기 흔합물을 준비하기 전에 미세한 분말 형태로 잘게 분쇄할수 있다.
<35> 상기 분쇄된 촉매 금속은 약 10nm 내지 lOOnm의 입자 크기를 가질 수 있으 며， 상기 촉매 금속와 입자 크기에 따라 최종적으로 형성되는 탄소나노튜브의 직경. 이 결정될 수 있다.
<36> 상기 촉매 금속의 양에 따라 탄소나노류브의 밀도를조절할수 있다. 즉 촉 매 금속이 많이 포함될수록 탄소나노튜브가 높은 밀도로 형성될 수 있고 촉매 금속 이 적게 포함될수록 탄소나노류브가 작은 밀도로 형성될 수 있다.
<37> 상기 이은성 액체는 양이은과 음이온을 포함하는 이은성 염 화합물로， 상온 에서 액체 상태로 존재할 수 있다. 상기 이온성 액체는 상기 촉매 금속을 고르게 분산시켜 탄소나노류브가뭉치지 않고 균일하게 성장할수 있도록 한다.
<38> 상기 이온성 액체는 1—에틸 -3-메틸ᅳ이미다졸륨 (l-ethyl-3-methynmidazoliura,
EMIM)계 이온성 액체 및 /또는 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 (l-butyl-3- methylimidazolium, BMIM)계 이온성 액체를 포함할 수 있다.
<39> 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 (EMIM)계 이온성 액체의 예로는 1-에틸 -3-메틸이미 다졸륨 테트라플루오로보레이트 (l-ethyl-3-methylimidazolium tetraf luoroborate) , 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 ( 1-e t hy 1 -3-methy limi dazo 1 i urn hexafluorophosphate), 1—에틸 -3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1— ethyls- methyl imidazol ium chloride), 1-에틸 _3-메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 °lH(l-ethyl -3-methy limi dazo Hum tr if luoroethane sulfonate) , 1一에틸一 3一메틸이 미다졸륨 비스 [(트리플루오로메틸)설포닐]이미드 (l-ethyl-3 nethylimidazolium bis[(trif luoromethyl )sulfonyl ]imide)^r 들수 있다.
<4o> 1—부틸 -3—메틸이미다졸륨 (BMIM)계 이은성 액체의 예로는 1-부틸 -3-메틸이미 다졸륨 테트라플루오로보레이트 (l-butyl-3— methylimidazoliuiTi tetraf luoroborate) , 1-부틸 -3—메틸아미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 ( 1-butyl -3-methyl i m i dazo 1 i um hexafluorophosphate), 1-부틸 _3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (l-butyl-3- methylimidazolium chloride), 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 °]H(l-butyl-3-methyl imidazol ium tr i f luoroethane sulfonate) , 1一부틸—3一메틸이 미다졸륨 비스 [ (트라플루오로메틸)설포닐]이미드 ( 1-buty 1 -3-methy 1 imi dazo 1 i um bis[(tr if luoromethyDsulfonyl] imide)^: 들 수 있다.
<4i> 상기 그래파이트와 상기 촉매 금속은 약 1:0.05 내지 약 1:1의 비율로 포함 될 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 그래파이트와 상기 촉매 금속은 약 1:0.1 내 지 약 1:0.5의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위로 포함됨으로써 목적 하는 탄소나노류브의 밀도를 마이크로웨이브 조사 시간으로써 조절할수 있다.
<42> 상기 그래파이트와상기 이온성 액체는 약 1:0.1 내지 약 1:1의 비율로 포함 될 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 그래파이트와 상기 이은성 액체는 약 1:0.4 내지 약 1:0.5의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위로 포함됨으로써 그 래파이트를 목적하는 체적만큼 팽창시켜 탄소나노튜브의 적절한 성장 환경을 만들 어 줄 수 있다.
<43> 상기 그래파이트， 상기 촉매 금속 및 상기 이온성 액체는 예컨대 약
1:0.2:0.5의 비율로 포 "될 수 있다.
<44> 상기 혼합물을 준비하는 단계는 상기 촉매 금속과 상기 이은성 액체를 먼저 흔합한후， 상기 그래파이트를 첨가할수 있다.
<45> 이 때 상기 촉매 금속과 상기 이은성 액체를 흔합한 후 초음파 처리를 수행 할 수 있다. 상기 초음파 처리는 상기 촉매 금속을 더욱 미세한 입자로 분쇄할 수 있고 상기 이은성 액체에 상기 촉매 금속이 균일하게 분산될 수 있도특 한다.
<46> 또한 상기 그래파이트를 첨가한 후 초음파 처리를 수행할 수 있다. 상기 초 음파 처리는 상기 촉매 금속， 상기 이온성 액체 및 상기 그래파이트가 균일하게 흔 합될 수 있도록 한다:
<47> 상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계는 약 100 내지 2000W의 세기 로 약 1 내지 1000 초 동안 수행될 수 있다. 상기 범위에서 마이크로웨이브를 조 사함으로써 탄소나노튜브가 목적하는 길이 및 밀도로 성장할 수 있도록 조절할 수 있다.
<48> 상기 마이크로웨이브 조사 단계에서， 상기 그래파이트는 부피 팽창하여 평면 의 그래핀올 형성할 수 있고， 상기 촉매 금속이 위치한 부분에서 선형의 탄소나노 튜브가 성장할 수 있다. 따라서 2차원 형태의 그래핀 위에 수직 방향으로 뻗은 1 차원 형태의 탄소나노튜브가 성장한 3차원 형태의 나노구조체를 형성할수 있다.
<49> 상기 방법으로 형성된 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체는 약 lnra2 내지 약
2500nm2의 면적을 가지는 평면의 그래핀과 약 10nm 내지 lOOnra의 폭 및 약 10nm 내 지 10zm의 길이를 가지는 선형의 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 그러나 그래핀 면적 및 탄소나노튜브의 폭 /길이는 그래파이트의 팽창 정도 및 그 밖의 공정 조건 에 따라 다양할수 있으며, 상기 범위에 한정되지 않는다.
<50> 상기 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체는 우수한 전기적 특성， 즉 높은 전도 도 및 낮은 접촉 저항을 가질 수 있고， 높은 광 투과도를 가질 수 있다. 따라서 다양한 전자 소자에서 투명 전극과 같은 투명 도전막으로 사용될 수 있으며， 경우 에 따라 반도체로도 적용할수 있다.
<51> 상기 전자 소자는 투명 도전막을 포함하는 소자이면 한정되지 않으며 예컨 대 액정 표시 소자， 유기 발광 소자, 전자 종이 표시 소자， 태양 전지, 이미지 센 서 등일 수 있다.
【발명의 실시를 위한 형태】
<52> 이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다상세하게 설명한다 . 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
<53> 실시예
<54> 그래파이트， 팔라듐 (Pd) 분말 및 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보 레이트 (EMIM-BF4)을 1:0.2:0.5의 중량비로 준비하였다. 먼저 팔라듐 (Pd) 분말 및
1-에틸ᅳ 3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM-BF4)를 초음파 분쇄기를 사 용하여 혼합하였다. 이어서 상기 흔합물에 그래파이트를 흔합하고 초음파 분해기 를 사용하여 고르게 흔합하였다. 이어서 상기 그래파이트， 팔라듐 (Pd) 분말 및 1- 에틸 -3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM-BF4)의 흔합물을 700W 마이크 로웨이브 장치 (Microwave Synthesis System, MAS-II)에 넣고 90초 동안 마이크로웨 이브를 조사하여 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체를 얻었다.
<55> 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 확인
<56> 상기 실시예에 따른 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체를 확인하였다.
-<5 > 도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체의 4 1，
' 400nm 및 lOOnm 배율의 주사전자현미경 (scanning electron microscope, SEM) 사진 이고 도 4는 실시예에 따른 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체의 투과전자현미경 (transmission electron microscope, TEM) 사진이다 .
<58> 도 1 내지 도 3을 참고하면， 실시예에 따른 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조 체는 평면의 그래핀 위에 돌기모양으로 뻗은 탄소나노류브가 다수 형성되었음을 확 인할수 있다. 도 4를 참고하면， 실시예에 따른 그래핀-탄소나노류브 나노구조체는 투명한 것올 확인할수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만본 발 명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
그래파이트， 촉매 금속 및 이온성 액체의 흔합물을 준비하는 단계， 그리고 상기 혼합물에 마이크로웨이브를조사하는 단계
를 포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법 .
【청구항 2】
제 1항에서，
상기 촉매 금속은 팔라듐 (Pd), 니켈 (Ni), 코발트 (Co), 철 (Fe) 또는 이들의 조합을 포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법 .
【청구항 3】
제 1항에서，
상기 흔합물을 준비하는 단계 전에 상기 촉매 금속을 분쇄하는 단계를 더 포 함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법 .
【청구항 4】
제 3항에서，
상기 분쇄된 촉매 금속은 약 lOnra내지 lOOnm의 입자크기를 가지는 그래핀- 탄소나노류브 나노 구조체의 제조 방법 .
【청구항 5】
제 1항에서，
상기 이은성 액체는 1-에틸— 3ᅳ메틸이미다졸륨 (l-ethyl-3-methylimidazonura, EMIM)계 이온성 액체 및 1-부틸—3ᅳ메틸이미다졸륨(14)^ 1-3-111^1¾^^(1320111迎， BMIM)계 이온성 액체 중 적어도 하나를 포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체 의 제조 방법 .
【청구항 6]
제 5항에서，
상기 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 (EMIM)계 이온성 액체는 1-에틸 -3-메틸이미다 졸륨 테트라플루오로보레이트(1ᅳ6;1 卜3ᅳ111^1^1^^(13201^1111 tetraf luoroborate) , 1-에틸— 3-메틸이미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 (l-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate), 1-에틸 -3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (l-ethyl-3- methylimidazolium chloride), 1—에틸 -3—메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 이트 (l_ethy卜 "3一 methyl imidazol ium trif luoroethane sulfonate) , 1一에틸一 3一메틸이 미다졸륨 비스 [(트리플루오로메틸)설포닐]이미드 (1-ethy卜 3-methylimidazolium bis[(trif luoromethyDsulfonyl] imide)^-포함하고， 상기 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 (BMIM)계 이은성 액체는 1—부틸 -3-메틸이미다 졸륨 테트라플루오로보레이트 (1-buty卜 3-methyn!niclazolium tetraf luoroborate) , 1-부틸— 3-메틸아미다졸륨 핵사플루오로포스페이트 (1-buty卜 3-methylimidazolium hexafluorophosphate), 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1-buty卜 3- methylimidazoliura chloride), 1-부틸 -3-메틸이미다졸륨 트리플루오로에탄 설포네 이트 (1— butyl—3— methylimidazol iuin trif luoroethane sulfonate) , 1一부틸一 3一메틸이 미다졸륨 비스 [(트리플루오로메틸)설포닐]이미드 (l-butyl-3-methylimidazolium bis[(trifluorotnethyl)sulfonyl]imide)를 포함하는 그래핀-탄소나노류브 나노 구조 체의 제조 방법 .
【청구항 7】
제 1항에서，
상기 그래파이트와상기 촉매 금속은 1:0.05 내지 1:1의 비을로 포함되어 있 는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법 .
【청구항 8】
제 1항에서，
상기 그래파이트와 상기 이은성 액체는 1:0.1 내지 1:1의 비율로 포함되어 있는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법 .
【청구항 9】
제 1항에서，
상기 그래파이트, 상기 촉매 금속 및 상기 이온성 액체는 1:0.2 :0.5의 비율 로 포함되어 있는 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체의 제조 방법.
【청구항 10】
제 1항에서，
상기 흔합물을 준비하는 단계는
상기 촉매 금속과상기 이온성 액체를흔합하는 단계， 그리고
상기 그래파이트를 첨가하는 단계
를포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법.
【청구항 11】
제 10항에서,
상기 촉매 금속과 상기 이온성 액체를 흔합하는 단계 및 상기 그래파이트를 첨가하는 단계 중 적어도 하나의 단계 후에 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는 그래핀-탄소나노튜브 나노구조체의 제조 방법. .
【청구항 12】 제 1항에서，
상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계에서
상기 그래파이트는 부피 팽창하여 그래핀올 형성하고
상기 촉매 금속이 위치한 부분에서 탄소나노류브가 성장하는
그래핀-탄소나노류브 나노 구조체의 제조 방법 .
【청구항 13】
제 1항에서，
상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계는 상기 마이크로웨이브를 100 내지 2000W의 세기로 조사하는 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법 .
【청구항 14】
제 13항에서，
상기 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계는 상기 마이크로웨이브를 1 내지 1000초 동안 조사하는 그래핀-탄소나노튜브 나노 구조체의 제조 방법 .
【청구항 15】
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 그래핀-탄소나노 튜브 나노 구조체ᅳ
【청구항 16】
제 15항에서 ,
상기 그래핀-탄소나노튜브 나노 .구조체는 평면의 그래핀 위에 선형의 탄소나노튜브 가 성장되어 있는 형 태인 그래핀-탄소나노류브 나노 구조체 .
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