KR101286175B1 - Transparent graphene sheet and method of producing the same - Google Patents

Transparent graphene sheet and method of producing the same Download PDF

Info

Publication number
KR101286175B1
KR101286175B1 KR1020110076664A KR20110076664A KR101286175B1 KR 101286175 B1 KR101286175 B1 KR 101286175B1 KR 1020110076664 A KR1020110076664 A KR 1020110076664A KR 20110076664 A KR20110076664 A KR 20110076664A KR 101286175 B1 KR101286175 B1 KR 101286175B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent substrate
graphene
deposited
transparent
metal particles
Prior art date
Application number
KR1020110076664A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130014919A (en
Inventor
유지범
김상우
신동욱
조성민
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020110076664A priority Critical patent/KR101286175B1/en
Publication of KR20130014919A publication Critical patent/KR20130014919A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101286175B1 publication Critical patent/KR101286175B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/02—Single layer graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/22—Electronic properties

Abstract

본 발명 투명기판상에 촉매금속입자를 증착하는 단계, 및 상기 금속촉매입자가 증착된 투명기판상에 탄소 공급원을 노출시켜 그라핀을 성장시키는 단계를 포함하는 투명 그라핀 시트의 제조방법 및 제조된 투명 그라핀 시트를 제공한다.There is provided a method of manufacturing a transparent graphene sheet comprising the steps of: depositing catalytic metal particles on a transparent substrate of the present invention; and exposing a carbon source on the transparent substrate on which the metal catalyst particles have been deposited to grow graphene A transparent graphene sheet is provided.

Description

투명 그라핀 시트 및 그 제조방법{TRANSPARENT GRAPHENE SHEET AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}TRANSPARENT GRAPHENE SHEET AND METHOD OF PRODUCING THE SAME [0001]

본 발명은 그라핀 시트에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 투명기판상에 금속촉매입자가 부분적으로 증착되고 그 위에 그라핀층이 형성되어 투명도가 뛰어난 그라핀 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene sheet, and more particularly, to a graphene sheet having excellent transparency by partially depositing metal catalyst particles on a transparent substrate and forming a graphene layer thereon.

그라핀(Graphene)은 탄소 화합물로, 육각 구조의 그라파이트면이 한 층 또는 수 층으로 이루어진 것을 의미한다. 그라핀은 기존의 다른 탄소 화합물인 탄소나노튜브, 그라파이트 등과 매우 다른 유용한 특징으로 가지고 있다.Graphene is a carbon compound, which means that the hexagonal graphite surface is composed of one layer or several layers. Graphene has very different useful properties from other carbon compounds such as carbon nanotubes and graphite.

그라핀 내에서는 전자가 광속으로 이동할 수 있고, 전자와 정공에 대해 비정상적 반-정수 양자홀 효과(unusal half-integer quantum hall effect)를 가진다는 장점이 있어 최근에는 그라핀에 대한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.In graphene, electrons can move to a light flux and have an unusual half-integer quantum Hall effect on electrons and holes. Recently, many researches and developments on graphene .

이러한 그라핀의 제조방법에는 금속 촉매층 위에 그라핀을 직접 성장시킨 뒤 금속 표면으로부터 박리하거나, 기판에 금속 촉매층을 형성하고 그 위에 그라핀층을 형성하는 방법이 소개되고 있다(한국 공개특허 제2009-0103985호 등). In this method of producing graphene, graphene is directly grown on the metal catalyst layer and then peeled off from the metal surface, or a metal catalyst layer is formed on the substrate and a graphene layer is formed thereon (Korean Patent Publication No. 2009-0103985 Etc.).

이때, 제조된 그라핀을 투명전극으로 사용하는 경우 금속 촉매층에 의해 투명도가 현저하게 떨어지므로 반드시 금속 촉매층을 제거하여야 하는 문제가 있다. 그러나 그라핀을 금속층으로부터 박리하는 과정에서 그라핀의 품질이 저하되며, 금속 촉매층을 에칭하는 방법은 금속 촉매층을 제거하는데 상당한 시간이 소요되는 점에서 대량 생산이 불가능한 문제가 있다.In this case, when the prepared graphene is used as a transparent electrode, the transparency is significantly reduced by the metal catalyst layer, so that the metal catalyst layer must be removed. However, the quality of the graphene is deteriorated in the process of peeling the graphene from the metal layer, and the method of etching the metal catalyst layer takes a considerable time to remove the metal catalyst layer, and thus mass production is impossible.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 금속촉매입자가 증착된 상태에서도 투명도가 유지되어 별도로 금속촉매를 제거하지 않아도 투명 전극으로 사용가능한 투명 그라핀 시트 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides a transparent graphene sheet which can be used as a transparent electrode even if metal catalyst particles are not deposited and the transparency is maintained even when the metal catalyst particles are deposited.

본 발명의 일 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법은, 투명기판상에 촉매금속입자를 증착하는 단계; 및 상기 금속촉매입자가 증착된 투명기판상에 탄소 공급원을 노출시켜 그라핀을 성장시키는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a transparent graphene sheet, comprising: depositing catalytic metal particles on a transparent substrate; And exposing the carbon source onto the transparent substrate on which the metal catalyst particles are deposited to grow graphene.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법은, 촉매금속입자는 상기 투명기판상에 부분적으로 증착된다.In a method of manufacturing a transparent graphene sheet according to another aspect of the present invention, catalyst metal particles are partially deposited on the transparent substrate.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법에서, 촉매금속입자를 증착하는 단계는, 상기 투명기판이 가열된 상태에서 상기 촉매금속입자가 증착된다.In the method of manufacturing a transparent graphene sheet according to still another aspect of the present invention, the step of depositing the catalytic metal particles is such that the catalytic metal particles are deposited while the transparent substrate is heated.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법에서, 촉매금속입자를 증착하는 단계는, 상기 투명기판과 촉매금속막을 챔버 내에 배치하고, 상기 챔버 내의 온도를 제1온도로 가열하여 상기 촉매금속막에서 증발된 촉매금속입자가 상기 투명기판에 부분적으로 증착된다.In the method of manufacturing a transparent graphene sheet according to another aspect of the present invention, the step of depositing the catalytic metal particles includes the steps of disposing the transparent substrate and the catalytic metal film in a chamber, heating the temperature in the chamber to a first temperature, Catalyst metal particles vaporized in the catalytic metal film are partially deposited on the transparent substrate.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법에서, 촉매금속입자를 증착하는 단계는, 상기 투명기판을 챔버 내에 배치하고 제1온도에서 금속촉매가스에 노출시켜 상기 금속촉매가스가 상기 투명기판에 부분적으로 증착된다.In the method of manufacturing a transparent graphene sheet according to another aspect of the present invention, the step of depositing the catalytic metal particles comprises the steps of disposing the transparent substrate in a chamber and exposing the transparent substrate to a metal catalyst gas at a first temperature, And partially deposited on a transparent substrate.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법에서, 제1온도는 700℃ 내지 1200℃이다.In the method for producing a transparent graphene sheet according to another aspect of the present invention, the first temperature is 700 to 1200 占 폚.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 투명 그라핀 시트의 제조방법은, 그라핀을 성장시키는 단계 이후에, 상기 그라핀이 성장된 투명기판을 냉각하는 단계를 더 포함한다. The method of manufacturing a transparent graphene sheet according to another aspect of the present invention further includes cooling the transparent substrate on which the graphen is grown after the step of growing the graphene.

또한, 본 발명의 일 특징에 따른 투명 그라핀 시트는 550nm 파장대에서 투명도가 70%이상이다.In addition, the transparent graphene sheet according to one aspect of the present invention has a transparency of 70% or more at a wavelength of 550 nm.

본 발명에 따르면, 금속촉매입자가 부분적으로 증착된 투명기판상에 그라핀을 성장되어도 투명도가 유지되므로, 별도로 금속촉매입자를 제거하지 않아도 투명전극으로 사용 가능하다. 또한, 투명기판상에 의해 소정의 강도를 갖는 장점이 있다.According to the present invention, transparency is maintained even when graphene is grown on a transparent substrate on which a metal catalyst particle is partially deposited, so that it can be used as a transparent electrode without removing metal catalyst particles separately. Further, there is an advantage in that the transparent substrate has a predetermined strength.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 그라핀 시트 제조장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명기판상에 금속촉매입자가 부분적으로 증착된 상태를 보여주는 개념도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명기판상에 그라핀층이 부분적으로 형성된 상태를 보여주는 개념도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명기판상에 그라핀층이 전체적으로 형성된 상태를 보여주는 개념도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 그라핀 시트의 전면 SEM 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착된 영역을 찍은 SEM 사진이고,
도 7은 도 6의 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착된 영역을 측정한 EDS 분석표이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착되지 않은 영역을 찍은 SEM 사진이고,
도 9는 도 8의 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착되지 않은 영역을 측정한 EDS 분석표이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 투명 그라핀 시트가 형성되는 단계마다 투명도를 측정한 그래프이다.1 is a schematic view of an apparatus for producing a transparent graphene sheet according to an embodiment of the present invention,
2 is a conceptual view showing a state in which metal catalyst particles are partially deposited on a transparent substrate according to an embodiment of the present invention,
3 is a conceptual view showing a state in which a graphene layer is partially formed on a transparent substrate according to an embodiment of the present invention,
4 is a conceptual view showing a state in which a graphene layer is formed entirely on a transparent substrate according to an embodiment of the present invention,
5 is a front SEM photograph of a transparent graphene sheet produced according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a SEM photograph showing a region where a metal catalyst is deposited in a transparent graphene sheet manufactured according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is an EDS analysis table for measuring a region where the metal catalyst is deposited in the graphene sheet of FIG. 6,
FIG. 8 is a SEM photograph of a region of a transparent graphene sheet manufactured according to an embodiment of the present invention in which a metal catalyst is not deposited,
FIG. 9 is an EDS analysis table of the area of the graphene sheet of FIG. 8 where the metal catalyst is not deposited,
10 is a graph showing transparency measured at each step of forming a transparent graphene sheet according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서 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. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 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. In the present invention, the terms "comprising" or "having ", and the like, specify that the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다. It is to be understood that the drawings are to be construed as illustrative and not restrictive.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

본 발명의 실시예에 따른 투명 그라핀 시트 제조방법은 투명기판(100)상에 촉매금속입자를 증착하는 단계, 및 상기 금속촉매입자(210)가 증착된 투명기판(100)상에 탄소 공급원을 노출시켜 그라핀을 성장시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a transparent graphene sheet according to an embodiment of the present invention includes depositing catalytic metal particles on a transparent substrate 100 and depositing a carbon source on the transparent substrate 100 on which the metal catalyst particles 210 are deposited And growing the graphene by exposure.

도 1과 도 2를 참조할 때, 먼저 투명기판(100)상에 촉매금속입자를 증착하는 단계는 챔버(10) 내부를 진공상태로 유지한 후, 투명기판(100)과 촉매금속막(200)을 챔버 내에 이격 배치한다.1 and 2, the step of depositing the catalytic metal particles on the transparent substrate 100 may be performed by maintaining the inside of the chamber 10 in a vacuum state, and then the transparent substrate 100 and the catalytic metal film 200 ) In the chamber.

투명기판(100)은 종류에는 제한이 없으며, 실리콘 기판, 사파이어 기판 등이 다양하게 선택될 수 있다. 투명기판(100)의 두께에는 제한이 없으나 투명도가 70%이상이 유지되는 두께를 갖는 것이 좋다. 투명기판(100)은 복수 개가 챔버 내에 삽입될 수도 있다.The type of the transparent substrate 100 is not limited, and a silicon substrate, a sapphire substrate, or the like can be selected in various ways. Although the thickness of the transparent substrate 100 is not limited, it is preferable that the transparent substrate 100 has a thickness such that the transparency is maintained at 70% or more. A plurality of transparent substrates 100 may be inserted into the chamber.

촉매 금속막(200)은 투명기판(100)에 촉매금속입자를 증착시킬 수 있는 공급원으로서, 촉매금속막(200)에서 증발된 촉매금속입자(210)가 증발되어 투명기판(100)에 증착될 수 있도록 소정의 간격으로 이격되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The catalytic metal film 200 is a supply source capable of depositing catalytic metal particles on the transparent substrate 100. The catalyst metal particles 210 evaporated in the catalytic metal film 200 are evaporated and deposited on the transparent substrate 100 But the present invention is not limited thereto.

촉매금속막(200)은 이후 단계에서 제공되는 탄소 공급원과 접촉함으로써 탄소공급원으로부터 제공된 탄소성분이 서로 결합하여 6각형의 판상 구조의 그라핀을 형성하도록 촉진할 수 있는 금속으로 구성되며, 구체적으로는 Cu, Ni, Fe, W, U, Pt, Au, Mg, Al Co Pd Ir Ru등으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.The catalytic metal film 200 is composed of a metal capable of promoting the formation of a hexagonal plate-like structure of graphene by bonding carbon components provided from a carbon source by contacting with a carbon source provided in a subsequent step, Cu, Ni, Fe, W, U, Pt, Au, Mg, Al 2 Pd 2 Ir 3 Ru and the like.

챔버(10) 내의 온도를 약 1000℃까지 올리고 소정 기간 동안 온도를 유지하면, 촉매금속막(200)의 촉매금속입자(210)가 증발하여 일부는 투명기판(100)에 증착된다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 촉매금속입자(210)는 투명기판(100)상의 전면을 모두 커버하지 않도록 조절된다. 더욱 구체적으로 본 발명에서 촉매금속입자(210)는 투명기판(100)상에 아일랜드 형상으로 부분적으로 존재할 수 있다. When the temperature in the chamber 10 is raised to about 1000 캜 and the temperature is maintained for a predetermined period, the catalytic metal particles 210 of the catalytic metal film 200 are evaporated and a part thereof is deposited on the transparent substrate 100. However, the catalyst metal particles 210 according to the embodiment of the present invention are adjusted so as not to cover the entire surface of the transparent substrate 100. More specifically, in the present invention, the catalytic metal particles 210 may partially exist in an island shape on the transparent substrate 100.

종래의 그라핀의 촉매금속층은 기판(100)의 전체면에 박막 또는 후막으로 형성되므로 투명도가 현저히 감소하여 투명전극으로 사용할 수 없어 그라핀만을 박리하는 별도의 과정이 반드시 필요하나, 본 발명의 제조방법에 따르면 촉매금속입자(210)가 기판(100)상에 아일랜드 형상으로 부분적으로 증착되므로 금속촉매입자(210)가 증착되지 않은 투명기판(100) 부분은 투명도가 감소하지 않고 금속촉매입자(210)가 증착된 부분 역시 매우 적은 양의 금속촉매입자(210)가 증착되므로 전체적으로는 기판(100)의 투명도가 거의 그대로 유지될 수 있다.Since the conventional catalytic metal layer of graphene is formed as a thin film or a thick film on the entire surface of the substrate 100, the transparency is remarkably reduced and can not be used as a transparent electrode. Thus, a separate process of peeling only graphene is indispensable. The catalytic metal particles 210 are partly deposited on the substrate 100 in an island shape so that the portion of the transparent substrate 100 on which the metal catalyst particles 210 are not deposited is not reduced in transparency, Is also deposited on the substrate 100 so that the transparency of the substrate 100 can be substantially maintained as it is.

챔버(10) 내에는 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스와 수소 가스를 주입할 수 있고, 수소 가스에 의해 촉매금속막(200)표면의 산화층이 충분히 환원될 수 있다.An inert gas such as argon or helium and hydrogen gas can be injected into the chamber 10, and the oxidized layer on the surface of the catalytic metal film 200 can be sufficiently reduced by the hydrogen gas.

이때, 투명기판(100)은 챔버 내의 가열 영역에 위치하고, 기판(100)의 온도를 약 700℃ 내지 1200℃로 유지한다. 따라서, 기판(100)의 온도가 상대적으로 높아 증발된 촉매금속입자가 충분히 증착되지 못하고 일부만이 아일랜드 형상으로 증착된다.At this time, the transparent substrate 100 is located in the heating region in the chamber, and the temperature of the substrate 100 is maintained at about 700 ° C to 1200 ° C. Therefore, the temperature of the substrate 100 is relatively high, so that the evaporated catalyst metal particles are not sufficiently deposited, and only a part of the evaporated catalyst metal particles are deposited in an island shape.

그러나, 투명기판상에 촉매금속입자를 증착하는 단계는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 투명기판상에 부분적으로 촉매금속입자를 증착할 수 있는 다양한 방법으로 수행될 수 있다.However, the step of depositing the catalytic metal particles on the transparent substrate is not necessarily limited to this, and may be carried out in various ways in which the catalytic metal particles can be partially deposited on the transparent substrate.

예를 들면, 별도의 촉매금속가스를 챔버에 소정의 농도로 주입할 수도 있고, 스퍼터, E-beam, Thermal evaporator, MOCVD 등에 의해 부분적으로 촉매금속입자를 증착할 수도 있는 것이다. 촉매금속 precursor 용액을 spinning 코팅하여 증착할 수도 있다.For example, a separate catalytic metal gas may be injected into the chamber at a predetermined concentration, or catalytic metal particles may be partially deposited by sputtering, E-beam, thermal evaporator, MOCVD, or the like. The catalyst metal precursor solution may be deposited by spin coating.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명기판(100)상에 그라핀층(300)이 부분적으로 형성된 상태를 보여주는 개념도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명기판(100)상에 그라핀층(300)이 전체적으로 형성된 상태를 보여주는 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual view showing a state in which a graphene layer 300 is partially formed on a transparent substrate 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross- And the pinned layer 300 is formed as a whole.

금속촉매입자(210)가 증착된 투명기판(100)상에 탄소 공급원을 노출시켜 그라핀을 성장시키는 단계는, 챔버(10) 내에 탄소 공급원을 더 주입하여 그라핀을 성장시키는 단계이다.The step of growing the graphene by exposing the carbon source on the transparent substrate 100 on which the metal catalyst particles 210 have been deposited is further a step of growing the graphene by further injecting a carbon source into the chamber 10.

탄소 공급원은 카본을 함유하는 화합물이면 모두 적용가능하며, 그 예로는 일산화탄소, 에탄, 메탄, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 헥산, 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.The carbon source may be any compound containing carbon, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of carbon monoxide, ethane, methane, ethylene, propylene, butadiene, hexane, and toluene.

이때, 탄소공급원은 챔버(10) 내에 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 챔버 내에는 아르곤, 수소와 같은 가스가 함께 존재할 수 있다.At this time, the carbon source is preferably introduced into the chamber 10 at a constant pressure, and a gas such as argon or hydrogen may be present in the chamber.

구체적으로 그라핀이 성장하는 과정을 살펴보면, 도 3과 같이 탄소공급원은 우선적으로 금속입자 표면에서만 그라핀층(300)이 형성되나, 그라핀의 성장이 계속되면서 도 4와 같이 이웃한 그라핀이 서로 연결되면서 최종적으로는 투명기판상에 전체적으로 그라핀층(300)을 형성하게 된다.3, the carbon source is preferentially formed only on the surface of the metal particles, but as the growth of graphene continues, the neighboring graphenes, as shown in FIG. 4, And finally the graphene layer 300 is formed on the transparent substrate as a whole.

이때, 그라핀은 다층막으로 형성될 수 있으나, 금속촉매입자(210)가 투명기판(100)에 증착된 밀도를 높이는 경우 단일막으로도 형성될 수 있다.At this time, the graphene may be formed as a multilayer film, but may be formed as a single film when the density of the metal catalyst particles 210 deposited on the transparent substrate 100 is increased.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described. The following examples are provided to further illustrate the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1][Example 1]

퀄츠 홀더 위에 앞에는 구리 호일을 올리고 그 옆에는 사파이어 기판을 위치한다. 그리고 퀄츠 홀더를 CVD 챔버의 히팅존에 위치시키고 아르곤 및 수소 분위기에서 챔버 내의 온도를 20분 동안 1000℃까지 증가시킨 후, 30분 동안 1000℃에서 온도를 유지시킨다.Place the copper foil on the front of the QUALTZ holder and place the sapphire substrate next to it. The quartz holder is then placed in the heating zone of the CVD chamber and the temperature in the chamber is raised to 1000 DEG C for 20 minutes in an argon and hydrogen atmosphere and then maintained at 1000 DEG C for 30 minutes.

이후, 20분 동안 1000℃에서 아르곤, 수소 및 아세틸렌 혼합가스 분위기를 유지한다. 이후, 그라핀 성장이 끝난 뒤, 1000℃에서 500℃까지는 아르곤, 수소, 아세틸렌 분위기에서 온도를 떨어뜨린 후 500℃에서 60℃까지는 아르곤 분위기에서만 쿨링한 후 퀄츠를 CVD 챔버에서 꺼내어 투명 그라핀 시트를 제조하였다.Thereafter, an argon, hydrogen and acetylene mixed gas atmosphere is maintained at 1000 ° C for 20 minutes. After the growth of the graphene, the temperature is lowered in the atmosphere of argon, hydrogen, and acetylene from 1000 ° C. to 500 ° C., then cooled only in the argon atmosphere from 500 ° C. to 60 ° C., and the quartz is taken out from the CVD chamber to form a transparent graphene sheet .

제조된 투명 그라핀 시트 상부면의 일부를 SEM으로 찍어 도 5에 도시하였고, 이중 금속촉매가 증착된 영역을 확대하여 찍은 SEM을 도 6에 도시하고 도 6의 금속촉매가 증착된 부분을 EDS(energy dispersive spectroscopy) 장비로 분석하여 분석표를 도 7에 도시하였다.The SEM image of a part of the upper surface of the manufactured transparent graphene sheet is shown in FIG. 5, and an enlarged SEM image of the region where the double metal catalyst is deposited is shown in FIG. 6, and a portion where the metal catalyst is deposited in FIG. energy dispersive spectroscopy equipment, and an analysis table thereof is shown in FIG.

도 5와 도 6을 참조할 때, 금속촉매입자가 기판상에 부분적으로 증착되어 있는 것을 확인할 수 있다. 실제 금속촉매입자의 상부에는 그라핀층이 형성되어 있으나 투명하여 상대적으로 금속촉매입자가 유효하게 관찰되었다.Referring to FIGS. 5 and 6, it is confirmed that the metal catalyst particles are partially deposited on the substrate. Although a graphene layer is formed on the upper portion of the actual metal catalyst particles, the metal catalyst particles are transparent and thus the metal catalyst particles are effectively observed.

도 7을 참조할 때, 금속촉매입자가 형성된 부분에서 Cu, C, O, Al에 해당하는 파장값이 검출되었으며, 특히 Cu에 해당하는 파장값의 피크가 높은 것으로 확인되었다. 따라서 금속촉매입자가 유효하게 증착되었음을 알 수 있으며, Al과 O에 해당하는 피크값은 사파이어 기판에 의한 것으로 판단되며, C에 해당하는 파장값은 그라핀층에 의해 관찰된 것으로 판단된다.Referring to FIG. 7, wavelengths corresponding to Cu, C, O and Al were detected at the portion where the metal catalyst particles were formed, and it was confirmed that the peak of the wavelength value corresponding to Cu was high. Therefore, it can be seen that the metal catalyst particles are effectively deposited, and the peak value corresponding to Al and O is determined by the sapphire substrate, and the wavelength corresponding to C is judged to be observed by the graphene layer.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착되지 않은 영역을 찍은 SEM 사진이고, 도 9는 도 8의 그라핀 시트 중 금속촉매가 증착되지 않은 영역을 측정한 EDS 분석표이다.FIG. 8 is a SEM photograph of a region of the transparent graphene sheet manufactured according to the embodiment of the present invention in which the metal catalyst is not deposited, FIG. 9 is a graph showing the area of the graphene sheet of FIG. EDS analysis table.

도 9를 참조할 때, 금속촉매입자의 Cu에 해당하는 파장값은 검출되지 않았음을 알 수 있고, 이러한 결과를 토대로 금속촉매입자가 투명기판상에 부분적으로 형성되었음을 확인할 수 있다. 또한, C에 해장하는 파장값이 검출된 것으로 볼 때 금속촉매입자가 없는 영역에서도 그라핀이 유효하게 형성되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the wavelength value corresponding to Cu of the metal catalyst particles is not detected, and it can be confirmed that the metal catalyst particles are partially formed on the transparent substrate based on the results. In addition, it can be seen that graphene was effectively formed even in the region where there is no metal catalyst particle when the wavelength value recovered in C is detected.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 투명 그라핀 시트가 형성되는 단계마다 투명도를 측정한 그래프이다.10 is a graph showing transparency measured at each step of forming a transparent graphene sheet according to an embodiment of the present invention.

도 10을 살펴볼 때, 온도를 1000℃까지 올린 단계(Section 1)의 투명도는 85.2%이고, 금속촉매입자가 증착된 단계(Section 2)에서는 투명도가 85.1%이고, 그라핀층이 성장된 단계(Section 3)에서는 투명도가 73.2%인 것을 알 수 있다.10, the transparency in the step of increasing the temperature up to 1000 ° C (Section 1) is 85.2%, the transparency is 85.1% in the step of depositing the metal catalyst particles (Section 2), the step of growing the graphene layer 3), the transparency is 73.2%.

여기서, 금속촉매입자가 증착된 단계(Section 2)에서 투명도가 85.1%인 바, 금속촉매층이 부분적으로 증착 형성되어 사파이어 기판의 투명도(85.2%)가 거의 그대로 유지되는 것을 알 수 있고, 그라핀이 성장되어도 투명도가 73.2%이상이 유지되는바, 투명전극으로서의 우수한 투명도를 유지할 수 있음을 알 수 있다.
Here, the transparency is 85.1% in the step of depositing the metal catalyst particles (Section 2). It can be seen that the transparency (85.2%) of the sapphire substrate is almost maintained as the metal catalyst layer is partially deposited and the graphene Even when grown, the transparency is maintained at 73.2% or more, which means that excellent transparency can be maintained as a transparent electrode.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 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.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, It belongs to the scope of right.

100: 투명기판 200: 촉매금속판
210: 촉매금속입자 300: 그라핀층100: transparent substrate 200: catalyst metal plate
210: catalytic metal particle 300: graphene layer

Claims (12)

투명기판상에 촉매금속입자를 증착하는 단계; 및
상기 촉매금속입자가 증착된 투명기판상에 탄소 공급원을 노출시켜 그라핀을 성장시키는 단계;를 포함하되,
상기 촉매금속입자는 상기 투명기판상에 부분적으로 증착되는 투명 그라핀 시트 제조방법.Depositing catalytic metal particles on a transparent substrate; And
Exposing a carbon source onto the transparent substrate on which the catalyst metal particles are deposited to grow graphene,
Wherein the catalytic metal particles are partially deposited on the transparent substrate. 삭제delete 제1항에 있어서, 촉매금속입자를 증착하는 단계는,
상기 투명기판이 가열된 상태에서 상기 촉매금속입자가 증착되는 투명 그라핀 시트 제조방법.2. The method of claim 1, wherein depositing the catalytic metal particles comprises:
Wherein the catalyst metal particles are deposited while the transparent substrate is heated. 제1항에 있어서, 상기 촉매금속입자를 증착하는 단계는,
상기 투명기판과 촉매금속막을 챔버 내에 배치하고, 상기 챔버 내의 온도를 제1온도로 가열하여 상기 촉매금속막에서 증발된 촉매금속입자가 상기 투명기판에 부분적으로 증착되는 투명 그라핀 시트 제조방법.2. The method of claim 1, wherein depositing the catalytic metal particles comprises:
Wherein the transparent substrate and the catalyst metal film are placed in a chamber and the temperature in the chamber is heated to a first temperature so that catalyst metal particles evaporated in the catalyst metal film are partially deposited on the transparent substrate. 제1항에 있어서, 상기 촉매금속입자를 증착하는 단계는,
상기 투명기판을 챔버 내에 배치하고 제1온도에서 금속촉매가스에 노출시켜 상기 금속촉매가스가 상기 투명기판에 부분적으로 증착되는 투명 그라핀 시트 제조방법.2. The method of claim 1, wherein depositing the catalytic metal particles comprises:
Wherein the transparent substrate is disposed in a chamber and exposed to a metal catalyst gas at a first temperature so that the metal catalyst gas is partially deposited on the transparent substrate. 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1온도는 700℃ 내지 1200℃인 투명 그라핀 시트 제조방법.The method according to claim 4 or 5,
Wherein the first temperature is 700 ° C to 1200 ° C. 제1항에 있어서,
상기 투명기판은 사파이어(sapphire), 석영(quartz), 유리(Glass), 산화마그네슘(MgO) 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 투명 그라핀 시트 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the transparent substrate is at least one selected from the group consisting of sapphire, quartz, glass, magnesium oxide, and the like. 제1항에 있어서,
상기 촉매금속입자는 Cu, Ni, Co, Fe, Al, Ti등으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 투명 그라핀 시트 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the catalyst metal particles are at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Co, Fe, Al, and Ti. 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 챔버 내에는 수소 또는 아르곤 가스 분위기가 형성된 투명 그라핀 시트 제조방법.The method according to claim 4 or 5,
Wherein a hydrogen or argon gas atmosphere is formed in the chamber. 제1항에 있어서,
상기 탄소공급원은 아세틸렌, 에틸렌, 및 메탄 중 적어도 하나 이상을 포함하는 투명 그라핀 시트 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the carbon source comprises at least one of acetylene, ethylene, and methane. 제1항에 있어서, 상기 그라핀을 성장시키는 단계 이후에,
상기 그라핀이 성장된 투명기판을 냉각하는 단계를 더 포함하는 투명 그라핀 시트 제조방법.2. The method of claim 1, wherein after growing the graphene,
And cooling the transparent substrate on which the graphenes are grown. 삭제delete
KR1020110076664A 2011-08-01 2011-08-01 Transparent graphene sheet and method of producing the same KR101286175B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110076664A KR101286175B1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 Transparent graphene sheet and method of producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110076664A KR101286175B1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 Transparent graphene sheet and method of producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130014919A KR20130014919A (en) 2013-02-12
KR101286175B1 true KR101286175B1 (en) 2013-07-23

Family

ID=47894846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110076664A KR101286175B1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 Transparent graphene sheet and method of producing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101286175B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102558253B1 (en) * 2016-08-29 2023-07-24 한국재료연구원 Substrate comprising double layer thin metal film and method for fabricating the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110041965A (en) * 2009-10-16 2011-04-22 성균관대학교산학협력단 Graphene transparent electode and flexible silicon thin film semiconductor device having the same
KR20110051584A (en) * 2009-11-10 2011-05-18 삼성전자주식회사 Method of fabricating graphene using alloy catalyst

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110041965A (en) * 2009-10-16 2011-04-22 성균관대학교산학협력단 Graphene transparent electode and flexible silicon thin film semiconductor device having the same
KR20110051584A (en) * 2009-11-10 2011-05-18 삼성전자주식회사 Method of fabricating graphene using alloy catalyst

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130014919A (en) 2013-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106256762B (en) The preparation method of multi-layer graphene
JP5885198B2 (en) Method for producing graphene thin film and graphene thin film
KR100923304B1 (en) Graphene sheet and process for preparing the same
KR101622306B1 (en) Graphene sheet, substrate comprising graphene sheet and process for preparing these materials
Wei et al. Critical crystal growth of graphene on dielectric substrates at low temperature for electronic devices.
US8871302B2 (en) Chemical vapor deposition of graphene on dielectrics
JP5569769B2 (en) Graphene film manufacturing method
KR102360025B1 (en) Method for forming amorphous carbon monolayer and electronic device having the amorphous carbon monolayer
US8932673B2 (en) Methods of fabricating large-area graphene
US11124870B2 (en) Transfer-free method for producing graphene thin film
WO2011025045A1 (en) Graphene film and method for producing same
TWI458678B (en) Method of preparing graphene layers
KR20160092344A (en) The methods for liquid precursor based synthesis and transfer of high quality graphene based on continuous roll to roll process and the device therefor
Schweiger et al. Controlling the diameter of aligned single-walled carbon nanotubes on quartz via catalyst reduction time
Takami et al. Catalyst-free growth of networked nanographite on Si and SiO2 substrates by photoemission-assisted plasma-enhanced chemical vapor deposition
KR101286175B1 (en) Transparent graphene sheet and method of producing the same
TWI656091B (en) Method for fabricating carbon nanotube array
JP2007504086A5 (en)
TWI636009B (en) An apparatus for fabrication of carbon nanotube array
CN114171370A (en) Method for preparing graphene in relatively closed area by solid phase method
KR20150097431A (en) Preparing method of graphene by using near-infrared and apparatus therefor
JP2007254167A (en) Method for production of carbon nanotube
TWI494268B (en) Method of manufacturing aligned carbon nanotubes
KR101982616B1 (en) Methods of manufacturing graphene thin film
JP2022185893A (en) Method for producing multilayered graphene

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160607

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee