KR101565484B1 - Method for fabricating graphite oxide and method for manufacturing graphene nano seat using the graphite oxide - Google Patents
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Abstract
그라파이트 산화물 제조방법 및 이를 이용한 그래핀 나노시트 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 그라파이트 산화물을 합성함에 있어서 종래의 화학적 박리법 보다 고품질의 그라파이트 산화물을 얻어낼 수 있고, 이러한 고품질의 그라파이트 산화물을 이용하여 제조된 그래핀 나노시트는 주름이 펴지게 되고, 그래핀의 말단 부분은 탄소나노튜브 모양으로 형성되므로, 높은 전도성 특성을 갖게 된다.A method for producing graphite oxide and a method for producing graphene nanosheet using the same are provided. According to the present invention, it is possible to obtain a graphite oxide of higher quality than that of the conventional chemical peeling method in the synthesis of the graphite oxide, and the graphene nanosheet produced using such a high-quality graphite oxide becomes wrinkled, Since the terminal portion is formed in the shape of carbon nanotubes, it has high conductivity characteristics.
Description
본 발명은 그라파이트 산화물 합성방법 및 상기 방법에 의해 합성된 그라파이트를 이용하여 그래핀 나노시트를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 합성법으로부터 고품질의 그라파이트 산화물 합성방법 및 고품질의 그래핀 나노시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for synthesizing graphite oxide and a method for producing graphene nanosheet using the graphite synthesized by the method. More particularly, the present invention relates to a method for synthesizing high quality graphite oxide and a method for synthesizing high quality graphene nanosheet And a method for producing the same.
차세대 전도성 물질인 그래핀(Graphene)은 판상구조를 갖는 음극활물질인 그라파이트(Graphite)를 산화시켜 그라파이트 산화물을 만들고, 판상 다층 구조의 그라파이트 산화물을 여러 층으로 분리하여 단층 및 수층으로 환원시켜 만들어진다. Graphene, a next-generation conductive material, is produced by oxidizing graphite, which is a negative electrode active material having a plate-like structure, to produce graphite oxide, and separating the graphite oxide of the plate-like multilayer structure into several layers and reducing them into a single layer and an aqueous layer.
2차원 시트 구조의 그래핀은 전기 전도성 및 열전도성이 뛰어나며, 기계적 강도가 우수하고 탄성이 높다. 또한, 단층의 그래핀은 투명도가 높다는 장점이 있다. 이와 같은 그래핀은 차세대 전도성 물질 및 IT 기반 소재, 바이오 소재로 각광받고 있으며 현재 다양한 분야에서 연구 중이다. The graphene of the two-dimensional sheet structure has excellent electrical conductivity and thermal conductivity, excellent mechanical strength and high elasticity. Further, the single-layer graphene has an advantage of high transparency. Such graphene is attracting attention as a next-generation conductive material, IT-based material, and biomaterial, and is currently being studied in various fields.
실제로 그래핀은 대량생산, 산화환원을 이용한 성질 변화, 응용기술 개발 여부에 따라 초고속 반도체, 투명전극, 나노 구조체, 태양전지, 대용량 축전지 등 각종 첨단 분야에서 성능개선, 기술 상용화 등에 이용 가능하다. 현재 그래핀 투명전극 제조를 비롯해, 그래핀을 유기박막 트랜지스터(Organic Thin-Film Transistors) 전극으로 활용할 수 있는 기술, 그래핀을 이용한 나노고체 윤활막과 비휘발성 메모리 소자가 개발됐다. 또한, 대용량 축전지 제조, 플래시 메모리 소자 성능과 신뢰도 향상, 유기태양전지의 성능과 수명을 두 배 이상 향상시키는 기술 등이 모두 그래핀 기반 신기술이다.Actually, graphene can be used for improvement of performance and commercialization of technology in various advanced fields such as high-speed semiconductor, transparent electrode, nanostructure, solar cell, and large-capacity battery depending on mass production, property change using redox and application technology development. Currently, nano-solid lubricant films and nonvolatile memory devices using graphene, a technology capable of utilizing graphene as an organic thin-film transistor electrode, have been developed. In addition, all of these technologies are graphene-based new technologies, such as the manufacture of large-capacity batteries, improvement of flash memory device performance and reliability, and improvement of the performance and lifetime of organic solar cells.
기존의 그래핀 나노 시트의 제조 방법은 스카치테입 박리법, 화학적 박리법, 화학 기상증착법 (Chemical Vapor Deposition)을 이용한 방법이 있다. 일반적으로 화학 기상증착법이 고품질의 그래핀을 합성하는 방법이고, 화학적 박리법으로는 고품질의 그래핀을 합성하지 못한다고 알려져 있다. A conventional method of producing a graphene nanosheet is a method using a Scotch tape peeling method, a chemical peeling method, or a chemical vapor deposition method. It is generally known that chemical vapor deposition is a method of synthesizing high-quality graphene, and chemical peeling can not synthesize high-quality graphene.
이러한 화학적 박리법으로는 험머스 법 (Hummer's method)이라고 불리는 방법이 대표적이다. 험버스 법에 의하면, 그라파이트 산화물은 그라파이트를 산용액에서 분산시키고, 이 분산된 산용액에 KMnO4와 같은 산화제를 첨가한 후, 과산화수소를 더 첨가하여 상기 그라파이트를 그라파이트 산화물로 산화시켜 생성한다.As a chemical peeling method, a method called Hummer's method is typical. According to the Humbus method, the graphite oxide is produced by dispersing graphite in an acid solution, adding an oxidizing agent such as KMnO4 to the dispersed acid solution, and then adding hydrogen peroxide to oxidize the graphite to graphite oxide.
이와 같은 방법으로 생성된 그라파이트 산화물은 화학적 환원 또는 열적 환원 과정을 통하여 그래핀 나노시트로 합성된다.The graphite oxide thus produced is synthesized as a graphene nanosheet through a chemical reduction or a thermal reduction process.
한편, 험머스 법 (Hummer's method)에서 KMnO4와 같은 산화제가 산용액에 첨가 될 때 산용액과 산화제의 급격한 반응으로 인하여 많은 열이 발생하게 된다. 이때, 반응열이 60℃ 이상으로 올라가게 되면 고품질의 그라파이트 산화물을 생성하는데 방해가 되는데, 이러한 그라파이트 산화물은 고품질의 그래핀 나노 시트로 제작하는 것이 불가능하다. On the other hand, in the Hummer's method, when an oxidizing agent such as KMnO 4 is added to an acid solution, a large amount of heat is generated due to an abrupt reaction of the acid solution and the oxidizing agent. At this time, if the heat of reaction goes up to 60 ° C or more, it hinders generation of high quality graphite oxide. Such graphite oxide can not be manufactured with high quality graphene nanosheet.
문헌상으로 이상적인 그라파이트 산화물은 밝은 갈색 혹은 노란색을 띠게 된다. 하지만 상기 험머스 법을 이용한 그라파이트 산화물은 합성 후 액상에서는 갈색을 띠게 되지만 세척 및 건조단계에서 어두운 색으로 변하는 자연적 환원이 일어난다. 이렇게 자연적인 환원에 의해 그라파이트로 리스택킹 (re-stacking)이 일어나는 경우에는 그래핀으로서의 성능이 저하된다. In literature, ideal graphite oxide is light brown or yellow. However, the graphite oxide using the Hummus method has a brown color in the liquid phase after synthesis but a natural reduction in darkness in the washing and drying steps. In the case where graphite re-stacking occurs by natural reduction, performance as graphene is deteriorated.
따라서 화학적 박리법을 이용하여 고품질의 그래핀 나노시트를 제조하기 위해서는 고품질 분말형태의 그라파이트 산화물의 합성방법 개발이 시급한 실정이다. 또한, 합성된 그라파이트 산화물의 건조 단계에서 그라파이트 산화물의 자연적 환원과 리스택킹 (re-stacking)을 막기 위한 방법의 개발도 필요하다.Therefore, in order to produce high-quality graphene nanosheets using a chemical stripping method, it is urgently required to develop a method for synthesizing high-quality powdery graphite oxide. It is also necessary to develop a method for preventing the natural reduction and re-stacking of the graphite oxide in the drying step of the synthesized graphite oxide.
한편, 화학적 박리법을 이용하여 그래핀 나노시트를 제조하는데 있어서 발생할 수 있는 다른 문제점은, 화학적으로 산화를 거친 그라파이트 산화물로부터 제조된 그래핀 나노시트는 평면으로 존재하는 것이 아닌 주름이 진 형태로 존재한다는 것이다. 이러한 문제는 그래핀 나노시트의 전기 전도도 특성을 저하시키는 요인으로 작용할 소지가 높다. 그 이유는 그라파이트 혹은 그래핀이라 불리는 물질의 구조에 기인할 수가 있는데, 그라파이트 혹은 그래핀 나노시트는 탄소로 이루어져 있으며 탄소는 SP2 결합으로 연결되어있다. 이러한 n-n 결합을 통하여 전기가 통하게 되는데, 화학적으로 합성된 그래핀은 주름으로 인하여 평면보다는 전기전도도가 떨어지게 된다. 따라서 상기와 같은 문제를 해결하는 것이 화학적으로 합성된 그래핀을 적용하는데 가장 큰 문제점이라 할 수 있다.Another problem that may occur in the production of graphene nanosheets by chemical stripping is that graphene nanosheets made from chemically oxidized graphite oxides are present in a wrinkled form rather than in a planar form It is. Such a problem is likely to cause a deterioration in the electrical conductivity of the graphene nanosheet. The reason can be attributed to the structure of a material called graphite or graphene, where the graphite or graphene nanosheets are made of carbon and the carbon is connected by SP2 bonds. Electrical conduction through these n-n bonds occurs because the chemically synthesized graphene has lower electrical conductivity than flat due to wrinkles. Therefore, solving the above problems is the biggest problem in applying chemically synthesized graphene.
따라서, 본 발명은 반응 초기 급격한 반응열이 발생하는 것을 제어하기 위해 황산 용액에 인산 용액을 첨가함으로써, 그라파이트 산화물의 층상구조가 크게 벌어진 합성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a synthesis method in which a layered structure of graphite oxide is largely opened by adding a phosphoric acid solution to a sulfuric acid solution to control the generation of rapid reaction heat in the initial stage of the reaction.
본 발명의 다른 목적은 그라파이트 산화물 분말을 얻는 과정에서 동결 건조를 이용함으로써, 그라파이트 산화물이 자연적 환원되는 것을 방지하여 이상적인 그라파이트 산화물을 합성하도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the natural reduction of the graphite oxide by using freeze-drying in the process of obtaining the graphite oxide powder, thereby synthesizing the ideal graphite oxide.
본 발명의 또 다른 목적은 합성된 그라파이트 산화물을 이용하여 그래핀 나노시트를 제조하는데 있어서, 단층 및 수층 이하의 나노 시트가 형성될 수 있도록 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a graphene nanosheet using the synthesized graphite oxide so that a single layer or a nanosheet below the water layer can be formed.
본 발명의 또 다른 목적은 그라파이트 산화물을 이용하여 그래핀 나노시트를 제조하는데 있어서, 그래핀 나노시트의 주름을 펴주어 전기전도도 특성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for improving the electrical conductivity by spreading the wrinkles of graphene nanosheets in the production of graphene nanosheets using graphite oxides.
본 발명의 또 다른 목적은 그래핀 나노시트의 주름을 펴줌과 동시에 그래핀 나노시트의 말단 부분을 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube) 모양으로 형성하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of forming a shape of a carbon nanotube at the end portion of a graphene nanosheet while expanding the wrinkles of the graphene nanosheet.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 그라파이트 산화물 제조방법은 그라파이트가 혼합된 황산 용액(이하, 그라파이트 용액)에 과산화수소를 첨가하는 단계를 포함하되, 상기 그라파이트 용액과 상기 과산화수소가 완전히 반응 할 수 있도록 충분한 반응시간을 두는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing graphite oxide comprising the steps of: adding hydrogen peroxide to a graphite solution (hereinafter referred to as graphite solution) mixed with graphite, wherein the graphite solution and the hydrogen peroxide are completely reacted And a reaction time sufficient to allow the reaction to occur.
바람직하게는, 상기 과산화수소의 첨가량은 그라파이트 1g 당 0.5~10ml가 되고, 상기 반응 시간은 5~100 시간이 된다.Preferably, the amount of the hydrogen peroxide added is 0.5 to 10 ml per 1 g of graphite, and the reaction time is 5 to 100 hours.
또한, 상기 그라파이트 산화물을 제조하는데 있어서, 상기 그라파이트 용액에 인산을 첨가하여 열 손상을 억제하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, in the production of the graphite oxide, it may further include the step of adding phosphoric acid to the graphite solution to suppress thermal damage.
이때, 상기 인산의 첨가량은 그라파이트 1g 당 1~100ml가 되는 것을 특징으로 한다.At this time, the amount of the phosphoric acid added is 1 to 100 ml per gram of graphite.
바람직하게는, 상기 황산 용액의 양은 그라파이트 1g 당 10~500ml가 되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the amount of the sulfuric acid solution is 10 to 500 ml per 1 g of the graphite.
한편, 상기 그라파이트 산화물을 제조하는 방법은 상기 그라파이트 용액에 과망간산칼륨을 첨가하는 단계를 더 포함하되, 상기 과망간산칼륨의 첨가량은 그라파이트 1g 당 3~30g인 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the method for producing the graphite oxide further comprises adding potassium permanganate to the graphite solution, wherein the amount of the potassium permanganate is 3 to 30 g per 1 g of the graphite.
또한, 상기 그라파이트 산화물을 제조하는 방법은 전술한 방법에 의해 제조된 그라파이트 산화물이 자연적으로 환원되는 것을 억제하기 위해 동결건조를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method of producing the graphite oxide may include performing freeze-drying to suppress the natural reduction of the graphite oxide produced by the above-described method.
전술한 방법에 의해 제조된 그라파이트 산화물을 이용한 본 발명의 다른 면에 따른 그래핀 나노시트를 제조하는 방법은 상기 그라파이트 산화물이 환원되어 생성된 그래핀 나노시트에 에너지를 주사하여 주름이 펴지고, 말단 부분이 탄소나노튜브 형상을 갖도록 후처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphene nanosheet using graphite oxide produced by the above-described method, wherein graphene nanosheets produced by reducing the graphite oxide are injected with energy, And then post-treating the carbon nanotube to have the carbon nanotube shape.
바람직하게는, 상기 그래핀 나노시트는 상기 그라파이트 산화물을 화학적 환원법, 열적 환원법, 전기적 환원법, 마이크로웨이브법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 환원하여 제조되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the graphene nanosheet is produced by reducing the graphite oxide by any one of a chemical reduction method, a thermal reduction method, an electric reduction method, and a microwave method.
바람직하게는, 상기 후처리하는 단계는 0.1~100kJ의 에너지를 상기 그래핀 나노시트에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the post-treating step comprises irradiating the graphene nanosheet with an energy of 0.1 to 100 kJ.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 그라파이트 산화물을 합성함에 있어서 종래의 화학적 박리법 보다 고품질의 그라파이트 산화물을 얻어낼 수 있고, 이러한 고품질의 그라파이트 산화물을 이용하여 고품질의 그래핀 나노시트를 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 그래핀의 주름을 펴지게 하고 그래핀의 말단 부분을 탄소나노튜브 모양으로 형성하여, 높은 전도성 특성을 갖도록 하는 방법을 제공한다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to obtain graphite oxides of higher quality than conventional chemical stripping methods in the synthesis of graphite oxides, and to produce high quality graphene nanosheets using such high quality graphite oxides . The present invention also provides a method for spreading the wrinkles of graphene and forming the end portions of the graphene in the form of carbon nanotubes to have high conductivity characteristics.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 산화물을 합성하는 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 그래핀을 XPS 분석한 C/O ratio를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 그래핀의 TEM 이미지를 나타낸 그림.1 is a schematic view schematically showing a method of synthesizing a graphite oxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a C / O ratio obtained by XPS analysis of graphene produced according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a TEM image of graphene generated according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
이하에서는 본 발명에 따른 그라파이트 합성방법 및 합성된 그라파이트를 이용하여 그래핀 나노시트를 제조하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for synthesizing graphite according to the present invention and a method for producing graphene nanosheet using the synthesized graphite will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라파이트 산화물 합성방법을 개략적으로 설명하기 위한 모식도이다.1 is a schematic diagram for explaining a graphite oxide synthesis method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 그라파이트 산화물 합성방법은 그라파이트 산화물 합성 시 급격한 반응을 억제 시키는 첨가물에 의해 그라파이트 산화물의 합성을 용이하게 한다. Referring to FIG. 1, the method for synthesizing graphite oxide according to the present invention facilitates the synthesis of graphite oxide by an additive that suppresses abrupt reaction during graphite oxide synthesis.
또한, 상기와 같은 방법으로 합성된 고품질 그라파이트 산화물 분말로부터 그래핀 나노시트를 제조하는데, 제조된 그래핀 나노시트는 주름이 펴진 말단부분이 탄소나노튜브 형상을 가지므로 고품질의 그래핀 나노시트를 제공할 수 있다.In addition, the graphene nanosheets are produced from the high-quality graphite oxide powder synthesized as described above. The produced graphene nanosheets have high-quality graphene nanosheets because the corrugated end portions have the shape of carbon nanotubes can do.
본 발명을 실시하기 위한 일 태양으로서, 그라파이트 산화물 합성방법은 그라파이트 황산 용액에 인산 용액을 첨가하는 단계(S10)와, 그라파이트, 황산, 인산 혼합 용액(이하, 그라파이트 혼합 용액이라 통칭)을 균일하게 혼합하는 단계(S20)와, 균일하게 혼합된 그라피이트 혼합 용액에 과망간산칼륨을 첨가하는 단계(S30)와, S30 단계에서 합성된 그라파이트 산화물에 증류수를 첨가하는 단계(S40)와, 과산화수소를 첨가하는 단계(S50)와, 여과 및 불순물 제거 단계(S60)와, 증류수 세척 단계(S70)와, 세척과정을 거친 그라파이트 산화물에 동결 건조시키는 단계(S80)를 포함하여 구성된다.
As a mode for practicing the present invention, a method for synthesizing graphite oxide includes steps (S10) of adding a phosphoric acid solution to a graphitic sulfuric acid solution and step (S10) of mixing a graphite, sulfuric acid and phosphoric acid mixed solution A step S30 of adding potassium permanganate to the uniformly mixed graphite mixed solution, a step S40 of adding distilled water to the graphite oxide synthesized in the step S30, a step of adding hydrogen peroxide (S50), filtration and impurity removal step (S60), distilled water washing step (S70), and freeze drying (S80) on the graphite oxide after the washing process.
본 발명을 실시하기 위한 다른 태양으로서, 그래핀 나노시트를 제조하는 방법은 상술한 S10 내지 S80 단계를 거쳐 생성된 그라파이트 산화물(또는, 그라파이트 옥사이드 나노 분말로 이하에서는 2개의 용어를 혼용하여 사용)을 환원하여 그래핀 나노 시트를 생성하는 단계(S90)와, 상기 그래핀 나노 시트에 대한 후처리 단계(S100)을 포함하여 구성될 수 있다.
As another mode for carrying out the present invention, a method for producing a graphene nanosheet is a method for producing a graphite oxide (or a graphite oxide nano powder, which is used in combination with two terms in the following description) produced through steps S10 to S80 (S90) of producing a graphene nanosheet by reduction, and a post-processing step (S100) of the graphen nanosheet.
한편, 본 발명에서 사용되는 용어 “GR(Graphene, 그래핀)”은, 탄소를 6각형의 벌집모양으로 층층이 쌓아 올린 구조로 이루어져 있는 흑연의 바깥 표면층을 한 겹 벗긴 탄소나노 물질이다. 이러한 탄소동소체인 그래핀은 탄소나노튜브, 풀러린 (Fullerene)처럼 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질인 바, 2차원 평면형태를 가지고 있으며, 그 두께는 0.2nm 즉, 100억 분의 2m 정도로 아주 얇으면서 물리적, 화학적 안정성도 높다. 또한, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다.On the other hand, the term " GR (graphene) graphene " used in the present invention is a carbon nanomaterial that is a single layer of an outer surface layer of graphite formed by stacking layers of a hexagonal honeycomb structure. Graphene, a carbon isotope, is a nanomaterial composed of carbon atoms such as carbon nanotubes and Fullerene, and has a two-dimensional planar shape. Its thickness is 0.2 nm, which is about 2 m / It is thin and has high physical and chemical stability. In addition, electricity is 100 times more efficient than copper, and electrons can move more than 100 times faster than monocrystalline silicon, which is mainly used as a semiconductor.
또한, 그 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 지닌 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높고, 또 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 또한, 그래핀과 탄소나노튜브는 화학적 성질이 아주 비슷하고, 후공정을 통해 금속성과 반도체성을 분리할 수 있지만, 탄소나노튜브보다 균일한 금속성을 갖고 있기 때문에 산업적으로 응용할 가능성이 더 크다. 따라서, 이런 특성으로 인해 구부릴 수 있는 디스플레이나 전자종이, 착용식 컴퓨터(wearable computer) 등을 제조할 수 있는 전자정보 산업분야의 미래 신소재로 응용되고 있다.
In addition, its strength is more than 200 times stronger than steel, more than twice the thermal conductivity of diamond with the highest thermal conductivity, and also excellent elasticity, does not lose its electrical properties even when stretched or bent. In addition, graphene and carbon nanotubes have very similar chemical properties and can separate metallic and semiconducting properties through post-processing, but are more likely to be industrially applicable because they have uniform metallic properties than carbon nanotubes. Therefore, these properties are being applied as future new materials in the electronic information industry that can manufacture bendable displays, electronic paper, and wearable computers.
바람직하게, 상기 S10 단계에서, 그라파이트 소재와 황산 용액이 혼합될 때, 급격한 반응으로 열이 발생하는 것을 억제하기 위하여 인산을 소량 첨가한다. 여기에서 사용되는 황산 용액의 양은 그라파이트 1g 당 10~500ml가 사용될 수 있고, 첨가제로 작용하게 되는 인산 용액은 그라파이트 1g 당 1~100ml가 사용될 수 있다.
Preferably, in step S10, a small amount of phosphoric acid is added to suppress generation of heat due to abrupt reaction when the graphite material and the sulfuric acid solution are mixed. The amount of the sulfuric acid solution used herein may be 10 to 500 ml per 1 g of graphite, and 1 to 100 ml per 1 g of the graphite solution to be used as an additive may be used.
상기 S20 단계에서, 그라파이트가 황산 및 인산 용액에 균일하게 혼합될 수 있도록 초음파 처리 및 스터링을 이용한다. In step S20, ultrasonic treatment and stirling are used so that the graphite can be uniformly mixed with sulfuric acid and phosphoric acid solution.
초음파 처리는 10분에서 5시간 범위에서 수행할 수 있다. 초음파 처리를 통해서 그라파이트 미세 기공 속으로의 용액 침투를 촉진시킴은 물론 뭉쳐져 있는 미세 입자들의 분산을 촉진시키게 된다.The ultrasonic treatment can be performed in the range of 10 minutes to 5 hours. Ultrasonic treatment not only promotes solution penetration into the micropores of the graphite, but also accelerates the dispersion of the aggregated microparticles.
초음파 처리 시간이 짧으면 이러한 효과의 발생이 적고, 과다하게 긴 경우 공정상의 시간을 낭비하게 된다. If the ultrasonic treatment time is short, the occurrence of such an effect is small, and if it is excessively long, the time in the process is wasted.
이러한 단계는 필요에 따라 채용될 수 있는 공정으로 분산이 용이한 경우는 단순히 용액과 물질을 저어주거나 혹은 단순히 교반시켜 주는 것으로 이를 대체할 수 있다.
This step can be adopted if necessary. If the dispersion is easy, it can be replaced simply by stirring or simply stirring the solution and the material.
상기 S30 단계는 그라파이트가 분산된 용액에 과망간산칼륨을 첨가하는 단계이다. 상기 S10 과 상기 S20 단계를 거친 분산용액 또는 선택적으로 상기 S10 단계만 거친 분산용액에 과망간산칼륨을 첨가한다. The step S30 is a step of adding potassium permanganate to the solution in which the graphite is dispersed. Potassium permanganate is added to the dispersion solution through steps S10 and S20 or optionally to the dispersion solution only through step S10.
이러한 과정을 통해 그라파이트가 분산된 산 용액과 반응하여 진한 녹색으로 색이 변화되면서 그라파이트가 산화가 이루어지게 된다. Through this process, the graphite reacts with the dispersed acid solution to change its color to dark green, and the graphite is oxidized.
여기서 사용되는 과망간산칼륨의 양은 그라파이트 1g 당 1~50g이 될 수 있다.The amount of potassium permanganate used here can be from 1 to 50 g per gram of graphite.
더욱 바람직하게는 3~30g의 첨가량이 채용될 수 있다. 첨가량이 3g 미만인 경우에는 그라파이트가 산화물로 원활히 합성되지 않게 되어 그라파이트 산화물이 제조 되지 않게 된다. More preferably, an addition amount of 3 to 30 g can be employed. When the addition amount is less than 3 g, the graphite is not smoothly synthesized as an oxide and the graphite oxide is not produced.
다른 한편으로, 첨가량이 30g 초과인 경우에는 용액과 반응 시 열이 급격히 일어나게 되어 열에 의한 그라파이트가 손상이 발생하여 산화물이 되지 않고, 합성 완료 후 불순물의 제거가 용이하지 않게 된다.
On the other hand, when the addition amount is more than 30 g, heat is rapidly generated upon reaction with the solution, resulting in damage of graphite due to heat, which is not an oxide, and removal of impurities after completion of synthesis is not easy.
한편, 상기 S30 단계에서도 그라파이트가 분산된 용액과 과망간산칼륨의 반응을 촉진시키기 위하여 초음파 처리가 수행될 수 있고, 이는 스터링 처리와 별도로 진행될 수도 있다. Also, in step S30, ultrasonic treatment may be performed to promote the reaction between the graphite-dispersed solution and potassium permanganate, which may be carried out separately from the sintering treatment.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 그라파이트 산화물이 균일하게 합성될 수 있게 하기 위하여, 반응온도는 60?이하로 유지 시키고 반응시간은 1시간~24시간 동안 충분한 두어 그라파이트 산화물을 합성한다. According to a preferred embodiment of the present invention, in order to allow the graphite oxide to be uniformly synthesized, the reaction temperature is maintained at 60 DEG C or less and the reaction time is sufficient for 1 to 24 hours to synthesize graphite oxide.
상기 S40 단계는, 상기 S30 단계에서 합성된 그라파이트 산화물에 증류수를 첨가하는 단계이다. 증류수의 양은 그라파이트 1g 당 10~500ml를 첨가하는 것이 바람직하다. The step S40 is a step of adding distilled water to the graphite oxide synthesized in the step S30. The amount of distilled water is preferably 10 to 500 ml per 1 g of graphite.
S40 단계에서, 증류수의 첨가는 열을 발생 시키므로 열 발생에 의한 그라파이트 산화물의 손상을 최소화 하기 위하여 온도를 50 °C 이하로 유지 시킨다. 한편, 증류수가 첨가된 그라파이트 용액은 보랏빛을 띠게 된다.
In step S40, the addition of the distilled water generates heat, so that the temperature is maintained at 50 ° C or lower in order to minimize the damage of graphite oxide due to heat generation. On the other hand, the graphite solution to which distilled water is added becomes violet.
상기 S50 단계에서 과산화수소가 첨가되면 버블이 일어나면서 그라파이트 용액은 보랏빛에서 노란빛으로 용액의 색이 변화된다. 이때, 용액의 색깔이 보랏빛에서 노란빛으로 변할 때까지 과산화수소를 첨가시킨다. 과산화수소의 첨가량은 그라파이트 1g 당 0.5~10ml가 되고, 반응 시간은 5~100 시간으로 하여, 그라파이트 용액이 과산화수소에 완전히 반응 할 수 있도록 한다.When hydrogen peroxide is added in step S50, the bubble is generated, and the color of the solution changes from purple to yellow. At this time, hydrogen peroxide is added until the color of the solution changes from purple to yellow. The amount of hydrogen peroxide to be added is 0.5 to 10 ml per gram of graphite, and the reaction time is 5 to 100 hours so that the graphite solution can completely react with hydrogen peroxide.
일반적으로 종래의 그라파이트 합성법인 험머스법 혹은 Improved method 방법은 본 발명의 실시예와 같이, 인산을 사용하거나 또는 상기 S50 단계에서 충분한 반응이 일어나도록 반응시간을 두지 않는다. Generally, conventional graphite synthesis method Hummmus method or Improved method does not use reaction time such that phosphoric acid is used or sufficient reaction occurs in step S50 as in the embodiment of the present invention.
상기와 같은 종래 기술에 따라 합성된 그라파이트 산화물은 상온에 두었을 경우, 1~2 주 내에 밝은 노란색에서 짙은 색으로 변화한다. 이는 산화된 그라파이트가 다시 re-stacking되는 것을 의미하는 것인데, 본 발명의 실시예에 따라 합성된 그라파이트 산화물은 그렇지 아니하다. When the graphite oxide synthesized according to the conventional technique as described above is placed at room temperature, it changes from light yellow to dark color within one to two weeks. This means that the oxidized graphite is re-stacked again, but not the graphite oxide synthesized according to the embodiment of the present invention.
즉 종래 기술, 예컨대 Improved method에 의해 합성된 그라파이트 산화물은 본 발명의 실시예에 따라 합성된 그라파이트 산화물에 비해 큰 입자를 가지는 것이고, 이에 따라 산화가 많이 이루어지지 않아 쉽게 자발적 부분 환원이 일어나게 되는 것이다. 본 실시예에 따르면 자발적 부분 환원이 일어나는 것을 억제하여 고품질의 그라파이트 산화물을 제공할 수 있다.
That is, the graphite oxide synthesized according to the prior art, for example, the Improved method, has a larger particle size than the graphite oxide synthesized according to the embodiment of the present invention, and thus does not have much oxidation, so that spontaneous partial reduction easily occurs. According to this embodiment, spontaneous partial reduction can be suppressed and a graphite oxide of high quality can be provided.
상기 S60 단계에서는 상기 S10 내지 S50 단계를 거쳐 생성된 용액을 여과하여 불순물을 제거하는 단계이다. 이때, 여과 과정을 거친 후 망간과 칼륨 등의 불순물을 제거하기 위하여 0.1~1mol염산용액으로 충분히 세척을 한다. 이후, S70 단계에서는 그라파이트 산화물의 pH가 6 이상이 되게 하기 위하여, 증류수로 세척과정을 반복적으로 시행한다. In step S60, the solution produced through steps S10 through S50 is filtered to remove impurities. At this time, after the filtration process, 0.1 to 1 mol hydrochloric acid solution is sufficiently washed to remove impurities such as manganese and potassium. Thereafter, in step S70, the cleaning process is repeatedly performed with distilled water so that the pH of the graphite oxide becomes 6 or more.
상기 S80 단계에서 세척과정을 거친 그라파이트 산화물이 자연적으로 환원되는 것을 억제하기 위해 동결건조를 수행한다. 동결건조 과정을 통해 노란색의 그라파이트 산화물이 유지 될 수 있고, 이러한 동결건조 과정은 제조된 그라파이트 산화물이 상온에서도 고품질로 유지, 보관이 용이하게 해주는 공정이다.
In step S80, freeze drying is performed to suppress the natural reduction of the graphite oxide subjected to the washing process. The yellow graphite oxide can be maintained through the lyophilization process, and this lyophilization process is a process for facilitating maintenance and storage of the graphite oxide produced at high temperature even at room temperature.
상기 S90 단계는 동결건조로 얻은 그라파이트 옥사이드 나노 분말을 그래핀으로 환원시키는 과정이다. 일 실시예로서, 마이크로 웨이브법을 이용한 열 환원법을 사용될 수 있으며, 이때 마이크로 웨이브는 1~10분의 시간 동안 10w~1000kw까지의 에너지로 조사될 수 있다.
The step S90 is a process of reducing graphite oxide nano powder obtained by freeze-drying to graphene. As an embodiment, a thermal reduction method using a microwave method can be used. In this case, the microwave can be irradiated with an energy of 10 to 1000 kW for 1 to 10 minutes.
상기 S100 단계는 상기 S10 내지 상기 S90 단계 중 적어도 하나의 단계를 거쳐 얻어진 그래핀 나노시트를 후처리하여, 주름이 펴진 말단부분이 탄소나노튜브 형상을 갖도록 한다. In the step S100, the graphene nanosheet obtained through at least one of the steps S10 to S90 is post-treated so that the corrugated end portion has a carbon nanotube shape.
예컨대, 울트라 초음파기를 이용하여 0.1~100kJ의 에너지를 그래핀 나노시트에 조사하여 주름이 펴진 말단부분이 탄소나노튜브 형상을 가지도록 그래핀 나노 시트를 제조한다.
For example, an energy of 0.1 to 100 kJ is irradiated to the graphene nanosheet using an ultrasound machine to produce a graphene nanosheet having a corrugated end portion having a carbon nanotube shape.
일반적으로, 화학적 산화- 열적 및 화학적 환원을 통해 제조된 그래핀 나노시트는 전기전도도가 화학기상증착과 같은 방법으로 제조된 그래핀 보다 낮은 단점이 있다. Generally, graphene nanosheets prepared through chemical oxidation-thermal and chemical reduction have a lower electrical conductivity than graphene produced by a method such as chemical vapor deposition.
그래핀을 전지 및 커패시터의 전극소재로 활용하려면 전기전도도가 일정 수준 이상이 되어야 할 것인데, 본 발명의 실시예에 따라 화학적 박리법으로도 후처리를 통해 주름이 펴진 말단부분이 탄소나노튜브 형상을 가지도록 한다면 전지 및 커패시터의 전극소재로 사용될 수 있을 만큼 충분한 정도의 전기전도도를 확보할 수 있다.
In order to utilize the graphene as an electrode material of a battery and a capacitor, the electrical conductivity should be higher than a certain level. According to the embodiment of the present invention, after the chemical peeling method, the corrugated end portion of the carbon nanotube- It is possible to secure an electric conductivity sufficient to be used as an electrode material of the battery and the capacitor.
이와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 나노시트 제조방법에 따르면, 주름진 그래핀에 에너지를 주사하여 주름을 핌과 동시에(주름의 펴짐을 통해서 전기전도도가 높아짐) 말단 부분을 탄소나노튜브와 같은 형상을 갖도록 한다. As described above, according to the method of manufacturing a graphene nanosheet according to the present invention, energy is injected into the corrugated graphene to form a corrugated shape (the electric conductivity increases through wrinkle expansion) Respectively.
일반적으로 주름이 여러 층으로 구성된 그래핀 나노시트(일반적으로 화학적으로 산화 시킨 후 환원된 그래핀은 단층이 아닌 여러 층으로 구성됨)는 에너지를 주사하여도 주름이 펴지지 않는다. Generally, graphene nanosheets (usually composed of several layers of wrinkles) (usually chemically oxidized and then reduced graphene consist of several layers rather than a single layer) do not spread wrinkles even when injecting energy.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 그라파이트 산화물과, 이를 이용하여 제조된 그래핀 나노시트는 에너지를 주사하여 주름을 필 수가 있는데, 이는 본 발명에 의해 제조된 그라파이트 산화물 및 그래핀이 더 얇은 층으로 구성된다는 것을 의미한다. On the contrary, the graphite oxide produced according to an embodiment of the present invention and the graphene nanosheet made using the graphite oxide can be wrinkled by injecting energy, because the graphite oxide and graphene produced by the present invention It is composed of a thinner layer.
한편, 본 발명의 실시예에 따라 주름과 말단 부분을 컨트롤 할 수 있으므로 금속이나 리튬전이 금속화합물과 같은 다른 소재와의 encapsulation 혹은 composite 혹은 wrapping을 가능하게 할 수 있다.
Meanwhile, according to the embodiment of the present invention, since the wrinkles and the end portions can be controlled, encapsulation or composite or wrapping with other materials such as a metal or a lithium transition metal compound can be made possible.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 그래핀을 XPS 분석한 C/O ratio를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing a C / O ratio obtained by XPS analysis of graphene produced according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명으로부터 제조된 그라파이트 산화물은 종래의 Improved method법에 비해 산소의 비율이 많이 있음을 XPS fitting결과로부터 계산하여 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 2, graphite oxide prepared from the present invention has a higher ratio of oxygen than the conventional Improved method, which can be confirmed by calculating XPS fitting results.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 그래핀의 TEM 이미지를 나타낸 그림이다. 3 is a TEM image of graphene produced according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명으로 만들어진 그래핀 나노시트는 주름이 완전히 펴진 상태로 존재하고, 말단부분이 탄소나노튜브의 형상을 가지고 있음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3, it can be seen that the graphene nanosheet made in accordance with the present invention has wrinkles in a fully expanded state, and the end portion has a shape of carbon nanotubes.
<<
실시예Example
및 And
비교예Comparative Example
>>
[[ 실시예Example 1] One]
황산 360ml와 인산 40ml를 혼합한 용액에 그라파이트 3g을 첨가하여 초음파처리와 스터링 과정을 거쳐 균일하게 혼합하였다. 이렇게 혼합된 용액을 아이스배스 (Ice bath)에 넣고 과망간산칼륨 18g을 첨가하였다. 과망간산칼륨 첨가 시 온도는 50?를 넘지 않게 유지 하였다. 3 g of graphite was added to a mixture of 360 ml of sulfuric acid and 40 ml of phosphoric acid, and the mixture was uniformly mixed by ultrasonication and stirring. The mixed solution was added to an ice bath and 18 g of potassium permanganate was added. The temperature of potassium permanganate was maintained not to exceed 50 첨가.
첨가된 용액을 12시간동안 45?로 반응시키고, 아이스배스에 넣어 온도를 낮추어 증류수 400ml를 첨가시켰다. 증류수 첨가 시 온도는 50?가 넘지 않도록 하였다. The added solution was reacted at 45 ° C for 12 hours, cooled in an ice bath, and 400 ml of distilled water was added thereto. When adding distilled water, the temperature should not exceed 50 ° C.
증류수 첨가 후 10ml의 과산화수소를 첨가하였고, 반응이 완전히 일어나도록 48시간 동안 방치 하였다. After addition of distilled water, 10 ml of hydrogen peroxide was added, and the reaction was allowed to stand for 48 hours.
반응이 완전히 끝난 후 필터링 과정을 거쳐 얻어진 그라파이트 산화물 분말을 0.3몰 염산 용액과 증류수로 세척을 하였다. After completion of the reaction, the graphite oxide powder obtained through the filtering process was washed with 0.3 molar hydrochloric acid solution and distilled water.
제조된 그라파이트 산화물 분말을 -50? 동결건조로 건조 하였다.The prepared graphite oxide powder was treated at -50? And dried by freeze drying.
동결건조를 통해 제조된 그라파이트 산화물 분말을 카본블랙(아세틸렌블랙)과 함께 9:1의 비율로 섞어 마이크로웨이브 장치에 넣어 열 환원법을 이용하여 3분 동안 반응시켜 그래핀 나노시트를 제조하였다.The graphite oxide powder prepared by freeze-drying was mixed with carbon black (acetylene black) at a ratio of 9: 1, and the resulting mixture was reacted for 3 minutes using a thermal reduction method to prepare a graphene nanosheet.
제조된 그래핀 나노시트를 후처리 공정을 위하여 증류수에 분산시킨 다음 울트라 초음파기로 1kJ의 에너지를 주어, 주름이 완전히 펴진 상태로 존재하고 말단부분이 탄소나노튜브의 형상을 가지고 있는 고품질 그래핀을 제조하였다.
The prepared graphene nanosheets were dispersed in distilled water for post-treatment, and then 1 kJ of energy was applied by an ultra-sonicator to produce high-quality graphene having wrinkles in a fully expanded state and end portions having the shape of carbon nanotubes Respectively.
[[ 실시예Example 2] 2]
실시예 2는, 실시예 1과 동일한 방법으로 그라파이트 산화물 및 그래핀을 제조하였으나 후처리 공정인 울트라 초음파 공정을 진행하지 않았다.
In Example 2, graphite oxide and graphene were produced in the same manner as in Example 1, but ultrasound processing as a post-treatment process was not performed.
[[ 비교예Comparative Example 1] One]
그라파이트 산화물을 만드는 방법으로 잘 알려진 험머스법으로 실시예 1과 동일한 방법으로 제조 하였으나, 인산 용액을 첨가하지 않고 하였으며 그래핀을 만드는 공정은 실시예 1과 같이 마이크로 웨이브법을 이용하여 그래핀을 제조하였으며 후처리 공정도 진행하였다. The graphene oxide was prepared by the same method as in Example 1 except that no phosphoric acid solution was added. The graphene grains were prepared by microwave method as in Example 1 The post-treatment process also proceeded.
상기 실시예와 비교예를 XPS분석 결과인 O/C 비율은 다음의 표와 같다.
The O / C ratios obtained from the XPS analysis of the above Examples and Comparative Examples are shown in the following table.
실험 결과 그래핀 나노시트로 환원시켰을 때 O/C의 비율은 실시예 1로 만들었을 때가 가장 작게 나타났다. 이는 C-O 결합이 거의 없다는 결론으로 산소 관능기가 많이 형성된 그라파이트 산화물이 환원이 되었을 때, 실시예 2 와 비교예 1 보다 거의 존재하지 않음을 의미한다. 또한, 그라파이트 산화물을 제조했을 시, 실시예 1의 C-O 및 C=O 결합이 실시예 2 보다 상대적으로 3배 이상, 비교예 1보다 약 7배 이상 차이가 나는 것을 확인 할 수가 있다. 이 결론은 실시예 1으로 제조된 그라파이트 산화물이 산소 관능기가 상대적으로 많이 가지고 있고 산화가 더 많이 진행되었다고 볼 수 있다. Experimental results show that the ratio of O / C when reduced to graphene nanosheet was the smallest when made from Example 1. This means that when the graphite oxide formed with a large amount of oxygen functional groups is reduced, it is found that there is hardly existed in comparison with Example 2 and Comparative Example 1, as a result of the fact that there is almost no C-O bond. In addition, when the graphite oxide was produced, it can be seen that the C-O and C═O bonds of Example 1 differed by 3 times or more compared to Example 2 and about 7 times or more more than Comparative Example 1. This conclusion can be seen that the graphite oxide prepared in Example 1 has a relatively large number of oxygen functional groups and the oxidation proceeds more.
본 발명에 따르면, 기존의 험머스법 및 Improved method법으로 만든 그라파이트 산화물 분말에 비해, 인산을 첨가하므로 고품질의 그라파이트 산화물을 만들 수 있고, 또한 동결건조 과정을 거친 간단한 공정을 통해서 고품질의 그라파이트 산화물 분말을 제조할 수 있다.According to the present invention, high-quality graphite oxide can be produced by adding phosphoric acid to the graphite oxide powder prepared by the conventional Hummus method and Improved method, and a high-quality graphite oxide powder can be obtained through a simple freeze- Can be manufactured.
더불어, 마이크로 웨이브법으로 환원시킨 후 그래핀을 울트라 초음파를 이용하여 에너지를 주어 주름이 펴진 말단모양이 카본나노튜브 형상을 가진 고품질의 그래핀 나노시트를 제조 할 수 있었다.In addition, it was possible to produce high quality graphene nanosheets having a carbon nanotube shape with a corrugated end formed by applying ultrasound energy to the graphene after the reduction by the microwave method.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 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 will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (10)
을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.
Adding hydrogen peroxide to a graphite solution (hereinafter referred to as a graphite solution) mixed with graphite; and adding phosphoric acid to the graphite solution to inhibit thermal damage, wherein the graphite solution and the hydrogen peroxide are completely reacted Having enough reaction time
≪ / RTI >
상기 과산화수소의 첨가량은 그라파이트 1g 당 0.5~10ml가 되고, 상기 반응 시간은 5~100 시간이 되는 것
을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.The method according to claim 1,
The amount of hydrogen peroxide added is 0.5 to 10 ml per gram of graphite, and the reaction time is 5 to 100 hours
≪ / RTI >
상기 인산의 첨가량은 그라파이트 1g 당 1~100ml가 되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the amount of the phosphoric acid added is 1 to 100 ml per gram of graphite.
상기 황산 용액의 양은 그라파이트 1g 당 10~500ml가 되는 것을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the amount of the sulfuric acid solution is 10 to 500 ml per 1 g of the graphite.
상기 그라파이트 용액에 과망간산칼륨을 첨가하는 단계를 더 포함하되, 상기 과망간산칼륨의 첨가량은 그라파이트 1g 당 3~30g인 것을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of adding potassium permanganate to the graphite solution, wherein the potassium permanganate is added in an amount of 3 to 30 g per 1 g of the graphite.
을 특징으로 하는 그라파이트 산화물 제조방법.Comprising the step of performing lyophilization to inhibit the natural reduction of the graphite oxide produced by the process according to claim 1
≪ / RTI >
상기 그라파이트 산화물이 환원되어 생성된 그래핀 나노시트에 에너지를 주사하여 주름이 펴지고, 말단 부분이 탄소나노튜브 형상을 갖도록 후처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노시트 제조방법.A method for producing a graphene nanosheet using the graphite oxide produced by the method according to claim 1,
Treating the graphene nanosheet with energy by injecting energy into the graphene nanosheet produced by reducing the graphite oxide, and post-treating the graphene nanosheet so that the corrugated end portion has a carbon nanotube shape.
상기 그래핀 나노시트는 상기 그라파이트 산화물을 화학적 환원법, 열적 환원법, 전기적 환원법, 마이크로웨이브법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 환원하여 제조되는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노시트 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the graphene nanosheet is produced by reducing the graphite oxide by any one of a chemical reduction method, a thermal reduction method, an electric reduction method, and a microwave method.
0.1~100kJ의 에너지를 상기 그래핀 나노시트에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노시트 제조방법.
9. The method of claim 8, wherein the post-processing further comprises:
And irradiating the graphene nanosheet with an energy of 0.1 to 100 kJ.
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2013
- 2013-08-20 KR KR1020130098517A patent/KR101565484B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100996883B1 (en) | 2010-01-08 | 2010-11-26 | 전남대학교산학협력단 | Method of green synthesis of graphene nano-sheets and graphene nano-sheets |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Chem. Comm. Vol.48, 2012, pages 976-978, Supplementary information |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10899621B2 (en) * | 2017-06-30 | 2021-01-26 | Nano Trek Holdings, LLC | System and method for preparing graphene oxide and reduced graphene oxide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150021614A (en) | 2015-03-03 |
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