KR101584412B1 - 그래핀 산화물의 분리방법, 이를 이용한 원심분리 시스템 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판 - Google Patents

그래핀 산화물의 분리방법, 이를 이용한 원심분리 시스템 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원심분리 시스템, 이를 이용한 그래핀 산화물의 분리방법 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법으로 분리된 그래핀 산화물은 원심분리 처리 조건에 따라 단계별로 특정 영역의 크기를 갖는 그래핀 산화물을 효과적으로 분리할 수 있고, 높은 수득률로 대량 생산이 가능하며, 이로 인해, 강판 등과 같은 대면적 코팅에 적용이 용이하다.

Description

그래핀 산화물의 분리방법, 이를 이용한 원심분리 시스템 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판{Centrifugation system, method for separating graphene oxide using the same and surface treated steel sheet comprising the separated grapheme oxide}
본 발명은 그래핀 산화물 원심분리 시스템, 이를 이용한 분리방법 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판에 관한 것이다.
일반적으로 흑연(graphite)은 대표적인 층상 구조를 가지는 물질로서, 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀(graphene)이 적층되어 있는 구조이다. 그래핀은 탄소 원자 3개가 SP2 혼성 오비탈 결합으로 결합되어 이루어진 대표적인 단일 평판 시트로, 6각형 결정 격자에 집적된 형태이다.
흑연에 있어서, 각 층을 이루는 그래핀 내의 탄소 원자 간 결합은 공유 결합으로 매우 강하지만, 그래핀과 그래핀 간의 결합은 반데르발스 결합으로서 상기한 공유 결합에 비하여 매우 미약하다.
그래핀은 흑연의 한 층, 즉 흑연의 면 단층을 말하는데, 흑연에 있어서 그래핀과 그래핀 간의 결합이 상기한 바와 같이 미약하므로 두께가 약 4 옹스트롱으로 매우 얇은 이차원 구조를 가지는 그래핀이 존재할 수 있다. 이러한 그래핀에서는 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.
가장 주목할 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 또한 이러한 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 갖는 특징이 있다.
또한, 현재까지 알려진 상기 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 ㎠/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 이와 같이, 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 차세대 실리콘 또는 ITO(INDIUM TIN OXIDE) 등의 투명 전극 등을 대체할 물질로 주목을 받고 있다.
또한, 그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 또는 2차원 나노 패턴을 가공하기가 매우 용이하다는 장점이 있고, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있을 뿐 아니라 탄소가 가지는 화학 결합의 다양성을 이용하여 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자의 제작도 가능하기 때문에 현재 그래핀을 상용화하기 위하여 손쉽게 대면적의 질 좋은 그래핀 필름을 얻기 위해 많은 사람들이 노력하고 있다.
그 결과, 그래핀을 얻기 위한 여러가지 방법들이 2004년 이후 지속적으로 보고되어 오고 있는데, 크게 기계적 박리법, 화학적 박리법, SiC 결정 열분해법, 박리-재삽입-팽창법, 화학 증기 증착법 및 에피텍시 합성법 등이 있다.
기계적 박리법은 스카치 테이프의 접착력을 이용한 것으로서, 흑연 시료에 셀로판 테이프를 붙인 다음 셀로판 테이프를 떼어내면 셀로판 테이프 표면에 흑연으로부터 떨어져 나온 그래핀이 붙어 있어 이를 수집하는 방식이다. 그러나, 이러한 기계적 박리법의 경우, 떨어져 나온 그래핀은 그 모양이 종이가 찢어진 형상으로 일정하지 않고, 그 크기가 마이크로 미터 수준에 불과하여 대면적의 그래핀을 얻는 것이 불가능하고, 최종 수율이 극히 낮아서 많은 시료가 필요한 연구에 적합하지 못하다는 문제가 있다.
화학적 박리법은 흑연을 산화시키고 초음파 등을 통해 파쇄하여 수용액 상에 분산된 산화 그래핀을 만든 후 하이드라진 등의 환원제를 이용하여 다시 그래핀으로 환원시키는 방법이다. 하지만, 그래핀 산화물이 완전히 환원되지 못하고 약 70% 정도만 환원되기 때문에, 그래핀에 많은 결함이 남게 되어 그래핀 고유의 우수한 물리적 및 전기적 특성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 초음파 조사를 통해, 그래핀 산화물의 크기가 감소하여 이를 이용한 대면적 코팅이 어려운 단점이 있다.
SiC 결정 열분해법은 SiC 단결정을 가열하게 되면, 표면의 SiC가 분해되어 Si는 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의해 그래핀이 생성되는 원리를 이용한 방법이다. 그러나, 이와 같은 열분해 방법의 경우, 출발 물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
박리-재삽입-팽창법은 흑연에 발연 황산을 삽입시킨 후 매우 높은 온도의 로(furnace)에 넣으면, 황산이 팽창하면서 그 가스에 의해 흑연이 팽창되고 이를 TBA와 같은 계면활성제에 분산시켜 그래핀을 제조하는 방법이다. 이러한 박리-재삽입-팽창법도 실제 그래핀 수율이 매우 낮으며 사용된 계면활성제로 인해 층간 접촉 저항이 커서 만족할만한 전기적 특성을 내지 못하고 있다.
화학 증기 증착법은 고온에서 탄소와 카바이드 합금을 잘 형성하거나 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 촉매층으로 이용하여 그래핀을 합성하는 방법이다. 이 방법은 공정이 까다롭고 중금속 촉매를 사용하고 있으며 대량 생산에는 많은 제한이 따르고 있다.
에피텍시 합성법은 고온에서 결정에 흡착되어 있거나 포함되어 있던 탄소가 기판 표면의 결을 따라 그래핀으로 성장되는 원리를 이용한 방법이다. 이 방법으로 제조된 그래핀은 기계적 박리법과 화학 증기 증착법에 의하여 성장한 그래핀 보다 상대적으로 전기 특성이 좋지 못할 뿐 아니라 기판이 매우 비싸고 소자를 제작하기 매우 어렵다는 단점이 있다.
한국특허공개 제2011-0036721호
본 발명은 원심분리 시스템, 이를 이용한 그래핀 산화물의 분리방법 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판에 관한 것으로, 다양한 크기의 그래핀 산화물을 분리할 수 있다.
본 발명은 원심분리 시스템, 이를 이용한 그래핀 산화물의 분리방법 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판을 제공할 수 있다.
그래핀 산화물의 분리방법의 하나의 예로서,
하기 수학식 1을 만족하는 조건으로, 원심분리를 X1회 수행하고 각 차수 별 원심분리 이후에 그래핀 산화물을 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 산화물의 분리방법을 제공할 수 있다.
[수학식 1]
Y1 = a·X1 + b
상기 수학식 1에서,
a는 -200 내지 -100이고,
b는 500 내지 900이고,
X1은 원심분리 처리 차수이며,
Y1은 차수별 원심분리 처리 조건을 의미하며, (원심분리 시간(단위: 분) x 원심분리 처리 속도(단위: 1,000 rpm))를 의미한다.
또한, 상기 원심분리 시스템의 하나의 예로서,
그래핀 분산액이 담지되는 반응용기를 포함하는 원심분리기;
수학식 1을 통해 원심분리기를 제어하는 제어부; 및
각 원심분리 처리 차수에 대해, 원심분리 후 상층액을 추출하는 추출부를 포함하는 원심분리 시스템을 제공할 수 있다.
[수학식 1]
Y1 = a·X1 + b
상기 수학식 1에서,
a는 -200 내지 -100이고,
b는 500 내지 900이고,
X1은 원심분리 처리 차수이며,
Y1은 차수별 원심분리 처리 조건을 의미하며, (원심분리 시간(단위: 분) x 원심분리 처리 속도(단위: 1,000 rpm))를 의미한다.
또한, 상기 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 방법으로 분리된 그래핀 산화물은 원심분리 처리 조건에 따라 단계별로 특정 영역의 크기를 갖는 그래핀 산화물을 효과적으로 분리할 수 있고, 높은 수득률로 대량 생산이 가능하며, 이로 인해, 강판 등과 같은 대면적 코팅에 적용이 용이하다.
도 1은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 방법으로 분리된 각 그래핀 산화물의 평균 직경을 나타낸 SEM 사진이다.
도 2는 일 실시예에서, 본 발명에 따른 수학식 1을 측정한 그래프이다.
도 3은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 수학식 2를 측정한 그래프이다.
하기 본 발명에서, "원심분리 처리 차수"란 복수의 원심분리를 실시할 경우, 원심분리 실시 횟수를 의미하고, 예를 들어, 2 번째 원심분리 시 원심분리 처리 차수를 "2차" 또는 "2회"로 기재할 수 있다. 또한, 상기 "원심분리 처리 차수"는 "차수"로 생략 가능하다.
본 발명은 원심분리 시스템, 이를 이용한 그래핀 산화물의 분리방법 및 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판에 관한 것이다.
상기 그래핀 산화물의 분리방법의 하나의 예로서,
하기 수학식 1을 만족하는 조건으로, 원심분리를 X-1회 수행하고 각 차수 별 원심분리 이후에 그래핀 산화물을 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 산화물의 분리방법을 제공할 수 있다.
[수학식 1]
Y1 = a·X1 + b
상기 수학식 1에서,
a는 -200 내지 -100이고,
b는 500 내지 900이고,
X1은 원심분리 처리 차수이며,
Y1은 차수별 원심분리 처리 조건을 의미하며, (원심분리 시간(단위: 분) x 원심분리 처리 속도(단위: 1,000 rpm))를 의미한다.
본 발명에 따른 그래핀 산화물은 원심분리를 통해 다양한 크기로 제어할 수 있다. 구체적으로, 원심분리 처리 시간, 처리 속도 및 처리 차수에 따라서 그래핀 산화물의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 Y1은 차수가 지날수록 점점 낮아질 수 있다. 이는, 원심분리 1차 시에는 빠른 속도로 오랜 시간 원심분리하여 작은 크기의 그래핀 산화물을 분리할 수 있으며, 차차 차수가 지남에 따라, 비교적 느린 속력으로 짧은 시간 원심분리하여 크기가 큰 그래핀 산화물을 분리할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
구체적으로, 원심분리를 1 내지 X1-1회 수행한 시점에서, 각 회별 원심분리 이후 상층액으로부터 그래핀 산화물을 분리하고, 원심분리를 X1회 수행한 시점에서, 상층액 및 침전물로부터 각각 그래핀 산화물을 분리할 수 있다.
이때, 상기 최종 침전물은 원심분리를 하는 동안 가벼운 상층액에 포함된 그래핀 산화물은 모두 분리된 나머지로서, 가장 큰 크기의 그래핀 산화물을 포함하고 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1에서,
상기 원심분리 처리 차수는 1 내지 5(단위: 회)의 정수이고,
원심분리 시간은 10 내지 70(단위: 분)이며,
원심분리 처리 속도는 1 내지 15(단위: 1,000 rpm)일 수 있다.
구체적으로, 그래핀 산화물이 분산된 분산액을 1 내지 5회 연속 분리하여, 각각의 차수에 대한 상층액을 추출하고, 마지막 차수의 침전물을 추출할 수 있다. 이는, 한번의 연속적인 공정을 통해 다양한 크기의 그래핀을 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 상기 원심분리 처리 차수는 3회 이상일 수 있으며, 이때 추출되는 그래핀 산화물은 비교적 큰 크기로, 대면적 코팅에 적용할 수 있다.
상기 처리 시간은 분 단위로서, 10 내지 70 분 동안 수행할 수 있다. 또한, 처리 속도는 1,000 rpm 단위로서, 1,000 내지 15,000 rpm을 의미할 수 있다. 상기 원심분리 처리 시간 및 처리 속도 범위 내로 조절함으로써, 원심분리기 장치의 결함을 유발하지 않으면서 원심분리 처리를 수행할 수 있다.
원심분리 처리 시간 및 처리 속도는 각각의 차수에서 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 원심분리 처리 1차 시에는 약 9,000 내지 13,000 rpm의 속도로 50 내지 70 분 동안 수행할 수 있고, 2 내지 4차 시에는 약 5,000 내지 9,000 rpm의 속도로 10 내지 60 분 수행할 수 있으며, 5차 시에는 약 1000 내지 5000 rpm의 속도로 20 내지 40 분 수행할 수 있다.
상기 그래핀 산화물이 분산된 분산액을 제조할 시, 사용되는 용매는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 엔-프로판올, 엔-부탄올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 테트라부틸알콜, 이소아밀알콜, 1-옥탄올, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이옥산, m-크레졸, 에틸 아세테이트, 카본디설파이드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 아세트산, 포름산, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 석유에테르, 디에틸아민, 디에틸에테르, 트리에틸아민, 테트라부틸메틸에테르, 디메톡시에탄, 벤질아세테이트 및 1-클로로부탄 에틸아세테이트 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 하기 수학식 2를 만족하는 그래핀 산화물의 분리방법을 제공할 수 있다.
[수학식 2]
Y2 = c·X2 + d
c는 320 내지 450이고,
d는 15 내지 45이고,
X2는 원심분리 처리 차수이며,
Y2는 분리된 그래핀 산화물의 평균 직경(단위: nm)이다.
상기 수학식 1에 따른 방법을 이용한 원심분리 처리를 통해, 상기 수학식 1에 따라 크기가 다른 그래핀 산화물을 분리할 수 있다. 예를 들어, 원심분리 처리 차수가 늘어남에 따라, 상기 분리된 그래핀 산화물의 평균 직경은 커질 수 있다. 구체적으로, 각각의 원심분리 처리 시, 가벼운 상층액을 추출하고 남은 침전물을 이용하여 다시 원심분리를 한다. 여기서, 가벼운 상층액에는 비교적 작은 크기의 그래핀 산화물이 존재한다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 각 원심분리 시, 작은 크기의 그래핀 산화물을 추출한 후, 남은 침전물을 다시 원심분리 하여, 상기 침전물 중 비교적 작은 크기의 그래핀 산화물을 추출하므로, 원심분리 처리 차수가 늘어날수록 분리되는 그래핀 산화물의 크기는 커질 수 있다. 결과적으로, 원심분리 종료 후, 최종 침전물에 잔류하는 그래핀 산화물의 크기가 가장 클 수 있다.
예를 들어, 상기 수학식 2에서, 원심분리 처리 차수는 1 내지 5(단위: 회)의 정수이고,
분산된 그래핀 산화물의 평균 직경 300 내지 2,600(단위: nm)일 수 있다.
예를 들어, 그래핀 산화물이 분산된 분산액을 1 내지 5회 연속 분리하여, 각각의 차수에 대한 상층액을 추출하고, 마지막 차수의 침전물을 추출할 수 있다. 상기 분리된 그래핀 산화물의 직경은 nm의 단위로서, 300 내지 2,600 nm일 수 있다.
이에 대해, 각 원심분리 처리 차수에 대해 분리된 그래핀 산화물의 크기는 서로 다를 수 있으며, 구체적으로, 차수가 늘어날수록 크기는 커질 수 있다.
예를 들어, 원심분리 처리 1차 시에는 평균 직경이 약 350 내지 450 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있고, 2차 시에는, 평균 직경이 약 550 내지 650 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있고, 3차 시에는, 평균 직경이 약 900 내지 1,100 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있고, 4차 시에는, 평균 직경이 약 1,400 내지 1,500 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있고, 5차 시에는, 평균 직경이 약 1,700 내지 1,900 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있으며, 마지막 남은 침전물에서 평균 직경이 약 2,400 내지 2,600 nm인 그래핀 산화물을 분리할 수 있다.
또한, 상기 원심분리 시스템의 하나의 예로서,
그래핀 산화물 분산액이 담지되는 반응용기를 포함하는 원심분리기;
수학식 1을 통해 원심분리기를 제어하는 제어부; 및
각 원심분리 처리 차수에 대해, 원심분리 후 상층액을 추출하는 추출부를 포함하는 원심분리 시스템을 제공할 수 있다.
[수학식 1]
Y1 = a·X1 + b
상기 수학식 1에서,
a는 -200 내지 -100이고,
b는 500 내지 900이고,
X1은 원심분리 처리 차수이며,
Y1은 차수별 원심분리 처리 조건을 의미하며, (원심분리 시간(단위: 분) x 원심분리 처리 속도(단위: 1,000 rpm))를 의미한다.
예를 들어, 원심분리 시스템은 상기 수학식 1을 통해, 자동화될 수 있으며, 이를 통해, 간단한 방법으로 다양한 크기의 그래핀 산화물을 대량으로 생산할 수 있어, 경제성을 확보할 수 있다.
상기 수학식 1에 대한 설명은 상기 설명한 바와 동일할 수 있다.
구체적으로, 수학식 1을 통해 원심분리기를 제어하는 제어부를 통해 원심분리 시간 및 원심분리 처리 속도가 제어되고, 이에 따라, 그래핀 분산액이 담지되는 반응용기를 포함하는 원심분리기에서 원심분리가 일어나며, 원심분리 처리 완료 시, 추출부를 통해, 원심분리된 상층액을 추출할 수 있다. 이는, 연속적으로 이루어질 수 있으며, 약 1 내지 5회 연속적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 원심 분리 차수는 3회 이상일 수 있다.
또한, 상기 분리된 그래핀 산화물을 이용하여 표면처리된 강판의 하나의 예로서,
강판; 및
상기 강판의 일면 또는 양면에 형성된 그래핀 산화물층을 포함하는 표면처리된 강판을 제공할 수 있다.
상기 강판은 특별히 한정되지 않으며, 아연도금 강판, 아연계 합금도금 강판, 알루미늄 도금 강판, 알루미늄계 합금도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. 이는, 자동차 재료, 가전 제품, 건축 재료 등의 용도로 적용할 수 있다.
기존의 그래핀 산화물은 초음파 처리 등의 방법을 통해, 그래핀 산화물을 작은 크기로 박리함으로써 분산성을 높여왔으나, 이와 같은 방법은, 작은 크기의 그래핀 산화물은 다양한 용도로 적용할 수 없다는 문제점이 있었다. 이와 비교하여, 본 발명에 따른 원심분리 방법으로 분리된 그래핀 산화물은 nm 부터 ㎛ 단위까지 다양한 크기의 그래핀 산화물을 간단한 공정으로 대량생산할 수 있으므로, 적용 분야에 제약이 없다.
상기 그래핀 산화물층을 형성하는 그래핀 산화물의 평균 직경은 1.5 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 일 예를 참조하면, 상기 범위의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물은 1 내지 4회의 원심분리를 통해 분리할 수 있다. 상기 범위 내의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물을 이용할 경우, 작은 크기로 인해 분산성이 향상되며, 이는 소규모 면적에 적용하기에 적당할 수 있다.
상기 강판의 폭은 1 m 미만일 수 있다. 구체적으로, 1.5 ㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물은 1 m 미만의 폭으로 제조되는 소규모 강판에 적용할 수 있다. 소규모 강판에 1.5 ㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물을 이용하여 그래핀 산화물층을 형성함으로써, 높은 분산성을 갖는 그래핀 산화물층을 형성할 수 있다.
일반적으로, 강판은 일정 폭을 갖는 레일을 이용하여 제조하며, 상기 폭을 제어함으로써 강판의 크기를 결정할 수 있다. 이때, 강판의 길이 및 두께는 경우에 따라서 다양하게 조절할 수 있다.
상기 그래핀 산화물층을 형성하는 그래핀 산화물의 평균 직경은 1.6 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 일 예를 참조하면, 상기 범위의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물은 5회 이상의 원심분리를 통해 분리할 수 있다. 상기 범위 내의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물을 이용할 경우, 큰 크기로 인해 그래핀 고유 특성을 효과적으로 발휘할 수 있다. 예를 들어, 대규모 면적의 대상 기판에 코팅할 경우, 높은 배향성을 구현할 수 있으며, 각각의 그래핀 산화물 간에 일부 겹치는 부분이 존재하여 높은 전기 전도도 및 우수한 방열성을 구현할 수 있다.
상기 강판의 폭은 1 m 이상일 수 있다. 구체적으로, 1.6 ㎛ 이상의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물은 1 m 이상의 폭으로 제조되는 대규모 강판에 적용할 수 있다. 대규모 강판에 1.6 ㎛ 이상의 평균 직경을 갖는 그래핀 산화물을 이용하여 그래핀 산화물층을 형성함으로써, 단시간에 높은 배향성을 갖는 그래핀 산화물층을 형성할 수 있으며, 그래핀 고유 특성인 전기 전도도 저하를 방지할 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실험예 1
그래핀 산화물이 분산된 분산액을 원심분리기에 넣고, 10,000 rpm의 속도로 1 시간 동안 1차 분리하였다. 그런 다음, 분리된 상층액을 추출하고, 8,000 rpm의 속도로 1 시간 동안 2차 분리하였다. 그런 다음, 분리된 상층액을 추출하고, 8,000 rpm으로 30 분 동안 3차 분리하였다. 그런 다음, 8,000 rpm으로 15 분 동안 4차 분리하였다. 그런 다음, 3,500 rpm으로 30 분 동안 5차 분리하였다. 그런 다음 상층액 및 침전물을 분리하였다.
각 차수에서 분리된 그래핀 산화물의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. 구체적으로, 각 차수에 대한 그래핀 산화물을 왼쪽 위(1차), 가운데 위(2차), 오른쪽 위(3차), 왼쪽 아래(4차) 가운데 아래(5차) 및 오른쪽 아래(침전물)에 나타내었다. 또한, 5㎛ 배율로 촬영하였으며, 각각의 평균 직경(average size)를 기재하였다.
상기 각각의 분리 과정에서 상층액 및 침전물에 대하여, 그래핀 산화물의 평균 직경을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1을 통해 나타내었다.
1차 2차 3차 4차 5차 최종 침전물
처리 속도 (1,000 rpm) 10 8 8 8 3.5 0
처리 시간
(분)		 60 60 30 15 30 0
평균 직경
(nm)		 400 600 1,000 1,500 1,800 2,500
상기 표 1을 참조하면, 원심분리 차수가 증가함에 따라, 산화된 그래핀의 평균 직경이 점점 커지는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 실험예 1을 통해 수행된 원심분리 과정에서, 본 발명에 따른 수학식 1 및 수학식 2를 측정하였다. 그 결과는 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다. 도 2는 각 차수에 따른 Y1 값을 나타내었으며, 이를 참조하면, 차수가 지남에 따라 Y1 값은 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 빠른 속도로 오랜 시간 원심분리하여 작은 크기의 그래핀 산화물을 분리할 수 있으며, 차차 차수가 지남에 따라, 비교적 느린 속력으로 짧은 시간 원심분리하여 크기가 큰 그래핀 산화물을 분리할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 도 3은 각 차수에 따른 Y2 값을 나타내었다. 이를 참조하면, 차수가 지남에 따라 Y2 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 원심분리를 통해, 작은 크기의 그래핀 산화물을 분리해나가며, 최종적으로 남는 침전물에 포함된 그래핀 산화물의 크기가 가장 크다는 것을 의미할 수 있다.
결과적으로, 상기 수학식 1에 따른 원심분리 조건을 통하여, 수학식 2에 따른 크기를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 하기 수학식 1을 만족하는 조건으로, 원심분리를 X1회 수행하고 각 차수 별 원심분리 이후에 그래핀 산화물을 분리하는 단계;
    상기 분리된 그래핀 산화물을 강판의 일면 또는 양면에 그래핀 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 분리된 그래핀 산화물을 이용한 강판의 표면처리 방법:
    [수학식 1]
    Y1 = a·X1 + b
    상기 수학식 1에서,
    a는 -200 내지 -100이고,
    b는 500 내지 900이고,
    X1은 원심분리 처리 차수이며,
    Y1은 차수별 원심분리 처리 조건을 의미하며, (원심분리 시간(단위: 분) x 원심분리 처리 속도(단위: 1,000 rpm))를 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    원심분리를 1 내지 4회 수행하고, 각 차수 별 원심분리 이후에 그래핀 산화물을 분리하고, 상기 분리된 그래핀 산화물을 이용한 강판의 표면처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    원심분리를 5회 이상 수행하고, 각 차수 별 원심분리 이후에 그래핀 산화물을 분리하고, 상기 분리된 그래핀 산화물을 이용한 강판의 표면처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 2를 만족하는 분리된 그래핀 산화물을 이용한 강판의 표면처리 방법:
    [수학식 2]
    Y2 = c·X2 + d
    c는 320 내지 450이고,
    d는 15 내지 45이고,
    X2는 원심분리 처리 차수이며,
    Y2는 분리된 그래핀 산화물의 평균 직경(단위: nm)이다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    원심분리 처리 차수는 1 내지 5(단위: 회)의 정수이고,
    분산된 그래핀 산화물의 평균 직경 300 내지 2,600(단위: nm)인 것을 특징으로 하는 분리된 그래핀 산화물을 이용한 강판의 표면처리 방법.
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