KR101912294B1 - 그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법 - Google Patents

그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법 에 관한 것으로, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 그래핀 제조방법, 이를 포함하는 그래핀 분산 조성물, 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHENE, DISPERSED COMPOSITE OF GRAPHENE AND METHOD FOR MANUFACTURING DISPERSED COMPOSITE OF GRAPHENE}
본 발명은 그래핀 제조방법, 그래핀 분산 조성물, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
E3로 총칭되는 에너지 (Energy), 경제 (Economy) 그리고 환경 (Environment)분야는 미래의 인류가 보다 높은 수준의 삶을 살기 위해 해결해야 할 당면 과제이다. 특히 국가기반사업의 IT/BT/ET 분야에서 전기적, 열적, 기계적으로 우수한 그래핀은 응용기술분야의 핵심기술로써 차세대 핵심 소자로 인식되고 있다.
그래핀의 우수한 전기적 물성은 디스플레이 및 전기, 전자, 바이오분야의 핵심소자로 활용가능성이 제시되고 있으며, 특히 반도체 소자의 시장은 이미 2007년도에 100조원을 넘어섰다. 더욱이, RF 전자소자의 경우 전체 시장규모는 연평균 6.2%(2007-2011년) 성장하고 있으며, 2007년 9조원 정도에서 2011년 12조원 규모로 증가할 것이 예상되고 있다. 또한 그래핀의 기계적, 물리화학적 특성은 2차 전지 및 슈퍼캐패시터 분야에 응용할 수 있으며, 교환국/기지국 전원용, 무공해차량(연료전지자동차, 전기자동차, 하이브리드 자동차)용, 고출력, 고성능의 중/대형 산업용 등으로 향후 주요 활용분야로 확대될 것으로 예상된다.
그래핀은 기계적 박리 (Mechanical Exfoliation), 에피텍시 (Epitaxial Growth), 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition), 흑연 산화-환원 (Graphite Oxide-Reduction), 흑연 층간화합물 (Graphite Intercalation Compound) 등의 방법에 의해 제조할 수 있다.
기계적 박리법은 간단한 제조 공정에 의해 고품질의 그래핀을 제조할 수 있으나 제조된 그래핀의 매우 낮은 수율 및 불균일한 그래핀 시트의 크기는 상업적으로 응용하기에 적합하지 않다.
에피텍시 및 화학기상증착법을 이용하여 제조된 그래핀은 흑연의 극심한 산화환원 공정에 의해 제조된 흑연층간화합물에 비해 기계적, 열적, 전기적으로 우수한 그래핀 시트를 합성할 수 있으나 약 1000 ℃의 고온공정으로 인한 높은 제조비용 및 협소한 반응기 공간으로 인한 낮은 수율은 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 특히, 액상공정 기반 고품질 그래핀의 복합화의 경우 그래핀의 낮은 표면전하로 인하여 그래핀간의 강한 응집력이 발생된다. 이로 인하여 선정된 용매에서 매우 낮은 분산 특성이 나타나고, 융복합소재의 기계적, 전기적 물성의 저하를 동반하여 현실적 적용 및 학문적 연구에 상당한 장애를 가지고 있다.
현재 그래핀의 표면 개질을 통한 분산특성 향상에 관한 많은 연구 논문이 발표되어 왔다. 일반적으로 그래핀의 표면 개질은 화학적인 산처리나 초음파를 통하여, 그래핀 표면에 산소(Oxygen), 질소(Nitrogen) 등과 관련된 다양한 기능기의 도입을 통하여 가능하며, 이러한 접근은 그래핀 고유한 분자 구조에 상당한 손상을 줄 수 있다. 이에, 전기적, 열적, 물리적 성질에 크게 영향을 미친다.
또한 계면활성제와 블록 공중합체를 이용한 접근의 경우, 소수성 부분이 그래핀 표면에 물리적 흡착이 되고, 친수성 부분이 용매 쪽을 향하여 쌍극자(dipole)를 형성하며 안정적인 그래핀을 분산시킬 수 있다. 예로 SDS(sodium dodecyl sulfate), 트윈 20, 트리톤 X-100, NaDDS(sodium dodecyl sulfate), OTAB(octadecyltrimethylamonium bromide) 등의 연구결과가 있다. 그러나 짧은 사슬 계면활성제를 이용한 표면 개질은 매트릭스 고분자에 비해 전도성 막 형성(film formation)시 현격하게 낮아지는 전기전도도로 인하여 계면활성제를 이용한 표면 개질에는 바람직하지 않을 수 있다. 게다가 이러한 접근은 그래핀/고분자 복합체 적용에 물리적 특성을 현격히 저하시키며, 계면활성제의 흡착, 탈착 평형 및 그래핀의 강한 인력으로 인해 장기적 안정성에 크게 문제가 되고 있다. 블록 공중합체는 소수성/친수성의 특성을 함께 가지고 있는 양쪽성 특성으로 그래핀의 표면을 개질할 수 있다. 그 예로 블록 공중합체인 폴리스티렌-폴리아크릴산(PS-PAA)과 그래핀을 분산하는 연구가 진행됐다. [J. Am. Chem. Soc., 125, 5650 (2003)] 또한 탄소나노튜브에 강산과 함께 초음파를 이용하여 비닐계 고분자를 탄소나노튜브에 그라프팅을 하여 분산특성을 향상하였지만, 심각한 물성 저하를 초래하였다. [특허 제689866호]
그 외 생체 고분자를 이용하여 p-상호작용, 소수적 상호작용, 반데르발스 힘, 아민 작용기에 의한 이온결합, 수소결합을 이용하여 그래핀의 표면의 개질이 연구되었지만 상업적인 활용성에는 크게 제한이 되게 있다.
이에, 고수율의 무결점 그래핀의 제조, 및 그래핀의 물성저하 없이 분산특성을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 일 구현예는, 고수율로 무결점의 그래핀을 제조할 수 있는 무결점 그래핀의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 다양한 용매에 무결점 그래핀이 안정적이고 균일하게 분산된, 무결점 그래핀의 분산 조성물, 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 그래핀 제조방법을 제공한다.
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 온도는, 70℃ 이상, 및 200℃ 이하인 것일 수 있다.
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 시간은, 30분 이상, 및 90분 이하인 것일 수 있다.
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;는, 10-5 Torr 초과, 및 10-2 Torr 이하의 진공조건에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 피리딘계 용매는, 피리딘 (Pyridine), 피리디늄(Pyridinium)계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 그래핀 제조방법은, 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 이후에, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;는, -41.6℃ 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하는 것일 수 있다.
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;는,
0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는, 1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것일 수 있다.
상기 그래핀 제조방법은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계; 이후에, 상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예에서 제조된 그래핀, 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는 그래핀 분산 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것일 수 있다.
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 비공유 상호작용을 통해 부착되는 것일 수 있다.
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;는, 교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 수행되는 것일 수 있다.
상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)),
폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 분산 용매는, 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예에서 제조된 그래핀; 및 상기 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및 분산 용매;를 포함하는 그래핀 분산 조성물을 제공한다.
상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 분산 용매는, 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예는, 고수율로 무결점의 그래핀을 제조할 수 있는 무결점 그래핀의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 다양한 용매에 무결점 그래핀이 안정적이고 균일하게 분산된, 무결점 그래핀의 분산 조성물, 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 무결함 그래핀의 제조방법에 대한 예시적인 공정 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 그래핀의 다양한 용매에서의 분산상태를 확인할 수 있는 디지털 카메라 사진, 및 물성 측정 데이터이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 흑연층간화합물의 디지털 카메라 사진(a), 초음파 처리 후의 혼합액의 디지털 카메라 사진(c) 및 건조된 무결함 그래핀의 디지털 카메라 사진(b)과, 제조된 무결함 그래핀의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진(d,e)과, pristine graphite, KC8 층간화합물, 그래핀 나노 시트(Graphene Nanosheet, GNS) 및 상기 실시예 1에서 제조된 그래핀에 대한 X-선 회절 분석 데이터(f) 및 Raman 분광기 측정 데이터(g)이다.
도 4는 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 및 본 발명의 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀의 광학 현미경 사진 및 AFM phase(a)와, Raman 분광기 측정 데이터(b)와, 알려진 그래핀 물성 관련 결과의 비교예 데이터(c)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀에 대한 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 표면 분석결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는, 순수한 그래핀 수준의 물성을 갖고 있는 무결점 그래핀의 제조방법과, 이러한 무결점 그래핀의 표면 개질을 통한 다양한 용매에서의 분산성이 확보된 무결함 그래핀의 분산 조성물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 통해 그래핀의 물성저하 없이 다양한 표면 개질제를 이용하여 극성/비극성의 다양한 분산 용매에 안정적인 분산 특성을 가지는 그래핀을 제조할 수 있다.
이에, 이러한 무결점 그래핀은 그래핀의 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예는, 천연흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계; 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;를 포함하는, 무결함 그래핀의 제조방법을 제공한다. 도 1은 이러한 무결함 그래핀의 제조방법의 제조 공정 모식도이다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 이에 한정하는 것은 아니다.
박리 용매로 피리딘계 용매를 사용함으로써, 알카리 금속이 삽입된 흑연층간화합물 제조시, 종래 박리 온도 대비 낮은 온도 및 저진공 조건에서 흑연층간화합물을 제조할 수 있어, 공정비용이 획기적으로 절감될 수 있다.
또한 피리딘을 이용한 박리는 층간화합물에 삽입된 알칼리 금속이 피리딘 솔루션에 이온 상태로 용해될 때, 흑연으로 전달된 전자를 흑연과의 화학적 반응을 일으키지 않고 피리딘 용매에 안정적으로 용해시키는 특성을 지니고 있어, 다른 분산용매에 비하여 그래핀의 물성의 유지할 수 있는 탁월한 특성을 가지고 있다.
또한, 피리딘계 박리 용매 하에서 박리를 수행함으로써, 산화/환원 과정을 거칠 필요 없이, 그래핀 고유의 물성을 그대로 유지하는 무결점 그래핀의 제조가 가능할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 피리딘계 박리 용매는, 피리딘 (Pyridine), 피리디늄 (Pyridinium)계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 흑연층간화합물의 제조하는 단계의 시행 조건은, 200℃ 이하(구체적으로는 70℃ 이상, 및 200℃ 이하)의 온도, 및 10-5 Torr 초과 및 10-2 Torr 이하 수준의 진공조건인 것일 수 있다. 약 300 내지 400℃ 온도 및 약 10-7 내지 10-5 Torr 의 조건인 종래 공정 조건보다 저온, 및 저진공 조건에서 흑연층간화합물을 제조함으로써, 공정 비용이 획기적으로 절감될 수 있다.
상기 무결함 그래핀의 제조방법은, 상기 흑연층간화합물을 피리딘계 용매와 혼합하는 단계; 이후에, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 흑연층간화합물의 흑연 층간(interlayer) 거리를 확장시킴으로써, 박리 효율이 향상될 수 있다. 이러한 층간 거리의 확장은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 용매의 녹는점 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하여 이루어질 수 있다. 예시적으로, 피리딘 용매의 경우 -41.6℃ 이상 및 0℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 층간 확장을 위한 상기 범위의 온도 한정의 이유는 층간화합물에 존재하는 알칼리 금속이 피리딘 용매에 알칼리 금속 이온으로 이온화되는 속도를 경감함이며, 방치 시간은 온도 및 층간 확장 정도에 따라 유연하게 조절될 수 있다.
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계;는, 0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 이러한 초음파 처리를 통해, 피리딘계 용매 하에서 흑연층간화합물로부터 결함의 발생 없이 그래핀의 박리가 이루어 질 수 있다.
또한, 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는, 1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것일 수 있다. 흑연층간화합물 제조시, 알카리 금속의 혼합량이 너무 적은 경우 균일한 층간화합물 형성에 문제가 발생할 수 있다. 반면, 알카리 금속의 혼합량이 너무 많은 경우 그래핀 박리시 그래핀 표면에 물성저하를 초래할 수 있다.
상기 무결함 그래핀의 제조방법은, 상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매를 초음파처리하는 단계; 이후에, 상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘계 용매 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 이는 그래핀 박리 후 용매를 제거하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계이다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예의 제조방법에 따라 제조된 무결함 그래핀, 무결함 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조방법을 제공한다.
제조된 무결함 그래핀의 표면 개질을 통해 다양한 분산 용매에서의 분산성을 향상시켜 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능할 수 있다.
보다 구체적으로, 표면 개질제를 통한 무결함 그래핀의 비공유 기능기화, 물리적 부착, 또는 공유기능기화 등에 의해 표면이 개질될 수 있고, 개질제에 따라 다양한 친수성/소수성 분산 용매에의 분산 특성이 향상될 수 있다. 후술되는 실시예에 뒷받침되는 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에서는 피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합, 및 유사한 물성을 갖는 다양한 용매에의 분산 특성이 우수한 표면 개질된 무결함 그래핀 분산 조성물을 제공하고자 한다.
상기 표면 개질제는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone], PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합일 수 있다. 보다 구체적으로는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 나피온 (Nafion®)인 것일 수 있다. 이러한 유기분자, 또는 전도성 고분자 표면 개질제를 통해 무결함 그래핀의 표면이 비공유 기능기화 등에 의해 개질되어, 상기 언급한 용매 내 분산성이 향상될 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해, 상기 표면 개질제가 상기 무결함 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 물리적 힘은 교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 인가될 수 있다. 이러한 단계를 통해, 조성물 내에서 표면 개질제가 무결함 그래핀의 표면에 물리적으로 결합되거나, 비공유기능기화 또는 공유기능기화 시킴으로써 용매 내 분산성이 향상된 분산 조성물이 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 본 발명의 일 구현예의 제조방법에 따라 제조된 무결함 그래핀; 및 상기 무결함 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및 분산 용매;를 포함하는 무결함 그래핀의 분산 조성물을 제공한다.
이는, 상기 본 발명의 다른 일 구현예에 따라 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물로써, 후술되는 실시예에 뒷받침되는 바와 같이, 제조된 무결함 그래핀의 표면 개질을 통해 다양한 분산 용매에서의 분산성을 향상시켜 고유한 물성을 유지하면서 다양한 용매에 분산시켜 사용할 수 있으므로 경량/고강도 융복합소재, 방열소재, 나노잉크용 소재, 이차전지, 연료전지 등의 전극소재 및 배리어/코팅 소재 등 다양한 응용 분야로의 확대가 가능할 수 있다.
상기 표면 개질제, 및 용매에 관한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 : 무결함 그래핀의 제조
그래파이트(pristine graphite) 1g과 칼륨(potassium metal) 0.407g(그래파이트 : 칼륨의 몰비 = 8:1)을 Pyrex tube에 채워넣은 후 30분간 진공 흡인 하여, 10-2 Torr의 진공 및 110℃에서 1시간동안 열처리를 하여 흑연층간화합물을 합성하였다. 제조된 흑연층간화합물은 밝은 금색을 띄고 있었다.
이후, 박리 용매로 피리딘(Pyridine, 구입처 : Sigma Aldrich) 100 mL 에 상기 흑연층간화합물 100 mg을 혼합한 후 피리딘의 녹는점인 -41.6℃ 이상, 및 0 ℃ 이하의 온도에서 24시간 보관하여, 흑연 층간 거리를 확장시켰다.
이후, 흑연층간화합물의 층간 interlayer가 확장된 그래핀 나노시트를 5℃ water bath에서 1시간 동안 초음파 처리를 하여 무결점 그래핀을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 초음파 처리 및, filtration 이후 오븐에서 건조시켜 (60 ~ 80 ℃) 무결점 그래핀 분말을 수득하였다.
실시예 2 : 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조
상기 실시예 1 이후, 무결점 그래핀 10 mg 과 표면개질제 (PTCDA, PDPP, PFDMA) 1 mg을 pyridine 용매 10 mL 에 분산시킨 후 60 ℃에서 24시간 교반하여 무결점 그래핀에 비공유 기능기화를 실시 하였다.
실시예 3 : 무결함 그래핀의 분산 조성물의 제조
상기 실시예 1 이후, Pyridine 분산용매에 무결점 그래핀을 분산 농도 1 mg/mL으로 분산된 그래핀과 표면개질제 (Nafion, D-521 dispersion, 5% w/w in water and 1-propanol) 4 mL을 다양한 분산용매 (Toluene, DMSO, IPA, Acetone, Ethanol, Methanol, DI) 12 mL 에 분산시킨 후 90분동안 water bath 초음파를 이용하여 무결점 그래핀의 비공유 기능기화를 실시 하였다.
실험예
실험예 1
도 2는 상기 실시예 1에서 제조된 단/다층의 그래핀의 10 mg을 각각 10 mL hexane, Toluene, THF, EtOH, Pyridine, DMF, DMSO, DI의 용매에 혼합 후, 5 ℃의 water bath에서의 1시간 동안 초음파 처리 전후 사진, 및 물성 측정 데이터이다.
반응이 완료된 후 각각의 그래핀은 Raman 분광기(Raman spectroscopy)을 이용하여 그래핀의 물성을 측정하였다. 그래핀의 라만 분광기에서 가장 눈에 띄는 것은 1580 cm-1 부근의 G 피크와 2700 cm-1 부근의 2D 피크이다. 두 피크는 흑연의 경우에도 유사한 위치에서 발견된다. 이 두 피크 이외에 그래핀의 물성에 따라 1350 cm-1 부근에 D 피크가 발견이 되는데, 이는 결정 내의 결함에 의한 피크로서 그래핀의 경우에는 시편의 가장자리 부근이나 시료에 결함이 많은 경우에만 관찰이 된다. 이 데이터로부터 그래핀의 구조의 결정화도를 나타내는 D Peak to G Peak의 Intensity의 비를 계산하여 물성의 변화를 확인하였다.
도 2에서 알 수 있듯이, Pyridine 용매의 경우 완벽히 고유물성을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2
도 3은 상기 실시예 1에서 제조된 흑연층간화합물의 디지털 카메라 사진(a), 초음파 처리 후의 혼합액의 디지털 카메라 사진(c) 및 건조된 무결함 그래핀의 디지털 카메라 사진(b)과, 제조된 무결함 그래핀의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진(d,e)과, pristine graphite, KC8 층간화합물, 그래핀 나노 시트(Graphene Nanosheet, GNS) 및 상기 실시예 1에서 제조된 그래핀에 대한 X-선 회절 분석 데이터(f) 및 Raman 분광기 측정 데이터(g)이다.
라만분광기 측정 결과를 통하여, 제조된 그래핀에서 3개의 특성 peak (1350 cm-1: D, 1580 cm-1: G, 2700 cm- 1: 2D)를 관찰할 수 있었다. 1350 cm-1에서 관찰되는 D peak은 그래핀의 구조의 결함에 의해 유도되는 peak으로 알려져 있으며, 본 실시예에서 제조된 그래핀은 매우 낮은 구조적인 결함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 제조된 그래핀이 구조적인 결함없이 성공적으로 생성됨을 확인 할 수 있었다.
더욱이, XRD를 통하여 층간화합물의 Intercalant로 K metal이 형성됨을 확인할 수 있었으며 제조공정 온도의 증가에 따라 흑연의 층간사이의 거리 (d002: 3.34 Å)로부터 나타나는 26.4°의 Intensity는 줄어들고 알칼리 금속 이온의 삽입에 의해 나타나는 15.5° (d002: 5.71 Å)의 Intensity는 증가함을 확인 할 수 있다. 상기 언급한 공정 온도 및 압력의 제어를 통하여 흑연의 층간사이를 더욱 확장할 수 있으며, 그래핀의 제조에 더욱더 긍정적인 효과를 기대할 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 3
도 4는, 상기 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀, 그래핀 옥사이드, 및 환원된 그래핀 옥사이드의 광학 현미경 사진, 및 AFM phase(a)와, Raman 분광기 측정 데이터(b)와, 알려진 그래핀 물성 관련 결과의 비교에 데이터이다.
제조된 무결점 그래핀은 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드에 비해 현격하게 물성을 유지하고 있음을 Raman 분광법으로 확인할 수 있으며, 본 실시예에서 제조한 무결점 그래핀의 물성은, 현재까지 가장 물성이 좋은 Mechanical 박리한 그래핀과 거의 동등한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
실험예 4
도 5는 상기 실시예 1에서 제조된 무결함 그래핀에 대한 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 표면 분석결과이다.
단/다층의 그래핀의 박리 후에도 284.5 eV의 C-C bonding energy의 값이 거의 변화가 없으며, 초기 그래파이트가 함유한 산소 (oxygen) 원자의 함량에 2% 미만으로 거의 증가하지 않음을 확인할 수 있다.
실험예 5
도 6은 상기 실시예 2에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다. TDPP를 이용하여 비결함 그래핀의 비공유기능기화에 따른 Photoluminacne (PL) quenching은 (우측 마지막 사진) 비공유기능기화가 형성됨을 확인시켜 준다.
실험예 6
도 7은 상기 실시예 3에서 제조된 무결함 그래핀의 분산 조성물의 분산 특성을 확인한 디지털 카메라 사진이다. 분산용매의 변화에 따른 비결함 그래핀의 분산특성 변화를 확인 할 수 있다. 구체적으로, 극성/비극성의 다양한 분산용매에서 분산성이 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (19)

10-5 Torr 초과, 및 10-2 Torr 이하의 진공조건에서 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;
상기 흑연층간화합물을 피리딘과 혼합하는 단계;
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계; 및
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계;를 포함하고,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 방치하여, 흑연층간화합물의 흑연 층간 거리를 확장시키는 단계;는,
-41.6℃ 이상, 및 0℃ 이하의 온도에서, 3시간 이상, 및 48시간 이하의 시간 동안 방치하는,
그래핀 제조방법.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 온도는,
70℃ 이상, 및 200℃ 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;의 열처리 시간은,
30분 이상, 및 90분 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에서,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계;는,
0℃ 이상, 및 10℃ 이하의 온도에서, 10분 이상, 및 24시간 이하의 시간 동안 수행되는 것인,
그래핀 제조방법.
제 1항에서,
상기 천연 흑연 (Graphite), 및 알칼리 금속의 혼합물을 열처리하여 흑연층간화합물을 제조하는 단계;에서,
상기 혼합물 내 천연 흑연 및 알카리 금속의 몰비(천연 흑연 : 알카리 금속)는,
1:0.1 이상, 및 1:0.2 이하인 것인,
그래핀 제조방법.
제 1항에서,
상기 혼합된 흑연층간화합물 및 피리딘을 초음파처리하는 단계; 이후에,
상기 초음파 처리된 흑연층간화합물 및 피리딘 혼합물을 건조하여 무결함 그래핀을 수득하는 단계;를 더 포함하는,
그래핀 제조방법.
제 1항에서 제조된 그래핀, 그래핀 표면 개질제, 및 분산 용매를 혼합하는 단계;
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;를 포함하는
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 11항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해,
상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 물리적, 또는 화학적으로 부착되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 12항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;에 의해,
상기 표면 개질제가 상기 그래핀 표면에 비공유 상호작용을 통해 부착되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 11항에서,
상기 혼합된 혼합물에 물리적 힘을 인가하는 단계;는,
교반 (Stirring), 초음파 처리, 또는 이들의 조합을 통해 수행되는 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 11항에서,
상기 표면 개질제는,
3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 11항에서,
상기 분산 용매는,
피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물의 제조방법.
제 1항에서 제조된 그래핀; 및
상기 그래핀 상에 물리적, 또는 화학적으로 부착되어 있는 표면 개질제; 및
분산 용매;를 포함하는
그래핀 분산 조성물.
제 17항에서,
상기 표면 개질제는,
3,4,9,10-페릴렌테트라카본소우어디안하이드라이드 (3,4,9,10-Perylentetracarbonsauredianhydrid, PTCDA), 싸이오펜-디케토피롤로피롤 (Thiophene-Diketopyrrolopyrrole, TDPP), 폴리(9,9-디-(N,N-디메틸아미노프로필플루레닐-2,7-디일 (Poly(9,9-di-(N,N-dimethylaminopropylfluorenyl-2,7-diyl), PFDMA), 폴리(파라-페닐렌비닐렌) (Poly(p-phenylenevinylene)), 폴리(3-헥실-싸이오펜) (Poly(3-hexyl-thiophene)),
폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b;3,4-b']디싸이오펜)-alt-4,7(2,1,3-벤조싸이아디아졸)] (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], PCPDTBT), 폴리[N-9'-헵타데카닐]-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-싸이에닐-2',1',3'-벤조싸이아디아졸)] (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], PCDTBT), 폴리[[9-(1-옥틸노닐)-9H-카바졸-2,7-디일]-2,5-싸이오펜디일-2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7-디일-2,5-싸이오펜디일] (Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PCDTBT), 폴리(4,4-디옥틸디싸이에노(3,2-b:2'3'-d)실롤)-2,6-디일-alt-(2,1,3-벤조싸이아디아졸-4,7,-디일) (Poly(4,4-dioctyldithieno(3,2-b:2',3'-d)silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl,PSBTBT), 폴리[1-(6-{4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-6-메틸벤조[1,2-b;4,5-b']디싸이오펜-2-일}-3-플루오로-4-메틸싸이에노[3,4-b]싸이오펜-2-일)-1-옥타논] (Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone] , PBDTTT-CF), 나프탈렌 디이미드 (Naphthalene Diimide, NDI), 페릴렌 디이미드 (Perylene Diimide, PDI), 나피온 (Nafion®), 카바졸 (Carbazole), 싸이아졸 (Thiazole), 셀레노펜 (Selenophene), 퓨즈드 싸이오펜 (Fused thiophene), 나프쏘싸이아디아졸 (Naphthothiadiazole), 페노싸이아진 (Phenothiazine), 퀴녹살린 (Quinoxaline), 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물.
제 17항에서,
상기 분산 용매는,
피리딘(Pyridine), 톨루엔 (Toluene), 디메틸술폭시드 (Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올 (Isopropyl alcohol, IPA), 아세톤 (Acetone), 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 물, 또는 이들의 조합인 것인,
그래핀 분산 조성물.
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