KR101979077B1 - Separation method of graphene oxide and graphene oxide nanoribbon - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 산을 함유한 분리액을 넣고 원심분리하여 상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본을 분리하는 단계를 포함한다.The method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbon according to the present invention comprises separating oxidized graphene and graphene oxide nanoparticles by separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons into separate solutions containing acid, .
Description
본 발명은 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons.
그래핀은 열적, 전기적, 기계적 특성이 좋아 탄소나노튜브 만큼 많은 영역에서 그 응용성이 기대되고 있다. 특히, 그래핀이 가지고 있는 이차원구조는 독특한 물리적 성질과 더불어 전기-전자적 응용 측면에서 여타의 탄소 동소체들과는 다른 매우 독특한 장점을 가지고 있다.Graphene has good thermal, electrical and mechanical properties and is expected to be applicable in as many areas as carbon nanotubes. In particular, the two-dimensional structure of graphene has distinctive physical properties, as well as a very unique advantage over other carbon isotopes in terms of electro-electronic applications.
이러한 그래핀을 제조하는 다양한 방법이 공지되어 있는데, 예를 들면 그래파이트로부터 개별 그래핀층의 접착 테잎 박리, 그래파이트로부터 그래핀층의 화학 기반 박리, 및 화학 증착법이 포함될 수 있다. 이러한 방법들은 대략 피코그램 양의 그래핀을 제공하는 한계가 있다. Various methods of making such graphenes are known, for example, adhesive tape peeling of individual graphene layers from graphite, chemical-based exfoliation of graphene layers from graphite, and chemical vapor deposition. These methods have limitations in providing approximately a picogram amount of graphene.
또한, 그래핀 나노리본을 생성하기 위해 리소그래피 합성법이 개발되었다. 그러나, 극소량의 그래핀 나노리본이 제조되어 산업상 응용 가능성이 낮으며, 이러한 리소그래피 합성법은 플라즈마 에칭등을 수행함으로 비용적인 면에서 문제점이 있다. Lithography synthesis methods have also been developed to produce graphene nanoribbons. However, since a very small amount of graphene nanoribbons are produced, industrial applicability is low, and such a lithography synthesis method is problematic in terms of cost because it performs plasma etching and the like.
한편, 한국공개특허 제10-2017-0000174호와 같이, 그래핀 나노리본은 화학 증착법에 의해 또는 농축 산에 의한 산화공정에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 순수한 그래핀 나노리본을 수득하기 힘든 문제점이 있다. On the other hand, as in Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0000174, graphene nanoribbons can be produced by chemical vapor deposition or by an oxidation process by concentrated acid. However, this method has a problem that it is difficult to obtain a pure graphene nanoribbons.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 분리할 수 있는 방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for independently separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가로 고려될 것이다.On the other hand, other unspecified purposes of the present invention will be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 산을 함유한 분리액을 넣고 원심분리하여 상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본을 분리하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided a method for separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons by separating the graphene oxide and the oxidized graphene nanoribbons with an acid- And separating the oxidized graphene and the oxidized graphene nanoribbons.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 산의 농도는 0.5 내지 3 중량%일 수 있다. In the method of separating the graphene oxide graphene and the graphene oxide graphene graphene according to an embodiment of the present invention, the concentration of the acid may be 0.5-3 wt%.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계를 일 단위공정으로 하여 상기 단위공정을 반복 수행할 수 있다. In the method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, the unit process may be repeatedly performed using the separating step as a unit process.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계를 제1단위공정이라할 때, 제n단위공정의 산 농도는 상기 제1단위공정의 산 농도 보다 더 낮은 것일 수 있다: 여기서, 상기 n은 2이상의 자연수를 의미한다.In the method of separating oxide graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, when the separation step is referred to as a first unit process, the acid concentration of the n-th unit process is Concentration: " n " means a natural number of 2 or more.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계시, 하기 관계식 1을 만족할 수 있다:In the method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, in the separating step, the following relational expression 1 can be satisfied:
[관계식 1][Relation 1]
1.5 ≤ a/b ≤ 71.5? A / b? 7
(상기 관계식 1에서, a는 상기 제1단위공정에서 산 농도이며, b는 상기 n단위공정에서 산 농도이다.) (In the above relational expression 1, a is the acid concentration in the first unit process and b is the acid concentration in the n-unit process.)
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계시, 하기 관계식 2를 만족할 수 있다:In the method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, the separating step may satisfy the following relationship 2:
[관계식 2][Relation 2]
Pn = P1 - n×dPn = P1 - n x d
(상기 관계식 2에서, Pn은 상기 제n단위공정에서 산 농도이며, P1은 제1단위공정에서 산 농도이며, n은 2 이상의 자연수이며, d는 0.1 내지 0.4 이하의 실수이다.)(Where Pn is the acid concentration in the n-th unit process, P1 is the acid concentration in the first unit process, n is a natural number of 2 or more, and d is a real number of 0.1 to 0.4 or less).
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계 이후에, 분리된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 투석하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of separating the graphene oxide graphene and the graphene oxide graphene according to an embodiment of the present invention, the separate graphene oxide graphene and the graphene oxide graphene grains may be independently dialyzed .
본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 분리 단계 이전에, 상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 산을 함유한 분리액을 넣고 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of separating the graphene oxide graphene and the graphene oxide nanoribbon according to an embodiment of the present invention, the separating solution containing the acid in the graphene oxide graphene and the graphene oxide nanoribbon is put in and washed Step < / RTI >
본 발명의 기술적 사상에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 탄소나노튜브로부터 상호 독립적으로 분리된 순수한 산화그래핀과 순수한 산화그래핀 나노리본을 제조할 수 있다. According to the technical idea of the present invention, the method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons can produce pure oxide grains and pure graphene graphene nanoribbons, which are independently separated from carbon nanotubes.
또한 본 발명은 초음파 공정과 같은 별도의 분산공정 없이 단순히 원심분리를 이용함으로써 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 분리할 수 있다. In addition, the present invention can separate the graphene oxide and the graphene oxide grains independently by using centrifugation without a separate dispersion process such as an ultrasonic process.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if the effects are not explicitly mentioned here, the effect described in the following specification, which is expected by the technical features of the present invention, and its potential effects are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법의 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 의해 분리된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 나타내는 SEM 사진이다.FIG. 1 is a flowchart of a method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a SEM photograph showing oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons separated by a method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbon according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The following embodiments and drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. In addition, unless otherwise defined in the technical and scientific terms used herein, unless otherwise defined, the meaning of what is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs is as follows, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
일반적으로 알려진 플레이트(flake)상의 그래핀 제조방법은 흑연을 강산, 염 등으로 반응시켜 산화그래핀을 제조한다. 이러한 산화그래핀은 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀 시트(graphene sheet)가 적층되어 있는 구조를 의미할 수 있다. 그리고, 이러한 방법으로 제조된 산화그래핀은 미반응한 흑연, 산화그래핀 나노리본 등과 함께 혼재(혼합)된 상태로 수득되게 된다. 즉, 건조된 상태에서 상기 산화그래핀은 제조시 불규칙하게 떨어져 나온 무정형의 플레이크(flake)를 다수 포함할 수 있다. Generally, a method for producing graphene on a known flake is to produce graphene oxide by reacting graphite with strong acid, salt or the like. Such oxidized graphene may mean a structure in which a plate-shaped two-dimensional graphene sheet in which carbon atoms are connected in a hexagonal shape is laminated. The graphene grains produced by this method are mixed with unreacted graphite, graphene grains, and the like. That is, in the dried state, the graphene oxide may include many amorphous flakes that are irregularly separated during manufacture.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 분리방법은 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 산을 함유한 분리액을 넣고 원심분리하여 상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본을 분리하는 단계를 포함한다. In order to solve such a problem, in the method of separating the graphene oxide and the graphene oxide nanoribbon according to an embodiment of the present invention, a separation solution containing an acid in the graphene oxide and the graphene oxide nanoribbons is placed, And separating the oxidized graphene and the oxidized graphene nanoribbons.
여기서, 상기 산은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이면 족하다. 구체적이고 비한정적인 일 예를 들자면, 상기 산은 황산, 염산, 인산, 질산, 브롬산, 과염소산, 시트르산, 및 아세트산 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있다.Here, the acid may be a material conventionally used in this field. As a specific, non-limiting example, the acid may be one or more selected from sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, bromic acid, perchloric acid, citric acid, and acetic acid.
즉, 종래에는 산화그래핀의 형상은 일정한 형태를 가지지 않고 폭과 길이로 분류하기 힘든 불규칙적인 반면, 본 발명은 상기 분리 단계를 일 단위공정으로 하여 상기 단위공정을 반복 수행함으로써, 상기 산화그래핀의 종횡비가 1:1 이상, 좋게는 1:1 내지 3:1 인 고품위의 산화그래핀과, 상기 산화그래핀 나노리본의 종횡비가 10:1 이상, 좋게는 10:1 내지 30:1 인 고품위의 산화그래핀 나노리본을 각각 얻을 수 있는 것이다. In other words, conventionally, the shape of the oxidized graphene is irregular, which is difficult to be classified into a width and a length, and does not have a constant shape. On the other hand, the present invention repeatedly performs the unit process using the separating step as a unit process, High aspect ratio oxide grains having an aspect ratio of 1: 1 or more, preferably 1: 1 to 3: 1, and an oxide graphene nanoribbon having an aspect ratio of 10: 1 or more, preferably 10: 1 to 30: Of graphene nanoribbons, respectively.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "산화그래핀 나노리본"은 종래의 산화그래핀과 유사하게 2차원 기저 면을 특징으로 하지만 그 폭에 대한 길이의 종횡비가 상기 산화그래핀 보다 큰 특수한 부류의 그래핀을 의미한다. 또한, 상기 산화그래핀 나노리본은 실린더를 형성하도록 말린 그래핀 시트의 하나 이상의 층에 의해 정의된 큰 종횡비를 갖는 탄소 나노튜브와 유사할 수 있다.In describing the present invention, the term " oxidized graphene nanoribbons " refers to graphene nanoribbons characterized by a two-dimensional basal plane similar to conventional graphene grains, but with a particular class of grains having a length- Pin. In addition, the oxidized graphene nanoribbons can be similar to carbon nanotubes having a large aspect ratio defined by one or more layers of dried graphene sheets to form cylinders.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법의 공정 순서도이다. FIG. 1 is a flowchart of a method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본 제조단계(S100), 다단 원심분리 단계(S200), 및 투석 단계(S300)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons according to an embodiment of the present invention includes a step (S100) of oxidized graphene and graphene graphene nanofibers, a multistage centrifugation step (S200) And a dialysis step (S300).
상기 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본 제조단계(S100)는 a1) 상술한 탄소나노튜브에 제1산을 투입하는 단계, a2) a1) 단계의 혼합액에 산화제를 투입하는 단계, 및 a3) a2) 단계의 혼합액을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.The step (S100) of preparing the graphene oxide graphene and the graphene oxide graphene comprises the steps of a1) introducing a first acid into the carbon nanotube, a2) introducing an oxidizing agent into the mixed solution of a1), and a3) ) Step of heating the mixed liquid.
여기서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 얇은벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 것일 수 있으나, 본 발명이 상기 탄소나노튜브의 종류에 한정되지 않는다. The carbon nanotubes may be selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, thin-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes. The present invention is not limited to this.
여기서, 상기 제1산은 상술한 산일 수 있다. 본 발명을 상술함에 있어, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Here, the first acid may be the acid described above. In describing the present invention, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
한편, 상기 제1산과 후술한 제2산은 상호 같은 종류의 산일 수 있으며, 또는 상기 제1산 및 제2산은 상호 다른 종류의 산일 수 있다.On the other hand, the first acid and the second acid described later may be the same kind of acid, or the first acid and the second acid may be different kinds of acids.
상기 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본 제조단계(S100)를 상세히 설명하면, 상기 a1) 단계는 상기 탄소나노튜브 1 g에 대해 상술한 산을 10 내지 100 ml를 투입할 수 있다. The graphene oxide graphene and the graphene graphene nanoribbon manufacturing step (S100) will be described in detail. In step a1), 10 to 100 ml of the above-described acid may be added to 1 g of the carbon nanotubes.
또한, 상기 a2) 단계는 a1) 단계의 혼합액에 산화제를 투입하되, 상기 산화제는 퍼망가네이트 (permanganate), 페레이트 (ferrate), 오스메이트 (osmate), 루테네이트 (ruthenate), 클로레이트 (chlorate), 클로라이트 (chlorite), 나이트레이트 (nitrate), 오스뮴 테트라옥사이드 (osmium tetroxide), 루테늄 테트라옥사이드 (ruthenium tetroxide), 납 다이옥사이드 (lead dioxide), 6가 크롬 (chromium) 이온들, 과산화수소 (hydrogen peroxide), 산화은 (silver oxide), 및 오존 (ozone)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있다. In the step a2), an oxidizing agent is added to the mixture of step a1), wherein the oxidizing agent is selected from the group consisting of permanganate, ferrate, osmate, ruthenate, chlorate ), Chlorite, nitrate, osmium tetroxide, ruthenium tetroxide, lead dioxide, hexavalent chromium ions, hydrogen peroxide ), Silver oxide, and ozone.
한편, 상기 a2) 단계시, 혼합액의 온도는 0 내지 10 ℃ 이하 일 수 있다.Meanwhile, in step a2), the temperature of the mixed solution may be 0 to 10 DEG C or less.
또한, 상기 a3) 단계는 a2) 단계의 혼합액을 가열하되, 예를 들면 30 내지 100 ℃에서 가열한 후 수행하는 것일 수 있다. 상기 a3) 단계를 수행함에 따라, 상술한 탄소나노튜브는 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본으로 제조될 수 있으며, 또한 상기 a3) 단계의 온도에 따라 상기 산화그래핀에 대한 산화그래핀 나노리본의 석출량이 달라질 수 있다. The step a3) may be carried out after heating the mixed solution of step a2), for example, at 30 to 100 캜. The carbon nanotubes may be prepared from oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons by performing the step a3), and the graphene graphene nanoparticles may be formed on the graphene oxide grains according to the temperature of step a3) The amount of precipitation of the catalyst may vary.
한편, 상기 a3) 단계 이후에, 상기 a3) 단계의 혼합액에 잔존하는 산화제를 제거하기 위해, 과산화수소수와 같은 산화제를 더 투입할 수 있다. On the other hand, after step a3), an oxidizing agent such as hydrogen peroxide may be further added to remove the oxidizing agent remaining in the mixed solution of step a3).
한편, 상술한 다단 원심분리 단계(S200)는 상술한 S100 단계에서 제조된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본(또는 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본 혼합액)에 상술한 제2산을 투입한 후, 이 혼합액을 다단 원심분리하여 상기 산화그래핀 나노리본을 산화그래핀으로부터 분리하는 단계를 의미할 수 있다. Meanwhile, the multistage centrifugal separation step (S200) may be performed in the same manner as the above-described multi-stage centrifugal separation step (S200), in which the above-mentioned second acid is introduced into the oxidized graphene and the oxidized graphene nanoribbon (or the mixed oxide graphene and the oxidized graphene nanoparticle ribbon) And then separating the graphene oxide nano-ribbon from the oxidized graphene by multi-stage centrifugation of the mixed solution.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 다단 원심분리 단계(S200)시, 상기 제2산은 상술한 제1산의 성분(또는 기)를 제거할 수 있는 산일 수 있다. 예컨대, 상기 제1산이 황산인 경우, 상기 제2산은 염산일 수 있다. In detail, in the method of separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, in the multistage centrifugation step (S200), the second acid is a component of the first acid ) Can be removed. For example, when the first acid is sulfuric acid, the second acid may be hydrochloric acid.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 있어, 상기 제2산은 상기 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본의 혼합액 전체 중량에 대해 0.5 내지 3 중량%일 수 있다. 상기 중량%를 만족하는 경우, 상기 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본의 혼합액은 상부층 용액과 침전상 용액으로 분리될 수 있다. 본 발명을 상술함에 있어, 상기 상부층 용액은 원심분리에 의해 분리된 용액의 상등액을 의미할 수 있으며, 상기 침전상 용액은 원심분리에 의해 분리된 용액의 하등액을 의미할 수 있다.In the method of separating the graphene oxide and the graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, the second acid may be added in an amount of 0.5 to 3 wt% based on the total weight of the mixed oxide graphene and the graphene oxide grains, Lt; / RTI > When the weight% is satisfied, the mixed solution of the oxidized graphene and the oxidized graphene nanoribbons can be separated into the upper layer solution and the precipitated solution. In describing the present invention, the upper layer solution may refer to a supernatant of a solution separated by centrifugation, and the precipitate solution may mean a lower solution of a solution separated by centrifugation.
상세하게, 상기 상부층 용액은 검갈색, 또는 연노란색일 수 있다. 여기서 검갈색 상부층 용액은 연노란색 상부층 용액에 비해 상술한 산화그래핀을 상대적으로 많이 함유하고 있으며, 연노랑색 상부층 용액은 검갈색 상부층 용액에 비해 상술한 산화그래핀을 상대적으로 적게 함유하고 있다. Specifically, the top layer solution may be a brownish or pale yellow. Here, the gummy brown upper layer solution contains relatively more graphene oxide than the pale yellow upper layer solution, and the pale yellow upper layer solution contains the above-mentioned graphene graphene relatively in comparison with the gummy brown upper layer solution.
즉, 상기 상부층 용액을 제거함으로써, 상기 산화그래핀 나노리본을 산화그래핀으로부터 분리할 수 있는 것이다. That is, by removing the upper layer solution, the graphene oxide grains can be separated from the oxidized graphene grains.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 상기 다단 원심분리 단계(S200)시, 첫번째 원심분리 단계를 제1단위공정이라할 때, 제n단위공정의 제2산 농도는 상기 제1단위공정의 제2산 농도 보다 더 낮은 것일 수 있다. 이때, 상기 n은 2 이상의 자연수를 의미한다. 본 발명의 바람직한 일 예로, 상기 n은 4이상의 자연수 일 수 있다. 상기 n이 4이상의 자연수인 경우, 순수한 산화그래핀 나노리본을 수득 또는 분리할 수 있다.The method for separating oxidized graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention is characterized in that, in the multi-stage centrifugation step (S200), when the first centrifugal separation step is referred to as a first unit process, The second acid concentration of the first unit process may be lower than the second acid concentration of the first unit process. Here, n means a natural number of 2 or more. In a preferred embodiment of the present invention, n may be a natural number of 4 or more. When n is a natural number of 4 or more, pure graphene graphene nanoribbons can be obtained or separated.
상세하게, 상기 분리 단계시, 하기 관계식 1을 만족할 수 있다:In detail, in the separation step, the following relation 1 can be satisfied:
[관계식 1][Relation 1]
1.5 ≤ a/b ≤ 71.5? A / b? 7
(상기 관계식 1에서, a는 상기 제1단위공정에서 제2산 농도이며, b는 상기 n단위공정에서 제2산 농도이다.) (In the above relational expression 1, a is the second acid concentration in the first unit process, and b is the second acid concentration in the n unit process).
상기 관계식 1을 만족하는 경우, 본 발명에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 순수한 형태의 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 분리할 수 있게 된다.When the relationship (1) is satisfied, the method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons according to the present invention can separate the pure graphene oxide grains and the oxidized graphene nanoribbons independently of each other.
또한, 상기 분리 단계시, 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. Further, in the separation step, the following relational expression (2) can be satisfied.
[관계식 2][Relation 2]
Pn = P1 - n×dPn = P1 - n x d
(상기 관계식 2에서, Pn은 상기 제n단위공정에서 제2산 농도이며, P1은 제1단위공정에서 제2산 농도이며, n은 2 이상의 자연수이며, d는 0.1 내지 0.4 이하의 실수이다. 한편, 상기 Pn은 양수이다.)(Where Pn is the second acid concentration in the n-th unit process, P1 is the second acid concentration in the first unit process, n is a natural number of 2 or more, and d is a real number of 0.1 to 0.4 or less. On the other hand, Pn is a positive number.)
상기 관계식 2를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법은 순수한 형태의 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 분리할 수 있으며, 또한 무결점의 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 분리할 수 있다.When the relationship (2) is satisfied, the method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons according to the present invention can separate the pure graphene oxide grains and the oxidized graphene nanoribbons independently of each other, The graphene and oxidized graphene nanoribbons can be separated.
또한, 상술한 다단 원심분리 단계(S200)시, 상기 원심분리는 4000 내지 8000 rpm으로 수행될수 있으나, 본 발명이 상기 원심분리의 속도에 한정되지 않는다. Also, in the multistage centrifugation step S200 described above, the centrifugation may be performed at 4000 to 8000 rpm, but the present invention is not limited to the centrifugation speed.
한편, 상술한 다단 원심분리 단계(S200) 이전에, 상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 상술한 제2산을 함유한 분리액을 넣고 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명은 상기 세척 단계를 포함함으로써, 상기 다단 원심분리 단계(S200)의 횟수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. Meanwhile, before the multistage centrifugation step (S200), the method may further include the step of washing the oxide graphene and the oxide graphene nanoribbons with a separation solution containing the above-mentioned second acid. The present invention has the advantage of reducing the number of multi-stage centrifugation steps (S200) by including the cleaning step.
마지막으로, 상술한 다단 원심분리 단계(S200)에서 분리된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 분리하는 투석 단계(S300)를 수행할 수 있다.Finally, a dialysis step (S300) for separating the separated graphene oxide grains and the oxidized graphene nanoribbons independently may be performed in the multi-stage centrifugation step (S200).
일 예로, 상기 분리된 산화그래핀은 상술한 상부층 용액에 분산되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 상부층 용액을 필터를 이용한 투석을 수행함으로써 상기 산화그래핀만을 분리할 수 있다. For example, the separated graphene grains may be dispersed in the upper layer solution described above. At this time, only the graphene oxide can be separated by performing dialysis using the filter in the upper layer solution.
또한, 상기 분리된 산화그래핀 나노리본은 상술한 첨전상 용액에 침전되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 침전상 용액을 필터를 이용한 투석을 수행함으로써 상기 산화그래핀 나노리본만을 분리할 수 있다.Further, the separated graphene oxide grains can be formed by precipitating in the above-mentioned impregnated solution. At this time, only the oxidized graphene nanoribbons can be separated by performing dialysis using the precipitate solution with a filter.
도 2는 상술한 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 의해 분리된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 나타내는 SEM 사진이다. 상세하게, 도 2(a)는 본 발명의 일 실시예 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 의해 분리된 나노그래핀 SEM 사진이며, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예 따른 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법에 의해 분리된 산화그래핀 나노리본의 SEM 사진이다. FIG. 2 is a SEM photograph showing oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons separated by the above-described separation method of graphene oxide and graphene oxide grains. 2 (a) is a SEM photograph of a nano-graphene separated by a method of separating oxide graphene and graphene oxide nanoribbons according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) FIG. 3 is a SEM photograph of a graphene oxide grains separated by a method of separating oxidized graphene and oxidized graphene nanoribbons.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 상기 산화그래핀은 1:1 내지 3:1의 종횡비를 가지는 순수한 산화그래핀으로 분리된 것을 확인할 수 있다. 또한 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 산화그래핀 나노리본은 10:1 내지 30:1의 종횡비를 가지는 순수한 산화그래핀 나노리본으로 분리된 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2 (a), it can be seen that the graphene oxide is separated into pure graphene grains having an aspect ratio of 1: 1 to 3: 1. Also, as shown in FIG. 2 (b), it can be seen that the graphene oxide nanoribbons were separated into pure graphene grains having an aspect ratio of 10: 1 to 30: 1.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (8)
상기 분리 단계를 일 단위공정으로 하여 상기 단위공정을 반복 수행하며,
상기 분리 단계를 제1단위공정이라할 때, 제n단위공정의 산 농도는 상기 제1단위공정의 산 농도 보다 더 낮고,
상기 분리 단계시, 하기 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법:
[관계식 2]
Pn = P1 - n×d
(Pn은 상기 제n단위공정에서 산 농도이며, P1은 제1단위공정에서 산 농도이며, n은 2 이상의 자연수이며, d는 0.1 내지 0.4 이하의 실수이다.)
Separating the graphene oxide grains and the graphene oxide grains independently from each other by adding a separating solution containing an acid to the graphene grains produced from the carbon nanotubes and the acid graphene nanoribbons,
The separating step is repeatedly performed as a unit process,
The separation step is referred to as a first unit process, the acid concentration of the n-th unit process is lower than the acid concentration of the first unit process,
And separating the graphene oxide graphene grains and the graphene graphene grains in the separating step.
[Relation 2]
Pn = P1 - n x d
(Pn is an acid concentration in the n-th unit process, P1 is an acid concentration in the first unit process, n is a natural number of 2 or more, and d is a real number of 0.1 to 0.4 or less.)
상기 산의 농도는 0.5 내지 3 중량%인 것을 특징으로 하는 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the acid is 0.5 to 3% by weight.
상기 분리 단계시, 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법:
[관계식 1]
1.5 ≤ a/b ≤ 7
(상기 관계식 1에서, a는 상기 제1단위공정에서 산 농도이며, b는 상기 n단위공정에서 산 농도이다.)
The method according to claim 1,
The method of separating oxide graphene and graft oxide nano-ribbon according to claim 1,
[Relation 1]
1.5? A / b? 7
(In the above relational expression 1, a is the acid concentration in the first unit process and b is the acid concentration in the n-unit process.)
상기 분리 단계 이후에,
분리된 산화그래핀 및 산화그래핀 나노리본을 상호 독립적으로 투석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법.
The method according to claim 1,
After said separating step,
And separating the graphene oxide grains and the oxidized graphene nanoribbons independently of each other.
상기 분리 단계 이전에,
상기 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본에 산을 함유한 분리액을 넣고 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화그래핀과 산화그래핀 나노리본의 분리방법.
The method according to claim 1,
Prior to the separation step,
Further comprising the step of washing the oxide graphene and the oxide graphene nanoribbons with a separating solution containing an acid, followed by washing.
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