KR102214278B1 - Method for producing graphene with nano-patterned - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀 제조 방법에 관한 다수의 공극이 형성된 양극산화알루미늄 템플리트를 이용하여 그래핀 상에 나노 패턴을 형성하는 나노 패턴 그래핀 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nano-patterned graphene manufacturing method for forming a nano-pattern on graphene using an anodized aluminum template in which a plurality of pores are formed in the graphene manufacturing method.
그래핀(graphene)은 탄소 원자들로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물로서, 구조적/화학적으로 안정하고, 전기적/물리적으로 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그래핀은 실리콘(Si) 보다 100배 이상 빠른 전하 이동도(∼2×105㎠/Vs)를 갖고, 구리(Cu)보다 100배 이상 큰 전류 밀도(약 108A/㎠)를 갖는다. 또한, 그래핀은 플렉서블(flexible)한 특성 및 투명한 특성을 가질 수 있다. 이러한 그래핀은 기존 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 소재로 주목받고 있다.Graphene is a hexagonal single-layer structure made of carbon atoms, is structurally/chemically stable, and can exhibit excellent electrical/physical properties. For example, graphene has a charge mobility (∼2×10 5 ㎠/Vs) that is 100 times faster than silicon (Si) and a current density that is 100 times greater than that of copper (Cu) (about 10 8 A/㎠ ). In addition, graphene may have flexible properties and transparent properties. Such graphene is drawing attention as a next-generation material that can overcome the limitations of existing devices.
그래핀을 제조하는 방법으로는 스카치 테이프를 이용하여 떼어내는 방법, 에피텍셜 성장법, 흑연을 산화시켜 층을 분리해내는 방법, 화학기상 증착법 등 여러 가지 방법이 있으며, 그 중에서 그래핀 고유의 특성을 가장 잘 살릴 수 있는 그래핀의 제조법은 널리 알려진 스카치 테이프를 이용하여 흑연으로부터 그래핀 층을 떼어내는 방법이다. 이 방법으로 제조된 그래핀은 제조방법이 간단하고 그래핀의 고유 특성을 잘 발현할 수 있는 장점이 있지만 대면적 합성이 용이하지 않고 그래핀 층을 일정하게 분리해낼 수 없기 때문에 디스플레이나 전자 소자에의 응용이 용이하지 않은 단점이 있다.There are several methods of manufacturing graphene, such as a method of peeling off using a scotch tape, an epitaxial growth method, a method of separating a layer by oxidizing graphite, and a chemical vapor deposition method. The best way to make graphene is to remove the graphene layer from graphite using a well-known scotch tape. The graphene produced by this method is simple to manufacture and has the advantage of expressing the intrinsic characteristics of graphene well, but it is not easy to synthesize a large area and the graphene layer cannot be uniformly separated, so it can be used for displays or electronic devices. There is a disadvantage that it is not easy to apply.
한편, 대면적으로 그래핀을 제조하는 경우 일반적으로 화학기상 증착법을 이용하는데 화학기상증착법은 촉매층 전체에 열처리를 해주기 때문에 촉매층 표면의 무작위적인 위치에 탄소의 핵이 생성되고 이를 중심으로 성장하게 된다. 핵을 중심으로 성장된 그래핀 결정립과 결정립이 만나게 되면서 결정립계(grain boundary)가 형성하게된다. 각각 결정립에서는 배열이 일치하지 않으면 결정립계는 결함으로 작용하게 된다. 또한 결정립간의 경계는 전하 수송 특성을 저하시키는 요인으로 여겨지고 있다. 그래핀 내의 결함 상태들은 주변 환경과의 반응을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 결정립계를 지날 때의 비저항이 결정립의 비저항보다 2 내지 10배 이상 증가하는 것을 볼 수 있으며 결정립이 결함으로 작용함을 알 수 있다. 따라서 일반적인 화학기상 증착법의 경우 제조상의 결함 발생 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, in the case of producing graphene in a large area, a chemical vapor deposition method is generally used. Since the chemical vapor deposition method heat-treats the entire catalyst layer, carbon nuclei are generated at random locations on the surface of the catalyst layer and grow around it. As the graphene grains grown around the nucleus meet with the grains, grain boundaries are formed. In each grain, if the arrangement does not match, the grain boundary acts as a defect. In addition, the boundary between crystal grains is considered to be a factor that lowers the charge transport characteristics. Defect states in graphene are known to promote reactions with the surrounding environment. Moreover, it can be seen that the specific resistance when passing through the grain boundary increases by 2 to 10 times or more than the specific resistance of the grain, and it can be seen that the grain acts as a defect. Therefore, in the case of a general chemical vapor deposition method, a manufacturing defect may occur.
그래핀의 다양한 장점 때문에, 그래핀을 여러 전자소자에 적용하려는 연구가 진행되고 있다. 그러나 그래핀의 취급(handling)이 용이하지 않고, 또한, 원하는 크기 및 형태로 가공(패터닝 등)하기가 어려운 문제가 있다. Due to the various advantages of graphene, research is being conducted to apply graphene to various electronic devices. However, there is a problem in that it is not easy to handle graphene, and it is difficult to process (patterning, etc.) into a desired size and shape.
그래핀의 제조 방법에 관한 기술로, 대한민국 등록특허 10-1482655호는 국부적 가열원을 이용하여 연속적으로 대면적의 기판내 그래핀으로 변환가능한 탄소 소스층을 열처리함으로써, 고품질의 대면적 단층 그래핀을 성장시키는 그래핀 제조 방법을 개시한다. As a technology related to the manufacturing method of graphene, Korean Patent Registration No. 10-1482655 uses a local heating source to continuously heat-treat a carbon source layer convertible to graphene in a large-area substrate, thereby providing high-quality large-area single-layer graphene. It discloses a method for producing graphene to grow.
이상적인 그래핀 표면은 탄소가 π-π결합으로 이루어져 결함이 없이는 이종의 원자가 흡착되기 어려운 구조이기 때문에 그래핀 표면에 금속이나 나노원소들을 배위시켜 특정물질이나 원자가 흡착되도록 추가 공정이 반드시 필요하다. Since the ideal graphene surface is a structure in which it is difficult for heterogeneous atoms to be adsorbed without defects because carbon is composed of π-π bonds, an additional process is necessary to allow specific substances or atoms to be adsorbed by coordinating metals or nanoelements on the graphene surface.
하지만, 종래의 건식 스퍼터링법으로 나노탄소(CNT, 그래핀 등)을 코팅하여 나노표면처리기술은 매우 제한적이다. However, nano-surface treatment technology by coating nano-carbon (CNT, graphene, etc.) by a conventional dry sputtering method is very limited.
본 발명은 나노 패터닝을 통한 흡착 특성이 증가된 그래핀 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a method for producing graphene with increased adsorption properties through nano patterning.
또한, 본 발명은 균일한 크기의 공극을 가지는 나노 패턴이 형성된 그래핀 제조 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a method for producing graphene in which nano-patterns having uniform pores are formed.
또한, 본 발명은 공극의 크기 및 공극간의 거리를 조절할 수 있는 나노 패턴이 형성된 그래핀 제조 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a method for producing graphene in which a nano pattern is formed that can control the size of the pores and the distance between the pores.
본 발명의 실시예에 따른 나노 패턴이 형성된 그래핀 제조 방법은 기판 상에 그래핀을 전사시키는 단계; 상기 그래핀 상에 나노 크기의 공극을 가지는 양극산화알루미늄 템플리트를 전사시키는 단계; 플라즈마 에칭으로 상기 양극산화알루미늄 템플리트의 공극을 상기 그래핀에 전사하는 단계; 용매에 용해시켜 상기 양극산화알루미늄 템플리트를 제거하는 단계; 및 열처리 공정으로 상기 그래핀 엣지를 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing graphene on which a nano pattern is formed according to an exemplary embodiment of the present invention includes transferring graphene onto a substrate; Transferring an anodized aluminum template having nano-sized pores on the graphene; Transferring the pores of the anodized aluminum template to the graphene by plasma etching; Dissolving in a solvent to remove the anodized aluminum template; And it characterized in that it comprises the step of activating the graphene edge through a heat treatment process.
본 발명의 실시예에서, 상기 상기 양극산화 알루미늄 템플리트는 25℃에서 옥살산으로 식각된 후, 황산, 옥살산, 인산 중 어느 하나의 산으로 성장되는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the anodized aluminum template is characterized in that it is grown with any one of sulfuric acid, oxalic acid, and phosphoric acid after being etched with oxalic acid at 25°C.
본 발명의 실시예에서, 공극을 상기 그래핀에 전사하는 단계는, 플라즈마의 세기와 노출 시간을 조절하여 공극의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the step of transferring the pores to the graphene is characterized in that the size of the pores is controlled by controlling the intensity and exposure time of the plasma.
본 발명의 실시예에서, 상기 그래핀 엣지를 활성화하는 단계는 300℃에서 2시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the step of activating the graphene edge is characterized in that it includes the step of heat treatment at 300° C. for 2 hours.
본 발명에 의하면, 일정한 크기의 공극을 가지는 나노 패턴이 형성된 그래핀을 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture graphene on which nano-patterns having pores of a certain size are formed.
또한, 본 발명에 의해서 제조된 활성화된 그래핀 엣지는 가스, 화학원소, 바이오 물질 등 다양한 물질들이 흡착할 수 있는 사이트로 고성능 화학/바이오 센서에 응용 가능하다. In addition, the activated graphene edge produced by the present invention is a site capable of adsorbing various substances such as gases, chemical elements, and biomaterials, and can be applied to high-performance chemical/bio sensors.
또한, 본 발명에 의하면, 그래핀 표면 조절을 통해 그래핀 일함수를 조정할 수 있으므로 반도체 등에 응용 가능하다. In addition, according to the present invention, since the graphene work function can be adjusted through the control of the graphene surface, it can be applied to semiconductors.
또한, 본 발명에 의하면, 균일한 나노 공극을 갖는 기능성 그래핀을 대량 생산할 수 있는 상용화 공정 개발이 가능하다. In addition, according to the present invention, it is possible to develop a commercialization process capable of mass-producing functional graphene having uniform nanopores.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조의 공정을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극산화알루미늄 템플리트의 확대 사진을 나타낸 것으로, 도 3의 (a)는 평면도를 촬영한 것이고, 도 3의 (b)는 측면을 촬영한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 나노 패턴 그래핀의 확대 사진을 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는 공극간의 거리(w)가 25nm인 예를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 공극간의 거리(w)가 11nm인 예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 그래핀의 표면 특성의 변화를 관찰한 것이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing graphene according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a process of manufacturing graphene according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged picture of an anodized aluminum template according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a side view.
Figure 4 shows an enlarged picture of the nano-patterned graphene prepared according to an embodiment of the present invention, Figure 4 (a) shows an example in which the distance (w) between the pores is 25 nm, Figure 4 (b) Shows an example in which the distance w between the pores is 11 nm.
5 is an observation of a change in the surface properties of graphene prepared according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2, A, B 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 대해 상세히 살펴본다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 공정을 개념적으로 도시한 것이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing graphene according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a process.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 제조 방법은 기판(10) 상에 그래핀(20)을 전사시키는 단계(S100), 상기 기판상에 나노 크기의 공극을 가지는 양극산화알루미늄(Anodic Aluminium Oxide, AAO) 템플리트(30)를 증착하는 단계(S200), 플라즈마 에칭으로 상기 양극산화알루미늄 템플리트의 공극을 상기 그래핀(20)으로 전사시키는 단계(S300), 용매에 용해시켜 상기 양극산화알루미늄 템플리트(30)를 제거하는 단계(S400), 및 열처리 공정으로 상기 그래핀 엣지를 활성화하는 단계(S500)를 포함한다. 1 and 2, the graphene manufacturing method according to the present invention includes the step of transferring the
상기 기판(10)은 실리콘 기판에 이산화규소가 코팅된 기판(SiO2/Si)이 사용될 수 있으며, 두께는 대략 300 nm 정도일 수 있다. The
상기 그래핀(20)은 구리 포일 상에 CVD(chemical vapor deposition)를 이용하여 성장할 수 있다. 상기 그패핀(20)은 화학 공정을 통해 기판(10)에 전사시킬 수 있다. 전사 공정은 구리 포일을 에칭한 후 부유 그래핀(floating graphine)을 기판에 전사시킨다. 그리고 물, 아세톤, 또는 이소프로필 알코올로 세척할 수 있다. The
상기 양극산화알루미늄 템플리트(30)는 다수의 나노 크기의 공극이 형성되어 있다. 양극산화기술(anodization)은 금속의 표면처리 기술 중 하나로 금속 표면의 부식반응을 억제하여 금속을 보호하거나 금속 표면에 다양한 종류의 색을 나타내기 위하여 사용되었으며, 대규모 면적에서 비교적 적은 비용으로 처리할 수 있는 장점이 있다. The anodized
양극산화물알루미늄 템플리트(30)의 공극의 크기는 일정하게 형성되어야 하는데, 산의 종류와 그에 따른 적절한 전압과 성장 온도를 제한함으로써, 공극의 크기를 일정하게 유지할 수 있다. The size of the pores of the anodic
25℃에서 옥살산을 이용하여 알루미늄판을 평탄하게 식각한 후, 황산, 옥살산, 및 인산을 이용하여 산화물층을 성장할 수 있다. After the aluminum plate is flatly etched using oxalic acid at 25° C., an oxide layer can be grown using sulfuric acid, oxalic acid, and phosphoric acid.
황산을 이용하여 산화물을 성장시키는 경우에는 전압 20V~35V, 온도 0℃~4℃, 옥살산을 이용하여 산화물을 성장시키는 경우에는 전압 35V~50V, 온도 0℃~4℃, 인산을 이용하여 산화물을 성장시키는 경우에는 전압 190V~195V, 온도 0℃~4℃ 환경에서 산화물을 성장시킬 수 있다. When growing oxides using sulfuric acid, voltage 20V~35V,
전압을 높이면 밀도가 커지고, 온도를 높이면 성장 속도가 빨라지는데, 위 설정 범위를 벗어나면 균일한 크기의 공극을 형성할 수 없다. 산의 종류에 따라 전압 범위가 달라지므로, 각 산의 종류에 맞게 온도 범위를 설정하여 크기가 균일한 나노 공극을 얻을 수 있다. Increasing the voltage increases the density, and increasing the temperature increases the growth rate, but outside the above setting range, a uniformly sized pore cannot be formed. Since the voltage range is different depending on the type of acid, it is possible to obtain nano pores of uniform size by setting the temperature range according to the type of each acid.
상기 양극산화알루미늄 템플리트(30)의 공극을 그래핀에 전사하는 방법으로는 플라즈마 식각이 사용될 수 있다. 이때 식각 공정에서 플라즈마의 세기 및 및 충돌 시간을 조절하여 공극의 크기를 조절할 수 있다. 공극의 크기를 크게 하기 위해서는 강한 에너지를 짧은 시간 동안 노출할 수 있으며, 반대로 공극의 크기를 작게 하기 위해서는 낮은 에너지를 긴 시간 동안 노출할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마의 세기와 노출시간을 조절하여 공극과 공극간의 거리(neck width, ND)를 11nm 또는 25nm로 맞출수 있다. 예를 들어, 플라즈마 파워 20~50W, 압력 50m~200mTorr 환경에서 공정 시간을 20초 내지 50초 노출하는 경우 공극과 공극간의 거리가 11nm 나노 패턴을 형성할 수 있다. 공극의 크기에 따라 그래핀의 흡착 특성이 달라지고 전류가 흐르는 민감도가 달라진다. 따라서 그래핀을 활용하고자 하는 소자의 특성에 따라 공극의 크기를 원하는 크기로 조절할 수 있다. Plasma etching may be used as a method of transferring the pores of the anodized
공극의 전사가 완료되면 용매를 이용하여 양극산화알루미늄 템플리트를 제거한다. 상기 용매로는 톨루엔, 에탄올 등이 사용될 수 있다. When the transfer of the voids is completed, the anodized aluminum template is removed using a solvent. Toluene, ethanol, or the like may be used as the solvent.
상기 양극산화알루미늄을 제거하면 기판(10) 상에 나노 패턴이 형성된 그래핀(nano patterned graphene)만 남게 된다. When the anodized aluminum is removed, only nano-patterned graphene is left on the
이때 나노패턴 그래핀의 엣지에는 산소가 붙어 있으므로 이를 제거하기 위해 열처리를 한다. 300℃ 온도에서 2시간 정도 열처리함으로써 산소를 제거하고 엣지를 활성화할 수 있다. At this time, since oxygen is attached to the edge of the nanopatterned graphene, heat treatment is performed to remove it. By heat treatment at 300°C for about 2 hours, oxygen can be removed and edges can be activated.
마지막으로 시각 공정으로 기판을 제거하면 나노패턴된 그래핀을 수득할 수 있다. Finally, when the substrate is removed by a visual process, nanopatterned graphene can be obtained.
상기와 같은 절차에 의해 균일한 크기의 나노 패턴 그래핀을 획득할 수 있다. Nano-patterned graphene having a uniform size can be obtained by the above procedure.
종래에도 나노 패턴 그래핀을 획득하기 위한 기술들이 개시되어 있으나, 이들은 대부분 블록공중합체(Block-Co-Polymer)를 이용하고 있다. 하지만, 블록공중합체를 이용하는 경우 블록공중합체에 패턴을 형성하기 전에 어닐링 공정을 통해 블록을 정렬하는 절차가 필수적이다. 하지만, 본 발명에서와 같이 양극산화알루미늄 템플리트를 이용할 경우 이러한 절차가 필요하지 않다. 따라서 보다 간단한 공정으로 원하는 크기의 공극을 가지는 나노패턴 그래핀을 제조할 수 있다. Conventionally, techniques for obtaining nano-patterned graphene have also been disclosed, but most of them use a block copolymer (Block-Co-Polymer). However, in the case of using a block copolymer, a procedure of arranging blocks through an annealing process before forming a pattern on the block copolymer is essential. However, this procedure is not necessary when using the anodized aluminum template as in the present invention. Therefore, it is possible to manufacture nanopatterned graphene having pores of a desired size through a simpler process.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극산화알루미늄 템플리트의 확대 사진을 나타낸 것으로, 도 3의 (a)는 평면도를 촬영한 것이고, 도 3의 (b)는 측면을 촬영한 것이다. FIG. 3 is an enlarged picture of an anodized aluminum template according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a side view.
도 3을 참조하면 균일한 크기의 공극이 일정하게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that uniformly sized pores are uniformly formed.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 나노 패턴 그래핀의 확대 사진을 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는 공극간의 거리(w)가 25nm인 예를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 공극간의 거리(w)가 11nm인 예를 나타낸 것이다. Figure 4 shows an enlarged picture of the nano-patterned graphene prepared according to an embodiment of the present invention, Figure 4 (a) shows an example in which the distance (w) between the pores is 25 nm, Figure 4 (b) Shows an example in which the distance w between the pores is 11 nm.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a)에서는 공극간의 거리가 25nm인 공극의 개수가 45개 정도이고, 도 4의 (b)에서는 공극간의 거리가 11nm인 공극의 개수가 50개 정도로, 원하는 크기의 공극이 집중되어 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 원하는 크기의 공극을 가지는 나노패턴을 제조할 수 있다. Referring to FIG. 4, in FIG. 4(a), the number of pores with a distance of 25 nm is about 45, and in FIG. 4(b), the number of pores with a distance of 11 nm is about 50, It can be seen that the pores of the size are concentrated. That is, according to the present invention, it is possible to manufacture a nanopattern having a pore of a desired size.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 그래핀의 표면 특성의 변화를 관찰한 것이다. 5 is an observation of a change in the surface properties of graphene prepared according to an embodiment of the present invention.
라만분석을 통해 나노 패턴 그래핀의 표면의 불완전성을 나타내는 D피크가 증가하는 것을 알 수 있으며, 이것은 흡착이 가능한 활성된 영역이 증가되었다는 것을 의미한다. Through Raman analysis, it can be seen that the D peak, which indicates the imperfections of the surface of the nano-patterned graphene, increases, which means that the active area for adsorption is increased.
또한, G피크(~1580cm- 1)가 높은 진동수 영역으로 이동(blueshift)하는 것을 확인할 수 있다. 이는 그래핀 표면 에너지가 변화되었고 일함수가 조절되었다는 것을 의미한다. In addition, it can be seen that the G peak (~1580cm - 1 ) moves to a high frequency region (blueshift). This means that the graphene surface energy was changed and the work function was adjusted.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments have been described above, but these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs are not illustrated above within the scope not departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
10 : 기판
20 : 그래핀
30 : 양극산화알루미늄 템플리트10: substrate
20: graphene
30: anodized aluminum template
Claims (4)
상기 그래핀 상에 나노 크기의 공극을 가지는 양극산화알루미늄 템플리트를 전사시키는 단계;
플라즈마 에칭으로 상기 양극산화알루미늄 템플리트의 공극을 상기 그래핀에 전사하는 단계;
용매에 용해시켜 상기 양극산화알루미늄 템플리트를 제거하는 단계; 및
열처리 공정으로 그래핀 엣지를 활성화하는 단계를 포함하고,
상기 양극산화 알루미늄 템플리트는 25℃에서 옥살산으로 식각된 후, 황산, 옥살산, 인산 중 어느 하나의 산으로 성장되고,
상기 공극을 상기 그래핀에 전사하는 단계는,
플라즈마의 세기와 노출 시간을 조절하여 공극의 크기를 조절하되, 플라즈마 파워 20~50W, 압력 50~200 mTorr 환경에서 공정 시간을 20초 내지 50초 노출하여 공극과 공극간의 거리가 11nm의 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 그래핀 엣지를 활성화하는 단계는 300℃에서 2시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴이 형성된 그래핀 제조 방법.
Transferring graphene onto a substrate;
Transferring an anodized aluminum template having nano-sized pores on the graphene;
Transferring the pores of the anodized aluminum template to the graphene by plasma etching;
Dissolving in a solvent to remove the anodized aluminum template; And
Including the step of activating the graphene edge by a heat treatment process,
The anodized aluminum template is etched with oxalic acid at 25° C., and then grown with any one of sulfuric acid, oxalic acid, and phosphoric acid,
The step of transferring the voids to the graphene,
The size of the pores is controlled by controlling the intensity and exposure time of the plasma, but the process time is exposed for 20 to 50 seconds in a plasma power of 20 to 50 W and a pressure of 50 to 200 mTorr to form a pattern with a distance of 11 nm Including the step of,
The step of activating the graphene edge comprises the step of heat-treating at 300°C for 2 hours.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200100632A KR102214278B1 (en) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Method for producing graphene with nano-patterned |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101363825B1 (en) | 2011-12-19 | 2014-02-20 | 서울대학교산학협력단 | Fabrication of flexible high-performance chemical sensor using metal-decorated graphene hybrid structures through plasma treatment |
| KR101482655B1 (en) | 2013-07-10 | 2015-01-16 | 한국과학기술원 | Fabrication Method for manufacturing High Quality Graphene using Heating of Carbon-based Self-assembly monolayer |
| KR20150124423A (en) * | 2015-10-16 | 2015-11-05 | 재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단 | Graphene composition and organic electronic device comprising electrodes using the same |
| KR20170028098A (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-13 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating graphene nano-mesh |
-
2020
- 2020-08-11 KR KR1020200100632A patent/KR102214278B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101363825B1 (en) | 2011-12-19 | 2014-02-20 | 서울대학교산학협력단 | Fabrication of flexible high-performance chemical sensor using metal-decorated graphene hybrid structures through plasma treatment |
| KR101482655B1 (en) | 2013-07-10 | 2015-01-16 | 한국과학기술원 | Fabrication Method for manufacturing High Quality Graphene using Heating of Carbon-based Self-assembly monolayer |
| KR20170028098A (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-13 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating graphene nano-mesh |
| KR20150124423A (en) * | 2015-10-16 | 2015-11-05 | 재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단 | Graphene composition and organic electronic device comprising electrodes using the same |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Advance materials, Volume24, Issue30, 4138-4142 * |
| J. Nanosci. Nanotechnol. 2013, Vol. 13, No. 11, 7401-7405* * |
| Nanoscale Res Lett. 2015; 10: 289 * |
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