KR102409225B1 - Flexible membrane and manufacturing method thereof - Google Patents
Flexible membrane and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102409225B1 KR102409225B1 KR1020170079272A KR20170079272A KR102409225B1 KR 102409225 B1 KR102409225 B1 KR 102409225B1 KR 1020170079272 A KR1020170079272 A KR 1020170079272A KR 20170079272 A KR20170079272 A KR 20170079272A KR 102409225 B1 KR102409225 B1 KR 102409225B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- membrane
- graphene
- pores
- graphene membrane
- polymer substrate
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 107
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims abstract description 54
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/021—Carbon
- B01D71/0211—Graphene or derivates thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/021—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
- B01D67/00791—Different components in separate layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
- B01D69/107—Organic support material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1213—Laminated layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/122—Separate manufacturing of ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/0283—Pore size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/0283—Pore size
- B01D2325/02832—1-10 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/0283—Pore size
- B01D2325/02833—Pore size more than 10 and up to 100 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/04—Characteristic thickness
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Abstract
본 발명의 플렉시블 멤브레인은, 유연성을 갖도록 5nm 이하의 두께로 형성되고 5 내지 100nm의 기공을 갖는 그래핀 멤브레인; 및 유연성을 갖도록 10㎛ 내지 1mm의 두께로 형성되고 상기 그래핀 멤브레인의 기공과 같거나 그보다 큰 크기의 기공을 가지며, 상기 그래핀 멤브레인을 지지하도록 이루어지는 고분자 기판을 포함한다.The flexible membrane of the present invention includes: a graphene membrane formed to a thickness of 5 nm or less to have flexibility and having pores of 5 to 100 nm; and a polymer substrate formed to a thickness of 10 μm to 1 mm to have flexibility, having pores of the same size or larger than the pores of the graphene membrane, and configured to support the graphene membrane.
Description
본 발명은 말아서 사용 가능하거나 굴곡 있는 표면에 적용 가능하도록 유연성을 갖는 플렉시블 멤브레인에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a flexible membrane that is flexible to be rolled up or applied to a curved surface.
멤브레인은 수처리, 에너지, 의료용, 식품 등 응용분야에서 분리, 정제를 목적으로 이용되는 핵심적인 부품이다.Membrane is a key component used for separation and purification in water treatment, energy, medical, and food applications.
종래의 멤브레인은 주로 고분자, 세라믹, 금속 소재를 이용하여 제조하며, 시트 형태의 평막이나 가운데 구멍이 있는 관 형태의 중공사막으로 분류될 수 있다. 현재 주로 응용되고 있는 소재는 성형이 쉽고, 가격이 상대적으로 낮은 고분자 소재를 이용한 멤브레인이 주를 이루고 있다.Conventional membranes are mainly manufactured using polymers, ceramics, and metal materials, and can be classified into a sheet-shaped flat membrane or a tubular hollow fiber membrane with a hole in the middle. The material currently being mainly applied is a membrane using a polymer material that is easy to mold and has a relatively low price.
멤브레인으로 물질을 분리하는 원리는 멤브레인 사이에 존재하는 열린 기공을 이용한다. 이를테면 정화하려는 유체(물, 공기 등)는 상기 기공을 통과하는 반면, 정화하려는 유체로부터 제거하고자 하는 물질은 상기 열린 기공을 통과하지 못하는 원리를 이용하는 것이다.The principle of separating substances with a membrane is to use the open pores existing between the membranes. For example, a fluid to be purified (water, air, etc.) passes through the pores, whereas a material to be removed from the fluid to be purified does not pass through the open pores.
멤브레인이라는 매개체를 통해 유체가 이동하기 때문에, 멤브레인의 두께가 얇을 수록 투과 유량이 늘어나고, 기공의 크기는 되도록 일정할수록 분리되는 유체로부터 제거하고자 하는 물질의 제거율이 높고 안정적이라 할 수 있다.Since the fluid moves through a medium called the membrane, the thinner the membrane, the higher the permeation flow rate, and the more constant the pore size, the higher and more stable the removal rate of the material to be removed from the fluid being separated.
기술 분야에 따라서는 멤브레인에 유연성을 요구하기도 한다. 예를 들어 멤브레인을 말아서 사용하거나, 굴곡 있는 표면에 부착하여 사용하는 것이 고려될 수 있다.Depending on the technical field, flexibility is also required for the membrane. For example, rolling up the membrane or attaching it to a curved surface may be considered.
그래핀은 단분자층으로 알려진 대표적인 소재이며, 높은 전기 전도성, 강도를 가지고 있어서 새로운 전자 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0085869(2014.07.08.)에는 그래핀이 유연성을 가지며 지지체로 그래핀을 사용하면 높은 비표면적으로 중금속 처리 효율이 증대될 수 있음을 밝히고 있다.Graphene is a representative material known as a monolayer, and has high electrical conductivity and strength, so many studies are being conducted as a new electronic material. Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0085869 (2014.07.08.) discloses that graphene has flexibility and that when graphene is used as a support, heavy metal processing efficiency can be increased with a high specific surface area.
다만, 유연성을 가짐으로 인해 내구성 저하를 유발할 수 있기 때문에 유연성과 내구성을 모두 확보할 수 있는 구조의 플렉시블 멤브레인 및 그 제조 방법이 고려되어야 한다.However, since durability may be deteriorated due to flexibility, a flexible membrane having a structure capable of securing both flexibility and durability and a manufacturing method thereof should be considered.
본 발명의 일 목적은 휘어질 수 있도록 유연성을 가짐과 아울러 찢어짐 등에 저항할 수 있는 내구성, 유체의 고투수율을 갖는 플렉시블 멤브레인을 제안하는 것이다.One object of the present invention is to propose a flexible membrane having flexibility to be bent, durability capable of resisting tearing, etc., and high permeability of a fluid.
본 발명의 플렉시블 멤브레인은, 유연성을 갖도록 5nm 이하의 두께로 형성되고 5 내지 100nm의 기공을 갖는 그래핀 멤브레인; 및 유연성을 갖도록 10㎛ 내지 1mm의 두께로 형성되고 상기 그래핀 멤브레인의 기공과 같거나 그보다 큰 크기의 기공을 가지며, 상기 그래핀 멤브레인을 지지하도록 이루어지는 고분자 기판을 포함한다.The flexible membrane of the present invention includes: a graphene membrane formed to a thickness of 5 nm or less to have flexibility and having pores of 5 to 100 nm; and a polymer substrate formed to a thickness of 10 μm to 1 mm to have flexibility, having pores of the same size or larger than the pores of the graphene membrane, and configured to support the graphene membrane.
성가 고분자 기판의 기공은 0.1 내지 1㎛의 크기를 가질 수 있다.The pores of the expensive polymer substrate may have a size of 0.1 to 1 μm.
상기 그래핀 멤브레인은 2 이상 10 이하의 복수로 구비되며, 상기 그래핀 멤브레인들은 상기 고분자 기판 위에 다층으로 적층되고, 상기 그래핀 멤브레인들의 총 두께는 5nm 이하일 수 있다.The graphene membranes may be provided in plural of 2 or more and 10 or less, the graphene membranes may be stacked in multiple layers on the polymer substrate, and a total thickness of the graphene membranes may be 5 nm or less.
상기 그래핀 멤브레인이 5 내지 10의 복수로 구비되면, 상기 고분자 기판의 기공은 0.1 내지 3㎛의 크기를 가질 수 있다.When the graphene membrane is provided in a plurality of 5 to 10, the pores of the polymer substrate may have a size of 0.1 to 3 μm.
상기 고분자 기판은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 중 적어도 하나로 형성되고, 시트의 형상을 갖는다.The polymer substrate is formed of at least one of polycarbonate, polyethylene, polysulfone, polypropylene, polyacrylonitrile, and polyvinylidene fluoride (PVDF), and has a sheet shape.
상기 그래핀 멤브레인은 상기 고분자 기판의 적어도 일면에 부착될 수 있다.The graphene membrane may be attached to at least one surface of the polymer substrate.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 플렉시블 멤브레인의 제조 방법을 개시한다. 상기 플렉시블 멤브레인의 제조 방법은, 포일 위에서 그래핀을 성장시켜 그래핀 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 그래핀 멤브레인을 포일로부터 실리콘 웨이퍼나 유리 기판으로 전사하는 단계; 상기 그래핀 멤브레인에 기공을 가공하는 단계; 기공이 형성된 상기 그래핀 멤브레인을 불산(HF) 용액에 넣어 상기 그래핀 멤브레인을 상기 실리콘 웨이퍼나 상기 유리 기판으로부터 분리시키고, 상기 그래핀 멤브레인을 상기 불산 용액 위에 띄우는 단계; 및 상기 그래핀 멤브레인을 고분자 기판으로 건져 올려 상기 고분자 기판 위에 상기 그래핀 멤브레인을 부착하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention discloses a method for manufacturing a flexible membrane in order to realize the above problems. The method for manufacturing the flexible membrane includes: growing graphene on a foil to form a graphene membrane; transferring the graphene membrane from the foil to a silicon wafer or a glass substrate; processing pores in the graphene membrane; placing the graphene membrane having pores formed therein in a hydrofluoric acid (HF) solution to separate the graphene membrane from the silicon wafer or the glass substrate, and floating the graphene membrane on the hydrofluoric acid solution; and lifting the graphene membrane to the polymer substrate and attaching the graphene membrane to the polymer substrate.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 플렉시블 멤브레인은 적정 크기의 기공과 적정 두께를 갖는 그래핀 멤브레인과 고분자 기판을 포함한다. 이에 따라 플렉시블 멤브레인은 고투수율로 유체를 여과할 수 있으며, 특히 유연성을 갖는다.According to the present invention configured as described above, the flexible membrane includes a graphene membrane and a polymer substrate having pores of an appropriate size and an appropriate thickness. Accordingly, the flexible membrane can filter a fluid with high permeability, and in particular has flexibility.
유연성을 갖는 플렉시블 멤브레인은 말아서 사용 가능하거나 굴곡이 있는 표면에 적용될 수 있다. 예를 들어 플렉시블 멤브레인은 말아서 원통에 보관될 수 있으며, 곡면에 적용될 수 있다.Flexible membranes with flexibility can be rolled up or applied to curved surfaces. For example, flexible membranes can be rolled up and stored in cylinders, and can be applied to curved surfaces.
도 1은 본 발명의 플렉시블 멤브레인의 개념도다.
도 2는 고분자 기판의 전자 현미경 사진이다.
도 3은 그래핀 멤브레인과 고분자 기판(기공 0.4㎛)을 포함하는 플렉시블 멤브레인의 전자 현미경 사진이다.
도 4는 그래핀 멤브레인과 고분자 기판(기공 1㎛ 초과)을 포함하는 플렉시블 멤브레인의 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 플렉시블 멤브레인을 제조하는 방법을 보인 흐름도다.
도 6은 도 5의 방법에 의해 제조된 플렉시블 멤브레인의 사진과 전자 현미경 사진이다.1 is a conceptual diagram of a flexible membrane of the present invention.
2 is an electron micrograph of a polymer substrate.
3 is an electron micrograph of a flexible membrane including a graphene membrane and a polymer substrate (pores of 0.4 μm).
4 is an electron micrograph of a flexible membrane including a graphene membrane and a polymer substrate (pores greater than 1 μm).
5 is a flowchart showing a method for manufacturing the flexible membrane of the present invention.
6 is a photograph and an electron microscope photograph of the flexible membrane prepared by the method of FIG. 5 .
이하, 본 발명에 관련된 플렉시블 멤브레인에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, the flexible membrane according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 본 발명의 플렉시블 멤브레인의 개념도다.1 is a conceptual diagram of a flexible membrane of the present invention.
본 발명의 플렉시블 멤브레인은 그래핀 멤브레인(110)과 고분자 기판(120)을 포함하여, 휘어질 수 있도록 유연성을 갖는다. 이하에서는 유연성을 갖는 그래핀 멤브레인(110)과 유연성을 갖는 고분자 기판(120)에 대하여 순차적으로 설명한다.The flexible membrane of the present invention, including the
그래핀 멤브레인(110)은 그래핀 소재로 형성되는 멤브레인을 가리킨다. 그래핀은 단분자층으로 알려진 대표적인 소재다. 그래핀은 높은 강도를 갖고 있기 때문에, 그래핀에 기공이 형성되면 높은 투수율을 갖는 이상적인 멤브레인이 구현될 수 있다.The
그래핀 멤브레인(110)은 유연성과 내구성을 가질 수 있는 두께와 기공(111)의 크기를 갖는다. 구체적으로 그래핀 멤브레인(110)은 유연성과 내구성을 갖도록 0 초과 5nm 이하의 두께로 형성되고 5 내지 100nm의 기공(111)을 갖는다. 만일 그래핀 멤브레인(110)이 5nm를 초과하는 두께를 가지면 유연성이 떨어지게 된다. 그래핀 멤브레인(110)이 5nm 이하의 두께로 형성되면 유연성을 가질 뿐만 아니라 유체의 투과 속도를 극대화할 수 있다.The
기공(111)의 크기는 그래핀 멤브레인(110)을 통해 제거하고자 하는 물질의 입자 크기 및 유연성과 관련된다. 기공(111)의 크기가 작으면 작을수록 더 미소한 크기의 입자를 제거할 수 있으나, 유연성은 다소 떨어지게 된다. 반대로 기공(111)의 크기가 100nm를 초과하게 되면, 유연성은 확보될 수 있으나 미소한 크기의 입자를 제거하기 어렵다. 이와 같이 그래핀 멤브레인(110)의 기공(111) 크기는 제거하고자 하는 물질의 입자 크기 및 확보하고자 하는 유연성에 근거하여 결정된다.The size of the
그래핀 멤브레인(110)은 단수로 구비될 수도 있으며 10 이하의 복수로 구비될 수도 있다.The
그래핀 멤브레인(110)이 단수로 구비될 경우에는, 하나의 그래핀 멤브레인(110)이 5nm 이하의 두께로 형성된다.When the
그래핀 멤브레인(110)이 복수로 구비될 경우, 상기 그래핀 멤브레인(110)들은 고분자 기판(120) 위에 다층으로 적층된다. 그리고 그래핀 멤브레인(110)들의 총 두께는 5nm 이하로 형성된다. 그래핀 멤브레인(110)들이 다층으로 적층되면 강도와 내구성이 증가하게 된다.When a plurality of
고분자 기판(120)은 그래핀 멤브레인(110)을 지지하도록 이루어진다. 그래핀 멤브레인(110)은 고분자 기판(120)의 적어도 일 면에 부착된다. 도 1에서는 고분자 기판(120)의 상면에 그래핀 멤브레인(110)이 부착된 것으로 도시되어 있다.The
고분자 기판(120)은 유연성을 가질 수 있는 두께와 기공(121)의 크기를 갖는다. 구체적으로 고분자 기판(120)은 유연성을 갖도록 10㎛ 내지 1mm의 두께로 형성되고 상기 그래핀 멤브레인(110)의 기공(111)과 같거나 그보다 큰 크기의 기공(121)을 갖는다.The
만일 고분자 기판(120)이 10㎛보다 얇으면 낮은 내구성으로 인해 그래핀 멤브레인(110)의 지지 역할을 하기 어렵다. 반대로 고분자 기판(120)이 1mm보다 두꺼우면, 플렉시블 멤브레인 전체의 두께가 과도하게 두꺼워지고, 이로 인해 플렉시블 멤브레인이 유체를 여과하는 필터의 역할을 하기 어렵다. 또한 고분자 기판(120)이 1mm보다 두꺼우면 잘 휘지 않는 성질(rigidity)을 갖게 된다.If the
플렉시블 멤브레인에서 고분자 기판(120)은 그래핀 멤브레인(110)을 지지하는 역할을 하는 것이므로, 고분자 기판(120)의 기공(121)은 그래핀 멤브레인(110)의 기공(111)과 같거나 그보다 커야 한다. 만일 고분자 기판(120)의 기공(121)이 그래핀 멤브레인(110)의 기공(111)보다 작으면 투수율 저하를 유발하게 된다.In the flexible membrane, since the
고분자 기판(120)의 기공(121)은 0.1 내지 1㎛의 크기를 가질 수 있다. 0.1㎛라는 하한은 100nm라는 그래핀 멤브레인(110)의 최대 기공 크기와 같은 수치다. 만일 고분자 기판(120)의 기공(121)이 1㎛보다 크면, 그래핀 멤브레인(110)이 감당하기 어려운 투수량으로 인해 그래핀 멤브레인(110)에 찢어짐(defect)가 발생하게 된다.The
다만, 그래핀 멤브레인(110)이 5 내지 10의 복수로 구비되면, 그래핀 멤브레인(110)의 내구성이 증가하게 된다. 따라서 고분자 기판(120)의 기공(121)이 3㎛까지 커지더라도, 그래핀 멤브레인(110)에 찢어짐이 발생하지 않게 된다. 고분자 기판(120)의 기공(121)이 커짐에 따라 단위면적당 투수량이 증가하게 되므로, 그래핀 멤브레인(110) 전체의 성능이 증가하게 된다.However, when the
고분자 기판(120)은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 이들 소재는 시트의 형상으로 형성될 수 있으며, 얇은 두께를 가짐과 동시에 기공 형성이 가능한 소재들이다.The
다음으로는 플렉시블 멤브레인의 실제 사진을 참조하여 설명한다.Next, it will be described with reference to the actual photo of the flexible membrane.
도 2는 고분자 기판의 전자 현미경 사진이다.2 is an electron micrograph of a polymer substrate.
고분자 기판에 다수의 기공이 형성되어 있음을 도 2의 사진으로부터 알 수 있다. 또한 고분자 기판이 약 1㎛ 또는 그 이하의 기공을 가지고 있음을 도 2의 사진으로부터 알 수 있다.It can be seen from the photo of FIG. 2 that a plurality of pores are formed in the polymer substrate. In addition, it can be seen from the photo of FIG. 2 that the polymer substrate has pores of about 1 μm or less.
도 3은 그래핀 멤브레인과 고분자 기판(기공 0.4㎛)을 포함하는 플렉시블 멤브레인의 전자 현미경 사진이다. 그래핀 멤브레인은 2층으로 이루어진다.3 is an electron micrograph of a flexible membrane including a graphene membrane and a polymer substrate (pores of 0.4 μm). The graphene membrane consists of two layers.
작은 검은색 점으로 표시된 것이 그래핀 멤브레인의 기공이다. 그래핀 멤브레인과 고분자 기판에 각각 다수의 기공이 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 3의 사진으로부터 고분자 기판의 큰 기공을 통해 그래핀 멤브레인의 작은 기공이 시각적으로 확인된다.The small black dots are the pores of the graphene membrane. It can be seen that a plurality of pores are formed in the graphene membrane and the polymer substrate, respectively. From the photo of FIG. 3 , the small pores of the graphene membrane are visually confirmed through the large pores of the polymer substrate.
고분자 기판의 기공이 1㎛보다 작으면 그래핀 멤브레인에 찢어짐이 발생하지 않는다는 것도 도 3의 사진으로부터 확인 가능하다.It can also be confirmed from the photo of FIG. 3 that tearing does not occur in the graphene membrane when the pores of the polymer substrate are smaller than 1 μm.
도 4는 그래핀 멤브레인과 고분자 기판(기공 1㎛ 초과)을 포함하는 플렉시블 멤브레인의 전자 현미경 사진이다. 그래핀 멤브레인은 2층으로 이루어진다.4 is an electron micrograph of a flexible membrane including a graphene membrane and a polymer substrate (pores greater than 1 μm). The graphene membrane consists of two layers.
고분자 기판의 기공이 1㎛를 초과하게 되면, 그래핀 멤브레인이 감당하기 어려운 투수량으로 인해 그래핀 멤브레인에 부분적으로 찢어짐이 발생하게 된다. 도 4의 사진에서 짙은 검은색 부분이 그래핀 멤브레인의 찢어진 부분에 해당한다.When the pores of the polymer substrate exceed 1 μm, the graphene membrane is partially torn due to the water permeability that the graphene membrane cannot handle. In the photo of FIG. 4 , the dark black part corresponds to the torn part of the graphene membrane.
그래핀 멤브레인이 찢어지게 되면 유체를 여과하는 필터로서 기능하지 못한다. 여과되어야 할 물질들이 찢어진 부분을 통과해 버리기 때문이다.If the graphene membrane is torn, it cannot function as a filter to filter the fluid. This is because the material to be filtered passes through the torn area.
다음으로는 앞서 설명된 플렉시블 멤브레인을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing the above-described flexible membrane will be described.
도 5는 본 발명의 플렉시블 멤브레인을 제조하는 방법을 보인 흐름도다.5 is a flowchart showing a method for manufacturing the flexible membrane of the present invention.
(S100) 먼저 포일(foil) 위에서 그래핀을 성장시켜 그래핀 멤브레인을 형성한다. 포일은 예를 들어 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 그래핀은 화학 기상 증착법(CVD) 등에 의해 성장될 수 있다.(S100) First, graphene is grown on a foil to form a graphene membrane. The foil may be formed of, for example, copper (Cu). Graphene may be grown by chemical vapor deposition (CVD) or the like.
구리 포일 위에서 성장된 그래핀 멤브레인은 5nm 이하의 두께를 갖는다. 만일 그래핀 멤브레인이 복수의 층으로 이루어진다면 5nm보다 얇은 그래핀들을 성장시킨 후 적층하여, 총 두께는 5nm 이하가 되도록 한다.The graphene membrane grown on the copper foil has a thickness of 5 nm or less. If the graphene membrane consists of a plurality of layers, graphene thinner than 5 nm is grown and then stacked, so that the total thickness is 5 nm or less.
(S200) 다음으로, 그래핀 멤브레인에 기공을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 또는 유리(glass) 기판으로 그래핀 멤브레인을 전사(transfer)한다.(S200) Next, the graphene membrane is transferred to a silicon wafer (Si wafer) or a glass substrate to form pores in the graphene membrane.
(S300) 이어서 그래핀 멤브레인에 기공을 가공한다. 기공은 패턴 공정 등을 통해 형성될 수 있다.(S300) Then, pores are processed in the graphene membrane. The pores may be formed through a patterning process or the like.
(S400) 다음으로 수용성 용액인 불산(HF) 용액에 기공이 형성된 그래핀 멤브레인을 넣어 상기 그래핀 멤브레인을 실리콘 웨이퍼나 유리 기판으로부터 분리시킨다. 그래핀 멤브레인은 불산 용액 위에 뜨게 된다.(S400) Next, a graphene membrane having pores formed therein is put in an aqueous hydrofluoric acid (HF) solution to separate the graphene membrane from a silicon wafer or a glass substrate. The graphene membrane is floated on the hydrofluoric acid solution.
(S500) 마지막으로 그래핀 멤브레인을 고분자 기판으로 건져 올려 고분자 기판 위에 그래핀 멤브레인을 부착하여 플렉시블 멤브레인을 제작한다.(S500) Finally, the graphene membrane is pulled up with a polymer substrate, and the graphene membrane is attached to the polymer substrate to prepare a flexible membrane.
상기와 같은 방법에 의해 제작된 플렉시블 멤브레인은 그래핀 멤브레인과 고분자 기판을 포함하며, 그래핀 멤브레인과 고분자 기판은 유연성과 내구성을 갖는다.The flexible membrane manufactured by the above method includes a graphene membrane and a polymer substrate, and the graphene membrane and the polymer substrate have flexibility and durability.
도 6은 도 5의 방법에 의해 제조된 플렉시블 멤브레인의 사진과 전자 현미경 사진이다.6 is a photograph and an electron microscope photograph of the flexible membrane prepared by the method of FIG. 5 .
작은 검은색 점으로 표시된 것이 그래핀 멤브레인의 기공이다. 그래핀 멤브레인의 기공을 감싸는 큰 기공은 고분자 기판의 기공이다. 그래핀 멤브레인과 고분자 기판에 각각 다수의 기공이 형성되어 있음을 알 수 있다. 플렉시블 멤브레인은 유연성과 내구성을 갖는다. 또한 플렉시블 멤브레인은 고투수량으로 유체를 여과할 수 있다.The small black dots are the pores of the graphene membrane. The large pores surrounding the pores of the graphene membrane are pores of the polymer substrate. It can be seen that a plurality of pores are formed in the graphene membrane and the polymer substrate, respectively. Flexible membranes have flexibility and durability. In addition, flexible membranes can filter fluids with high permeability.
이상에서 설명된 플렉시블 멤브레인은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The flexible membrane described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and the embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made.
100: 플렉시블 멤브레인
110: 그래핀 멤브레인
120: 고분자 기판100: flexible membrane
110: graphene membrane
120: polymer substrate
Claims (7)
유연성을 갖도록 10㎛ 내지 1mm의 두께로 형성되고 상기 그래핀 멤브레인을 지지하도록 이루어지는 고분자 기판을 포함하는 것으로,
상기 그래핀 멤브레인은 상기 고분자 기판 위에 5 내지 10의 복수로 구비되며,
상기 고분자 기판의 기공은 0.1 내지 3㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉시블 멤브레인.a graphene membrane formed to a thickness of 5 nm or less to have flexibility and having pores of 5 to 100 nm; and
To include a polymer substrate formed to a thickness of 10 μm to 1 mm to have flexibility and configured to support the graphene membrane,
The graphene membrane is provided in a plurality of 5 to 10 on the polymer substrate,
The flexible membrane, characterized in that the pores of the polymer substrate have a size of 0.1 to 3㎛.
상기 그래핀 멤브레인을 포일로부터 실리콘 웨이퍼나 유리 기판으로 전사하는 단계;
상기 그래핀 멤브레인에 기공을 가공하는 단계;
기공이 형성된 상기 그래핀 멤브레인을 불산(HF) 용액에 넣어 상기 그래핀 멤브레인을 상기 실리콘 웨이퍼나 상기 유리 기판으로부터 분리시키고, 상기 그래핀 멤브레인을 상기 불산 용액 위에 띄우는 단계; 및
상기 그래핀 멤브레인을 고분자 기판으로 건져 올려 상기 고분자 기판 위에 상기 그래핀 멤브레인을 부착하는 단계;를 포함하는 것으로,
상기 그래핀 멤브레인을 부착하는 단계는 상기 고분자 기판 위에 상기 그래핀 멤브레인을 복수로 구비하기 위하여 5회 내지 10회 반복하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 멤브레인의 제조 방법.growing graphene on the foil to form a graphene membrane;
transferring the graphene membrane from the foil to a silicon wafer or a glass substrate;
processing pores in the graphene membrane;
placing the graphene membrane having pores formed therein in a hydrofluoric acid (HF) solution to separate the graphene membrane from the silicon wafer or the glass substrate, and floating the graphene membrane on the hydrofluoric acid solution; and
Lifting the graphene membrane to the polymer substrate and attaching the graphene membrane to the polymer substrate;
The step of attaching the graphene membrane is a method of manufacturing a flexible membrane, characterized in that it is repeated 5 to 10 times in order to provide a plurality of the graphene membrane on the polymer substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170079272A KR102409225B1 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Flexible membrane and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170079272A KR102409225B1 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Flexible membrane and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190000209A KR20190000209A (en) | 2019-01-02 |
| KR102409225B1 true KR102409225B1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=65021815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170079272A KR102409225B1 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Flexible membrane and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102409225B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112755818B (en) * | 2020-12-16 | 2022-07-01 | 华东师范大学 | Graphene oxide film and preparation method and application thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101317708B1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-17 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Method for preparing three-dimensional nano-foam of few-layer graphene |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101813170B1 (en) * | 2011-04-11 | 2017-12-28 | 삼성전자주식회사 | Separation membrane comprising graphene |
| KR101437592B1 (en) | 2012-12-28 | 2014-09-04 | 전자부품연구원 | Graphene composite membrane for water treatment |
| KR102232418B1 (en) * | 2014-04-29 | 2021-03-29 | 엘지전자 주식회사 | Graphene membrane and method for manufacturing the same |
-
2017
- 2017-06-22 KR KR1020170079272A patent/KR102409225B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101317708B1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-17 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Method for preparing three-dimensional nano-foam of few-layer graphene |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Adv. Sci. 2016, 3, 1500343(2016.02.04.)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190000209A (en) | 2019-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10500546B2 (en) | Processes for forming composite structures with a two-dimensional material using a porous, non-sacrificial supporting layer | |
| EP3140028A2 (en) | Stacked two-dimensional materials and methods for producing structures incorporating same | |
| US9463421B2 (en) | Planar filtration and selective isolation and recovery device | |
| US8431034B2 (en) | Manufacturing of nanopores | |
| US10391219B2 (en) | Nanoporous silicon nitride membranes, and methods for making and using such membranes | |
| AU2017203154A1 (en) | Tunable layered graphene membrane configuration for filtration and selective isolation and recovery devices | |
| US10118130B2 (en) | Two-dimensional membrane structures having flow passages | |
| EP2724773A1 (en) | Nanosieve composite membrane | |
| JP2010214255A (en) | Separation membrane | |
| KR102409225B1 (en) | Flexible membrane and manufacturing method thereof | |
| Wang et al. | Hot-pressed polymer nanofiber supported graphene membrane for high-performance nanofiltration | |
| US20140183135A9 (en) | Nanosieve composite membrane | |
| JP2006007224A (en) | Porous multilayered hollow fiber, and filtration module provided with the porous multilayered hollow fiber | |
| Wei et al. | Direct growth of ultra-permeable molecularly thin porous graphene membranes for water treatment | |
| KR102220811B1 (en) | Method for Manufacturing Ultrafine Graphene Membrane Having Nano Pores | |
| LU100251B1 (en) | A Method for Separating Fluidic Water from Impure Fluids and a Filter therefore | |
| WO2023043935A1 (en) | Dry-process membrane for filtration | |
| KR101417991B1 (en) | composite membranes consisted of metallic supporter and metal oxide membrane using metals patterned as prominent planes and depressed planes using lithography and their fabrication method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |