KR20110089625A - Method for manufacturing graphen nano plate - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A graphene nano-plate and a method for manufacturing the same are provided to separate a graphite layer by preventing the direct contact of ferric chloride with respect to oxygen in order to prevent the oxidization of ferric chloride. CONSTITUTION: Ferric chloride is diluted with nitro methane. Graphite is added to the diluted ferric chloride, and the diluted ferric chloride is dried to obtain a dry compound. The dry compound is heated and expanded using microwaves under a nitrogen atmosphere. In the heating and expanding process, the drying compound is arranged in a quartz container. 50 to 70 parts by weight of the ferric chloride, based on 100 parts by weight of the graphite, is mixed with the nitro methane.

Description

그라펜 나노플레이트 및 그 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHEN NANO PLATE}Graphene nanoplates and its manufacturing method {METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHEN NANO PLATE}

본 발명은 전도성 도료수지의 충전제 등으로 사용되는 그라펜 나노플레이트를 고가의 고압 및 고온의 설비를 사용하지 않고 간단한 처리공정에 의해 제조할 수 있는 그라펜 나노플레이트의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a graphene nanoplate which can be produced by a simple treatment process using a graphene nanoplate used as a filler of a conductive paint resin, without using expensive high pressure and high temperature equipment.

그라펜(Graphen)은 판상의 물질로서 육각형 벌집무늬로 이루어진 탄소입자들이 층층이 쌓여있는 흑연입자를 각 층별로 분리하였을 때 최소입자를 말한다. 층으로 이루어진 흑연을 분리하는 기술에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있으며 그라펜을 실생활에 이용하는 기술도 많은 발전이 이루어져 있다. Graphen is a plate-like material and refers to the smallest particle when the graphite particles having a layered layer of graphite particles are separated by each layer. Research into the technology of separating layered graphite is also being actively conducted, and the technology of using graphene in real life has been advanced.

한편, 종래에 흑연을 이용하여 그라펜을 제조하기 위해서는 고압, 고온(1000℃이상)의 제조공정 하에서 작업이 이루어졌다. 따라서 고압, 고온의 설비가 별도로 필요하고 처리비용도 높아질 뿐만 아니라 처리공정 자체도 복잡하고, 처리 시간도 2~3시간 정도 소요되는 등 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
On the other hand, conventionally, in order to manufacture graphene using graphite, work was performed under a high pressure, high temperature (1000 ° C. or more) manufacturing process. Therefore, a high pressure, high temperature equipment is required separately, and the treatment cost is not only high, but also the processing process itself is complicated, the processing time takes about 2 to 3 hours, there is a problem that takes a long time.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고가의 고압 및 고온의 설비가 필요하지 않고 처리공정이 단순화되어 처리비용 및 처리시간을 대폭 감소시킬 수 있는 그라펜 나노플레이트의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention for solving such a conventional problem does not require expensive high pressure and high temperature equipment and provides a manufacturing method of the graphene nanoplates that can greatly reduce the processing cost and processing time by simplifying the processing process. There is a purpose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 염화철을 니트로메탄에 희석시킨 상태에서 흑연을 첨가한 후 건조시켜 건조화합물을 얻은 후 상기 건조화합물을 마이크로 웨이브를 이용하여 가열팽창시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트의 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object is, after the addition of graphite in a state in which iron chloride is diluted in nitromethane, and dried to obtain a dry compound, characterized in that for producing the dried compound by thermal expansion using a microwave It provides a method for producing a graphene nanoplate.

상기 니트로메탄에 염화철을 상기 흑연 100중량부에 대해 50~70중량부 혼합하는 것이 바람직하다.It is preferable to mix 50-70 weight part of iron chlorides with respect to 100 weight part of said graphite in the said nitromethane.

특히, 상기 건조화합물 중 염화철의 산화반응을 방지하여 효과적으로 그라펜 처리가 이루어지도록 상기 건조화합물을 질소가스분위기에서 가열팽창시키는 것이 좋다.In particular, it is preferable to heat-expand the dry compound in a nitrogen gas atmosphere so as to prevent the oxidation reaction of iron chloride in the dry compound to effect the graphene treatment.

그리고 상기 건조화합물을 석영용기에 담은 후 상기 석용용기를 테프론 용기에 수용시킨 상태에서 마이크로 웨이브를 가하여 상기 건조화합물을 가열팽창시키는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable to heat-expand the dried compound by adding microwaves in a state in which the dried container is contained in a quartz container and the stone container is accommodated in a Teflon container.

아울러 본 발명은 상기 그라펜 나노플레이트의 제조방법에 의해 제조된 그라펜 나노플레이트를 제공한다.
In addition, the present invention provides a graphene nanoplate prepared by the method for producing a graphene nanoplate.

본 발명의 그라펜 나노플레이트의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the graphene nanoplates of the present invention are as follows.

본 발명의 그라펜 나노플레이트의 제조방법은 염화철을 니트로메탄에 희석시킨 상태에서 흑연을 첨가한 후 건조시켜 건조화합물을 얻은 후 상기 건조화합물을 마이크로웨이브를 이용하여 가열팽창시켜 그라펜 나노플레이트를 제조한다.
In the method for preparing graphene nanoplates according to the present invention, graphite is added in a state in which iron chloride is diluted in nitromethane, followed by drying to obtain a dry compound. do.

마이크로웨이브를 이용하여 순간적인 열원을 제공하여 상기 건조화합물에 존재하는 염화철에 순간적인 열원을 공급하여 염화철을 발화시켜 흑연 층을 분리한다. 종래의 고압 및 고온의 설비를 이용하는 경우 처리소요시간이 2~3시간이 소요되고 별도로 고가의 고압 및 고온의 설비를 구비해야 하나, 본 발명과 같이 마이크로웨이브를 이용할 경우 2분 내외로 처리시간을 크게 단축시킬 수 있어 제조시간 및 제조비용을 대폭 줄일 수 있는 이점이 있다.
A microwave is used to provide an instant heat source to supply the instantaneous heat source to the iron chloride present in the dry compound to ignite the iron chloride to separate the graphite layer. In case of using the conventional high pressure and high temperature equipment, the processing time is 2 ~ 3 hours and additionally, the high pressure and high temperature equipment should be provided separately. Since it can be greatly shortened there is an advantage that can significantly reduce the manufacturing time and manufacturing cost.

한편, 상기 건조화합물을 석영용기에 담은 후 테프론용기에 수용시킨 상태에서 마이크로웨이브를 가하여 가열팽창시키는 것이 좋다. 상기 테프론용기는 상기 석영용기가 수용된 상태로 밀폐된다.On the other hand, it is preferable to immerse the dried compound in a quartz container and heat-expand it by adding a microwave in a state accommodated in a Teflon container. The Teflon container is sealed while the quartz container is accommodated.

석영용기의 경우 마이크로웨이브를 이용하여 상기 건조화합물을 처리할 때 발생되는 급열분위기에서도 파손되지 않는 이점이 있다. 그리고 테프론용기를 사용함으로써 흑연이 팽창분리되어 생성되는 수 nm이하 크기의 그라펜으로부터 마이크로웨이브 처리장비를 보호하고 고온특성이 우수하여 고온에서도 파손되지 않는다.
In the case of the quartz container, there is an advantage that the quartz container is not damaged even in the rapid atmosphere generated when the dried compound is treated. In addition, by using a Teflon container, the microwave treatment equipment is protected from graphene having a size of several nm or less produced by expansion and separation of graphite.

그리고 상기 테프론용기에 질소가스가 충전된 상태에서 마이크로웨이브를 가하여 흑연을 팽창분리시키는 것이 좋다. 상기 테프론용기에 질소가스가 충전됨으로써, 건조화합물에 함유된 염화철과 산소의 직접적인 접촉을 감소시켜 염화철의 산화반응을 방지하여 효과적으로 마이크로웨이브에 의해 흑연층이 분리되어 그라펜 나노플레이트를 얻을 수 있다.
In addition, it is preferable to expand and separate graphite by applying microwaves in a state where nitrogen gas is filled in the Teflon container. Nitrogen gas is filled in the Teflon container, thereby reducing direct contact between iron chloride and oxygen contained in the dry compound to prevent oxidation of iron chloride, and effectively, the graphite layer is separated by microwaves, thereby obtaining graphene nanoplates.

한편, 니트로메탄에 염화철이 희석된 희석용액에 흑연을 첨가하기 전에 희석용액 중 반응하지 않은 염화철을 제거한 후 흑연을 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 염화철을 흑연 100중량부에 대해 50~70중량부를 니트로메탄에 혼합하는 것이 좋다. 염화철이 50중량부 미만으로 혼합되는 경우는 흑연의 박리화과정이 일부분만 발생되는 문제가 있고, 70중량부 초과로 혼합되는 경우 과도한 염화철의 투입량으로 인하여 발열과정만 일어날 뿐 실제적인 흑연의 박리화 과정은 발생하지 않는 문제점이 있다.
On the other hand, before adding graphite to the dilute solution in which iron chloride is diluted in nitromethane, it is preferable to remove the unreacted iron chloride in the dilute solution, and then add graphite, more preferably 50 to 70 weight parts of iron chloride based on 100 parts by weight of graphite. It is better to mix the part with nitromethane. When iron chloride is mixed at less than 50 parts by weight, there is a problem that only a part of graphite exfoliation occurs, and when mixed at more than 70 parts by weight, only exothermic processes occur due to the excessive amount of iron chloride, thereby actual exfoliation of graphite. There is a problem that does not occur.

본 발명의 그라펜 나노플레이트의 제조방법은 고가의 고압 및 고온의 설비가 필요하지 않고 처리공정이 단순화되어 처리비용 및 처리시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
The method for producing graphene nanoplatelets of the present invention does not require expensive high pressure and high temperature equipment, and the treatment process is simplified, thereby greatly reducing treatment cost and treatment time.

도 1은 석영도가니에 건조화합물이 수용된 상태를 나타내는 사진이고,
도 2는 가열팽창되어 제조된 그라펜 나노 플레이트의 상태를 나타내는 사진이다.1 is a photograph showing a state in which a dry compound is accommodated in a quartz crucible,
Figure 2 is a photograph showing the state of the graphene nano plate prepared by thermal expansion.

이하, 본 발명의 그라펜 나노플레이트의 제조방법을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the graphene nanoplates of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

염화철 22.5g을 30ml의 니트로메탄에 녹인 후 10g의 천연흑연을 첨가하였다. 온도 50℃에서 24시간동안 교반을 한 후 반응하지 않은 염화철을 진공필터를 이용하여 걸러낸 뒤 60℃에서 5시간 건조하여 건조화합물을 얻었다.22.5 g of iron chloride was dissolved in 30 ml of nitromethane, and 10 g of natural graphite was added thereto. After stirring for 24 hours at a temperature of 50 ℃ filtered unreacted iron chloride using a vacuum filter and dried for 5 hours at 60 ℃ to obtain a dry compound.

건조화합물을 도 1과 같이 석영도가니에 넣은 후 테프론 용기에 넣었다. 테프론 용기에 석영도가니를 넣은 후 테프론 용기 내부에 질소가스를 충전하였다. 테프론 용기를 마이크로웨이브 오븐에 넣은 후 2분간 마이크로웨이브를 가하여 가열팽창시켜 그라펜 나노플레이트를 제조하였다.The dry compound was placed in a quartz crucible as shown in FIG. 1 and then placed in a Teflon container. After putting a quartz crucible in a Teflon container, nitrogen gas was charged into the Teflon container. The Teflon container was placed in a microwave oven, and microwave expansion was performed for 2 minutes to prepare a graphene nanoplate.

이때 천연흑연, 염화철 및 니트로메탄은 하기의 표 1의 재료를 사용하였다.
In this case, natural graphite, iron chloride and nitromethane used the materials shown in Table 1 below.

[천연흑연, 염화철 및 니트로메탄의 특성][Characteristics of Natural Graphite, Iron Chloride and Nitromethane] 종류Kinds 제조사manufacturer 특성characteristic 천연흑연Natural graphite Hyundai Coma Ind.(Korea)Hyundai Coma Ind. (Korea) purity : >98.5wt%
average dia. : 5㎛purity:> 98.5wt%
average dia. : 5㎛ 염화철Iron chloride Sigma AldrichSigma aldirich Anhydrous gradeAnhydrous grade 니트로메탄Nitromethane Sigma AldrichSigma aldirich HPLC gradeHPLC grade

실시예 1에서 제조된 그라펜 나노플레이트는 도 2의 사진과 같이 육안으로 효과적으로 팽창된 사실을 확인할 수 있다.Graphene nanoplates prepared in Example 1 can be seen that effectively expanded to the naked eye as shown in the photograph of FIG.

Claims (5)

염화철을 니트로메탄에 희석시킨 상태에서 흑연을 첨가한 후 건조시켜 건조화합물을 얻은 후 상기 건조화합물을 마이크로 웨이브를 이용하여 가열팽창시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트의 제조방법.
Graphite is added in a state in which iron chloride is diluted in nitromethane, followed by drying to obtain a dry compound, and then manufacturing the graphene nanoplate by heating and expanding the dried compound using microwave.
제1항에 있어서,
상기 니트로메탄에 상기 염화철을 상기 흑연 100중량부에 대해 50~70중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트의 제조방법
The method of claim 1,
The method for producing graphene nanoplates, characterized in that 50 to 70 parts by weight of the iron chloride is mixed with respect to 100 parts by weight of the graphite in the nitromethane.
제1항에 있어서,
상기 건조화합물을 질소가스분위기에서 가열팽창시키는 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a graphene nanoplate characterized in that the dry compound is expanded by heating in a nitrogen gas atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 건조화합물을 석영용기에 담은 후 상기 석용용기를 테프론 용기에 수용시킨 상태에서 마이크로 웨이브를 가하여 상기 건조화합물을 가열팽창시키는 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a graphene nanoplates, wherein the dried compound is immersed in a quartz container and then the microwave compound is heated and expanded in a state in which the stone container is accommodated in a Teflon container.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 그라펜 나노플레이트.Graphene nanoplates prepared by the method according to any one of claims 1 to 4.

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