KR20120095042A - Method for coating substrate with graphene oxide and method of manufacuring substrate coated reduced graphene oxide - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법 및 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥코팅을 이용하여 그래핀 산화물을 기판상에 코팅하는 경우 공정 조건을 달리하여 코팅되는 그래핀 산화물의 두께를 조절할 수 있으며, 균일하게 코팅할 수 있는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법 및 상기 코팅된 그래핀 산화물을 환원시킴으로써 전기 전도성이 부여된 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for coating a substrate of graphene oxide and a method for manufacturing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide, and more particularly, when the graphene oxide is coated on a substrate using dip coating. It is possible to control the thickness of the graphene oxide to be coated in different ways, the coating method of the substrate of the graphene oxide that can be uniformly coated and the reduction of the graphene oxide granted electrical conductivity by reducing the coated graphene oxide is coated It relates to a method for producing a substrate.
그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성을 가지는 물질로서, 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 개발되면서 그에 관한 많은 연구가 진행되어 오고 있다. Graphene is a material that is very stable and excellent in electrical, mechanical, and chemical properties as well as having excellent conductivity. Since 2004, a method of separating graphene from graphite has been developed.
상기의 그래핀을 기판에 코팅하는 방법에는 먼저 공지된 화학적 기상 증착법(CVD)이 있다. 그러나 이는 그래핀을 고온에서 직접 기판상에 코팅하는 방법이기 때문에 피코팅재인 기판이 열적 안정성이 우수하여야 하는 제약이 있어 열에 취약한 재질의 기판은 사용할 수 없는 문제점이 있었다.The method of coating the graphene on the substrate is a known chemical vapor deposition (CVD) first. However, since this is a method of coating the graphene directly on the substrate at a high temperature, there is a problem that the substrate to be coated has excellent thermal stability, so that a substrate of a material vulnerable to heat cannot be used.
또한 대한민국 공개특허 10-2010-0136576호에서는 친수성 용매에서 분산된 그래핀 산화물을 회전 건조하여 환원시키는 방식에 의하여 그래핀 필름을 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다. 이 때, 회전건조는 적어도 50℃ 이상의 고온에서 수행되므로 플라스틱 또는 섬유와 같이 열적으로 불안정한 재질의 기판에서는 사용할 수 없는 문제점이 있었다. In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0136576 discloses a method for producing a graphene film by a method of rotating and reducing the graphene oxide dispersed in a hydrophilic solvent. At this time, the rotary drying is performed at a high temperature of at least 50 ℃, there is a problem that can not be used in a substrate of a thermally unstable material such as plastic or fiber.
한편, 최근에는 스핀 코팅을 이용하여 그래핀 산화물을 기판상에 코팅하는 기술(ACS Nano,Manish Chhowalla,2010,4,524)이 발표되었으나, 상기 기술은 공정이 복잡하고 기판의 크기에 제약이 있어 그래핀을 대면적으로 균일하게 코팅하는 것에 한계가 있었다. Meanwhile, recently, a technique of coating graphene oxide on a substrate using spin coating (ACS Nano, Manish Chhowalla, 2010, 4,524) has been published. However, the technique has a complicated process and is limited in the size of the substrate. There was a limit to uniform coating of large area.
이에 본 발명의 제 1 목적은 딥코팅을 이용하여 다양한 재질의 기판 상에 그래핀 산화물을 균일하게 코팅할 수 있으며, 공정 조건을 달리하여 코팅되는 그래핀 산화물의 두께를 조절할 수 있는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법을 제공하는데 있다.Therefore, the first object of the present invention can be uniform coating of graphene oxide on a substrate of various materials using a dip coating, and of the graphene oxide that can control the thickness of the graphene oxide coated by varying the process conditions It is to provide a substrate coating method.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 그래핀 산화물을 환원시킴으로써 전기 전도성이 부여된 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide to which electrical conductivity is imparted by reducing the graphene oxide.
상기의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그래핀 산화물 분산액을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계 및 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above first object, comprising the steps of preparing a graphene oxide dispersion, immersing the substrate in the graphene oxide dispersion liquid and withdrawing the substrate from the graphene oxide dispersion liquid and drying Characterized in that.
또한, 상기의 제 2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그래핀 산화물 분산액을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계, 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계 및 상기 기판에 코팅된 그래핀 산화물을 환원하여 전기 전도성을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the second object of the present invention comprises the steps of preparing a graphene oxide dispersion, immersing the substrate in the graphene oxide dispersion, drawing the substrate from the graphene oxide dispersion and drying; Reducing the graphene oxide coated on the substrate characterized in that it comprises the step of imparting electrical conductivity.
본 발명에 의한 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법은 딥코팅 공정을 이용하여 다양한 재질의 기판에 그래핀 산화물을 간편하고 용이한 방법으로 균일하게 코팅할 수 있는 효과가 있다.The substrate coating method of the graphene oxide according to the present invention has an effect of uniformly coating the graphene oxide on a substrate of various materials by a simple and easy method using a dip coating process.
또한, 본 발명에 의한 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법은 그래핀 산화물을 환원시킴으로써 코팅 기판에 전기 전도도가 부여될 수 있는 효과가 있다. In addition, the method of manufacturing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide according to the present invention has an effect that electrical conductivity can be given to the coated substrate by reducing the graphene oxide.
도 1 은 그래핀 산화물 입자의 구조를 도시한 도면이다.
도 2 는 플라즈마로 표면처리한 후의 기판을 도시한 도면이다.
도 3 은 계면활성제로 표면처리한 후의 기판을 도시한 도면이다.
도 4 는 표면처리된 기판을 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하는 단계의 공정도이다.
도 5 는 표면처리된 기판을 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출하는 단계를 보다 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 은 그래핀 산화물 입자가 코팅된 기판의 측면도이다.
도 7 은 그래핀 산화물 입자가 환원된 후의 그래핀 산화물의 환원물의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of graphene oxide particles.
2 shows a substrate after surface treatment with plasma.
3 is a diagram showing a substrate after surface treatment with a surfactant.
4 is a process chart of the step of withdrawing the surface-treated substrate from the graphene oxide dispersion.
FIG. 5 is an enlarged view of the step of withdrawing the surface-treated substrate from the
6 is a side view of a substrate coated with graphene oxide particles.
FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of a reduced product of graphene oxide after graphene oxide particles are reduced.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법은 그래핀 산화물 분산액을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계 및 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계를 포함한다.A method of coating a substrate of graphene oxide according to the present invention includes preparing a graphene oxide dispersion, immersing the substrate in the graphene oxide dispersion, and withdrawing the substrate from the graphene oxide dispersion to dry. .
먼저, 그래핀 산화물을 제조한다. 그래핀 산화물은 그래파이트를 화학적으로 산화하는 방법으로 제조하며, 예컨대 에폭사이드, 수산기 및 카르복시산 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 그래파이트 표면에 부가하는 것으로 달성될 수 있다. First, graphene oxide is prepared. Graphene oxide is prepared by a method of chemically oxidizing graphite, and can be achieved by adding at least one or more selected from epoxides, hydroxyl groups and carboxylic acid groups to the graphite surface, for example.
도 1 은 그래핀 산화물의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of graphene oxide.
도 1 을 참조하면, 그래핀 산화물은 탄소, 수소, 산소로 구성되어 있으며, 그래핀을 기반으로 한 단일층 물질에 기능성 그룹의 수소와 산소가 결합한 형태를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, graphene oxide is composed of carbon, hydrogen, and oxygen, and it can be seen that the graphene-based single layer material has a form in which hydrogen and oxygen of a functional group are combined.
이후, 상기 그래파이트 산화물을 극성 용매와 혼합한 후 분산하여 그래파이트 산화물을 박리하는 단계를 거친다. 본 실시예에서는 초순수를 사용하였으나, pH 조절이 가능하면 이에 한정되는 것은 아니며, 물, DMF, NMP, THF 및 이들의 적어도 2이상의 혼합물 중에 선택되는 극성용매를 사용할 수 있다. 상기 그래핀 산화물 분산액 제조시 수용액의 pH는 2이상을 유지하는 것이 분산을 안정화하는데 도움이 되며, pH 4 이상인 것이 더욱 바람직하다.Thereafter, the graphite oxide is mixed with the polar solvent and then dispersed to peel the graphite oxide. In the present embodiment, ultrapure water is used, but the pH is not limited thereto, and a polar solvent selected from water, DMF, NMP, THF, and a mixture of at least two or more thereof may be used. Maintaining the pH of the aqueous solution at the time of preparing the graphene oxide dispersion helps to stabilize the dispersion, more preferably pH 4 or more.
상기 분산과정은 나노 이하의 크기로 초미세하게 분산시키기 위하여서 초음파를 이용하는 것이 바람직하다. 상기의 과정을 통하여 그래핀 산화물 분산액이 준비된다. In the dispersion process, it is preferable to use ultrasonic waves in order to disperse very finely to nano size or less. Graphene oxide dispersion is prepared through the above process.
이후, 그래핀 산화물 분산액에 침지할 기판을 준비하고 이를 표면처리하는 단계를 거친다. 본 실시예에서는 PET 기판을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열적으로 불안정한 플라스틱, 섬유, 종이 등의 재질 또는 열적으로 안정한 금속, 세라믹 등의 재질을 기판으로 사용할 수 있다. 즉, 열적으로 안정한가의 여부에 관계없이 다양한 기판을 사용할 수 있다. Thereafter, a substrate to be immersed in the graphene oxide dispersion is prepared and subjected to a surface treatment. In the present embodiment, a PET substrate is used, but the present invention is not limited thereto, and materials such as thermally unstable plastic, fiber, paper, or thermally stable metal, ceramic, and the like may be used as the substrate. That is, various substrates can be used regardless of whether they are thermally stable.
상기 기판을 표면처리하는 단계는 그래핀 산화물 분산액 내에 존재하는 그래핀 산화물 입자와의 결합성 및 접착력을 극대화하기 위하여 수행된다. Surface treatment of the substrate is performed in order to maximize the adhesion and adhesion to the graphene oxide particles present in the graphene oxide dispersion.
도 2 는 플라즈마로 표면처리한 후의 기판을 도시한 도면이다. 2 shows a substrate after surface treatment with plasma.
상기 도 2에서 X는 친수성 작용기를 의미하며, COOH, OH, COO-, NH2, NH 등이 이에 해당될 수 있다.In FIG. 2, X means a hydrophilic functional group, and COOH, OH, COO-, NH 2 , NH, and the like may correspond thereto.
도 3 은 계면활성제로 표면처리한 후의 기판을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a substrate after surface treatment with a surfactant.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 표면처리 단계는 기판 상에 표면처리제의 소수기 부분이 달라붙는 형태로 결합됨으로써 수행되며, 표면처리 방법에는 플라즈마를 이용하는 물리적 방법과 계면활성제를 이용하는 화학적 방법이 있다. 2 and 3, the surface treatment step is performed by bonding the hydrophobic portion of the surface treatment agent on the substrate to be bonded to each other, and the surface treatment method includes a physical method using plasma and a chemical method using a surfactant.
상기 플라즈마를 이용하는 물리적 방법에서는 산소, 수소, 질소, 아르곤 또는 이들의 혼합가스를 사용할 수 있다. In the physical method using the plasma, oxygen, hydrogen, nitrogen, argon or a mixed gas thereof may be used.
또한 계면활성제를 이용하는 화학적 방법에서는 예컨대, 폴리에틸렌이민, 폴리(소디움 스티렌설포네이트), 폴리(아크릴산), 폴리(N-비닐-2-필롤리돈), 폴리 알릴아민 히드로클로라이드), 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 디아조레진 중에서 선택된 양이온성 고분자 계면활성제 또는 폴리에틸렌 글리콜형 비이온성 고분자 계면활성제 등을 사용할 수 있다. 그러나 상기와 같은 고분자 계통에만 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는SDS(도데실황산나트륨)과 같은 음이온 계면활성제, CTAB(세틸 트리메틸 암모늄 브로미드)와 같은 양이온 계면활성제, OP(옥틸 페놀에톡실레이트)와 같은 비이온성 계면활성제도 사용할 수 있다.In chemical methods using surfactants, for example, polyethyleneimine, poly (sodium styrenesulfonate), poly (acrylic acid), poly (N-vinyl-2-pyrrolidone), polyallylamine hydrochloride), poly (diallyl Dimethylammonium chloride), cationic high molecular weight surfactants selected from diazoresins, or polyethylene glycol type nonionic high molecular weight surfactants. However, the present invention is not limited to the above-described polymer system, and anionic surfactants such as SDS (sodium dodecyl sulfate), cationic surfactants such as CTAB (cetyl trimethyl ammonium bromide), and OP (octyl phenol ethoxylate) are commonly used. Nonionic surfactants such as can also be used.
상기와 같이 기판을 표면처리함으로써 표면이 소수성인 기판의 경우 표면을 친수화하여 극성 용매의 젖음성(wetting)을 높이는 효과를 얻을 수 있다. 다만, 기판(100)의 표면이 친수성인 경우 상기의 표면처리 공정은 생략 가능하다. By treating the substrate as described above, in the case of the substrate having a hydrophobic surface, the surface may be hydrophilized to increase the wetting of the polar solvent. However, when the surface of the
이후, 딥코팅 공정을 수행한다. 딥코팅 공정은 상기 준비된 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계 및 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계를 포함하여 수행된다. Thereafter, a dip coating process is performed. The dip coating process is performed by immersing the substrate in the prepared graphene oxide dispersion, and withdrawing the substrate from the graphene oxide dispersion to dry.
상기의 딥코팅 공정은 피코팅재를 코팅용액 또는 슬러리(slurry)에 침지시킨 후 인출하는 방법으로, 인출시 피코팅재 표면에 코팅재가 부착되며, 피코팅재의 재질이나 형태에 상관없이 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 장점이 있다.The dip coating process is a method in which a coating material is immersed in a coating solution or slurry and then drawn out. The coating material is attached to the surface of the coating material at the time of extraction, and forms a uniform coating layer regardless of the material or shape of the coating material. There is an advantage to this.
먼저, 상기 표면처리된 기판(100)을 그래핀 산화물 분산액(120)에 침지한다. 이 때, 기판(100)을 침지하는 각도는 90°로, 즉 상기 그래핀 산화물 분산액(120)과 수직으로 하여 침지하는 것이 보다 바람직하다. First, the surface-treated
상기 침지시킨 기판(100)을 상기 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출하여 건조시킨다. The
도 4 는 상기 표면처리된 기판(100)을 상기 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출하는 단계의 공정도이다.4 is a process diagram of the step of withdrawing the surface-treated
도 5 는 상기 표면처리된 기판(100)을 상기 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출하는 단계를 보다 확대하여 도시한 도면이다.FIG. 5 is an enlarged view illustrating a step of drawing the surface-treated
도 6 은 그래핀 산화물 입자가 코팅된 기판의 측면도이다.6 is a side view of a substrate coated with graphene oxide particles.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 표면처리된 기판(100)을 상기에서 제조된 그래핀 산화물 분산액(120)에 침지시키고, 딥코터(140)를 이용하여 0.0001mm/sec 내지 0.1mm/sec 의 속도로 상기 기판(100)을 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 상승시킴으로써 인출한다. 상기 단계를 통하여 그래핀 산화물 분산액(120) 내에 존재하던 그래핀 산화물 입자(140)는 기판(100)의 표면에 접착하고, 용매는 증발하게 된다. 4 to 6, the surface-treated
이 때, 상기 인출을 위한 상승 속도는 0.0001mm/sec 내지 0.1mm/sec의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 0.0001mm/sec 미만인 경우 너무 낮은 속도로 인하여 그래핀 산화물 입자(140)가 기판(100)에 부착되는 것이 효율적이지 못하고, 0.1mm/sec를 초과하는 경우 균일하게 코팅하는 것이 어렵다.At this time, the ascending speed for the extraction is preferably adjusted in the range of 0.0001mm / sec to 0.1mm / sec. If it is less than 0.0001mm / sec, it is not efficient to attach the
또한, 효율적인 딥코팅 공정을 위한 그래핀 산화물 분산액(120)의 농도는 0.1mg/ml 내지 10mg/ml의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.In addition, the concentration of the
상기 그래핀 산화물 분산액(120)의 농도가 0.1mg/ml 미만인 경우, 균일한 코팅막의 형성이 어려우며, 10mg/ml을 초과하는 경우 분산액(120)이 안정하지 않을 우려가 있다. 또한 그래핀 산화물 분산액(120)의 농도가 증가할수록 기판(100)에 코팅되는 그래핀 산화물 코팅막의 두께는 증가하는 경향을 보인다. If the concentration of the
그리고, 상기 그래핀 산화물 분산액(120)의 온도는 어는점과 끓는점 사이에서 선택될 수 있으며, 0℃ 내지 100℃의 범위가 바람직하다. The temperature of the
또한 공정 중의 상대습도는 10% 내지 90%인 것이 바람직한 바, 상대습도가 낮을수록 상기 그래핀 산화물 분산액(140)과 기판(100)이 접착되는 지점에서 용매가 쉽게 증발하여 보다 빠른 속도로 효과적인 코팅이 가능하다.In addition, the relative humidity in the process is preferably 10% to 90% bar, the lower the relative humidity, the solvent is easily evaporated at the point where the
한편, 상기 공정의 횟수는 1회 내지 10회를 수행할 수 있으며, 상기 횟수가 증가할수록 기판(100)에 코팅되는 그래핀 산화물 코팅막의 두께가 증가한다.On the other hand, the number of times of the process may be performed once to 10 times, the thickness of the graphene oxide coating film coated on the
이후, 상기 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출된 그래핀 산화물 코팅 기판을 건조시킨다. 이 때, 오븐에서 건조하는 방법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 딥코팅 장비에 구비된 히터에 의한 건조 등 다양한 건조방법이 사용될 수 있다.Thereafter, the graphene oxide coated substrate drawn out from the
한편, 본 발명에 의한 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법은 그래핀 산화물 분산액(120)을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물 분산액(120)에 기판(100)을 침지하는 단계, 상기 기판(100)을 상기 그래핀 산화물 분산액(120)으로부터 인출하여 건조시키는 단계 및 상기 기판(100)에 코팅된 그래핀 산화물을 환원하여 전기 전도성을 부여하는 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the method for producing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide according to the present invention comprises the steps of preparing a
상기 단계들 중 앞서 언급한 단계에 대한 설명은 생략하기로 하고, 이하 상기 기판(100)에 코팅된 그래핀 산화물을 환원하여 전기 전도성을 부여하는 단계에 대해 설명하기로 한다.A description of the above-mentioned steps of the above steps will be omitted, and a description will be given of the step of providing electrical conductivity by reducing the graphene oxide coated on the
상기 그래핀 산화물로 코팅된 기판(100)을 환원용액에 침지하고 20℃ 내지 100℃에서 수 분 내지 수 시간동안 환원을 실시한다. 환원제로는 황화수소(H2S), 하이드라진, 수소화붕소나트륨(NaBH4), 다이메틸하이드라진, 하이드로퀴논, 수소 가스 및 요오드화수소산과 아세트산의 혼합물 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다. 상기 화학적 물질을 이용한 환원 방식은 반응 속도가 매우 빠른 장점이 있다. The
또한 상기 화학적 물질을 이용한 환원 방식 이외에도, 그래핀 산화물로 코팅된 기판(100)에 수시간 동안 열을 가하여 그래핀 산화물을 환원시키는 열적 환원 방식도 사용할 수 있다. 이 때, 열적 환원은 열적으로 안정한 금속 또는 세라믹 기판을 사용하는 경우에 수행하는 것이 바람직하며, 열로 인한 기판의 손상 우려 및 공정 컨트롤의 어려움을 감안하여, 열적 환원의 온도범위는 150℃ 내지 2000℃의 범위 내인 것이 바람직하다. In addition to the reduction method using the chemical substance, a thermal reduction method of reducing graphene oxide by applying heat to the
상기의 온도 범위보다 낮은 온도에서 열처리를 실시하는 경우, 그래핀 산화물 내에 잔류하는 유기 성분에 의해 그래핀 산화물 코팅막의 균열 및 손상이 초래될 수 있으며, 상기의 온도 범위보다 높은 온도에서 열처리를 실시하는 경우 기판의 균열 및 손상이 발생할 우려가 있다. When the heat treatment is performed at a temperature lower than the above temperature range, cracking and damage of the graphene oxide coating film may be caused by the organic components remaining in the graphene oxide, and the heat treatment is performed at a temperature higher than the above temperature range. In this case, there is a risk of cracking and damage of the substrate.
상기의 공정을 통한 기판(100)의 경우 약 1kΩ/□의 면저항을 가지고, 이는 기판(100)에 형성되는 그래핀 산화물 코팅막의 두께에 따라 다를 수 있으며, 환원을 실시하지 않은 경우와 비교하여 약 77kΩ/□의 면저항이 감소되는 효과가 있다. In the case of the
상기 그래핀 산화물 코팅막의 두께가 증가할수록 면저항은 감소하며, 따라서 환원 후의 전기 전도도가 증가하는 경향을 보인다. 따라서, 상기 딥코팅 공정 수행시 공정 조건을 조절하여 기판(100)에 코팅되는 그래핀 산화물 코팅막의 두께를 제어하고, 상기 코팅막을 화학적 환원 또는 열적 환원 공정을 이용하여 환원시킴으로써 다양한 전기 전도도가 부여되는 기판을 제조할 수 있다.As the thickness of the graphene oxide coating film increases, the sheet resistance decreases, and thus the electrical conductivity after reduction tends to increase. Therefore, when the dip coating process is performed, various electrical conductivity is given by controlling the thickness of the graphene oxide coating layer coated on the
도 7 은 그래핀 산화물 입자가 환원된 후의 구조를 도시한 도면이다. 상기 도 7에서 R은 COOH, OH, COH 등의 작용기를 의미한다.7 is a diagram illustrating a structure after graphene oxide particles are reduced. In FIG. 7, R means a functional group such as COOH, OH, or COH.
도 7을 참조하면, 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀 산화물의 환원물의 경우, 그래핀의 특성을 나타내는 탄소원자의 파이결합 사이를 가로막고 있던 산소원자들을 환원제를 통해 제거함으로써 전기 전도도를 부여할 수 있다. 따라서 그래핀 산화물이 코팅된 기판과 비교하였을 때 우수한 전기 전도도를 나타내는 기판을 제조할 수 있다. 또한 그래핀 산화물의 환원물의 에지 부분에 존재하는 작용기를 통하여 다양한 전기적 성질을 가지는 기판을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 7, in the case of the reduced product of the graphene oxide in which the graphene oxide is reduced, electrical conductivity may be imparted by removing, through a reducing agent, oxygen atoms that are interposed between the pie bonds of carbon atoms that exhibit graphene characteristics. . Therefore, it is possible to prepare a substrate exhibiting excellent electrical conductivity when compared with a substrate coated with graphene oxide. In addition, a substrate having various electrical properties may be manufactured through a functional group present at an edge portion of a reduced substance of graphene oxide.
실시예Example 1. One. 그래핀Grapina 산화물의 제조 Preparation of Oxide
10g의 그래파이트(graphite)를 250ml의 진한 황산에 침지하고, 빙점조(ice bath)를 이용하여 냉각한다. 여기에 과망간산칼륨(KMnO4) 30g을 천천히 첨가한 뒤, 온도를 35℃로 높이고 2시간 동안 반응시켰다. 상기의 반응 후 초순수 500~1000mml를 주입한 혼합 용액에 15~20ml의 과산화수소(H2O2) 36wt% 를 천천히 주입시키고, 이에 더하여 2000ml의 염산(5wt%)을 주입시켰다. 상기의 화합물을 필터링하고 진공 오븐에서 건조시켜 그래핀 산화물을 생성하였다.10 g of graphite is immersed in 250 ml of concentrated sulfuric acid and cooled using an ice bath. After slowly adding 30 g of potassium permanganate (KMnO 4 ), the temperature was raised to 35 ° C. and reacted for 2 hours. After the reaction, 15 to 20 ml of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 36 wt% was slowly injected into the mixed solution into which 500 to 1000 mml of ultrapure water was added, and 2000 ml of hydrochloric acid (5 wt%) was added thereto. The compound was filtered and dried in a vacuum oven to produce graphene oxide.
실시예Example 2. 2. 그래핀Grapina 산화물 분산액의 제조 Preparation of Oxide Dispersions
상기에서 생성된 그래핀 산화물과 초순수를 1mg/1ml의 농도로 혼합한 후, 4시간 동안 초음파로 분산하여 그래핀 산화물 분산액(120)을 제조하였다. 이 때, 용액의 pH는 10으로 유지하였다.The graphene oxide and ultrapure water produced above were mixed at a concentration of 1 mg / 1 ml, and then dispersed by ultrasonic waves for 4 hours to prepare a
실시예Example 3. 3. 그래핀Grapina 산화물의 기판 코팅 Substrate Coating Of Oxide
PET 기판을 산소, 수소, 질소, 아르곤 또는 이들의 혼합가스를 사용하여 플라즈마 처리하여 표면을 친수화시키는 표면처리 과정을 거쳤다. 이후, 1mg/1ml 농도의 그래핀 산화물 분산액(120)에 90°의 각도를 유지하면서 침지시킨 뒤, 딥코터(160)를 이용하여 0.001mm/sec의 속도로 상승시켰다. 이 때의 상대습도는 70%를 유지하였다. 상기 과정을 통하여 인출된 기판(100)을 오븐에서 건조하였다.The PET substrate was subjected to a surface treatment process to hydrophilize the surface by plasma treatment using oxygen, hydrogen, nitrogen, argon or a mixture of these gases. Thereafter, after immersing the graphene oxide dispersion (120) at a concentration of 1 mg / 1ml while maintaining an angle of 90 °, it was increased at a rate of 0.001 mm / sec using the
실시예Example 4. 코팅된 4. Coated 그래핀Grapina 산화물의 환원 Reduction of oxides
그래핀 산화물로 코팅된 PET 기판을 90℃의 환원용액인 0.01M의 하이드라진 수용액에 담그고 약 1시간 정도 환원을 실시하였다. The PET substrate coated with graphene oxide was immersed in an aqueous solution of 0.01M hydrazine, a reducing solution at 90 ° C, and reduced for about 1 hour.
100 : 기판
120 : 그래핀 산화물 분산액
140 : 그래핀 산화물 입자
160 : 딥코터100: substrate
120: graphene oxide dispersion
140: graphene oxide particles
160: Dip Coater
Claims (11)
(b) 상기 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계; 및
(c) 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계를 포함하는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.(a) preparing a graphene oxide dispersion;
(b) immersing the substrate in the graphene oxide dispersion; And
(c) extracting the substrate from the graphene oxide dispersion and drying the substrate.
그래파이트의 화학적 산화에 의해 그래파이트 산화물을 제조하는 단계; 및
상기 그래파이트 산화물을 극성 용매와 혼합한 후 초음파 분산하여 그래파이트 산화물을 박리하는 단계를 포함하는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 1, wherein step (a)
Preparing a graphite oxide by chemical oxidation of graphite; And
And mixing the graphite oxide with the polar solvent and ultrasonically dispersing the graphite oxide to peel the graphite oxide.
상기 극성 용매는 물, DMF, NMP, THF 및 이들의 적어도 2이상의 혼합물 중에서 선택되는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 2,
Wherein said polar solvent is selected from water, DMF, NMP, THF and mixtures of at least two thereof.
상기 그래핀 산화물 분산액의 농도는 0.1mg/ml 내지 10mg/ml인 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 1,
The concentration of the graphene oxide dispersion is 0.1mg / ml to 10mg / ml substrate coating method of the graphene oxide.
상기 기판의 표면은 플라즈마 처리 또는 계면활성제 처리에 의해 친수성으로 개질된 것인 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 1,
The surface of the substrate is a substrate coating method of graphene oxide that is hydrophilically modified by plasma treatment or surfactant treatment.
상기 플라즈마 처리는 산소, 질소, 수소, 아르곤 또는 이들의 적어도 2 이상의 혼합물 중에서 선택되는 기체로 수행되는 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 5,
Wherein said plasma treatment is performed with a gas selected from oxygen, nitrogen, hydrogen, argon or a mixture of at least two or more thereof.
상기 (c) 단계의 기판 인출 속도는 0.0001mm/sec 내지 0.1mm/sec인 그래핀 산화물의 기판 코팅 방법.The method of claim 1,
The substrate withdrawal speed of step (c) is 0.0001mm / sec to 0.1mm / sec substrate coating method of the graphene oxide.
(b) 상기 그래핀 산화물 분산액에 기판을 침지하는 단계;
(c) 상기 기판을 상기 그래핀 산화물 분산액으로부터 인출하여 건조시키는 단계; 및
(d) 상기 기판에 코팅된 그래핀 산화물을 환원하여 전기 전도성을 부여하는 단계를 포함하는 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법.(a) preparing a graphene oxide dispersion;
(b) immersing the substrate in the graphene oxide dispersion;
(c) withdrawing the substrate from the graphene oxide dispersion and drying it; And
(d) reducing the graphene oxide coated on the substrate, thereby providing electrical conductivity.
상기 그래핀 산화물이 코팅된 기판을 화학적 환원 또는 열적 환원하는 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법.The method of claim 8, wherein the reducing step (d)
A method of manufacturing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide for reducing or thermally reducing the graphene oxide coated substrate.
상기 화학적 환원에 사용되는 환원제는 황화수소, 하이드라진, 다이메틸하이드라진, 수소화붕소나트륨, 하이드로퀴논, 수소 가스, 및 요오드화수소산과 아세트산의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나인 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법.10. The method of claim 9,
The reducing agent used in the chemical reduction is hydrogen sulfide, hydrazine, dimethyl hydrazine, sodium borohydride, hydroquinone, hydrogen gas, and a reduced product of graphene oxide which is any one selected from a mixture of hydroiodic acid and acetic acid. Manufacturing method.
상기 열적 환원은 150℃ 내지 2000℃의 온도범위에서 수행되는 그래핀 산화물의 환원물이 코팅된 기판의 제조방법.10. The method of claim 9,
The thermal reduction is a method for producing a substrate coated with a reduced product of graphene oxide is carried out at a temperature range of 150 ℃ to 2000 ℃.
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