KR20140092447A - Coating method using graphene metal mixture - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 금속 표면에 고기능성을 부여하기 위한 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for coating a graphene-metal compound, and more particularly, to a method for coating a graphene-metal compound for imparting high functionality to a metal surface.
그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 이루어지고, 원지 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로서, 탄소가 육각형의 형태로 연결된 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질이다. 이와 같은 구조를 갖는 그래핀은 전기 전도도, 열전도도 및 기계적 강도에서 매우 우수한 특성을 보이는 재료로 알려져 있다. Graphene (Graphene) is a thin film made of carbon atoms and made of a single sheet of paper. It is a honeycomb-like two-dimensional planar structure in which carbon is hexagonally connected. Graphene having such a structure is known to exhibit excellent properties in electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical strength.
그래핀을 제조하는 방법으로는, 물리적 박리법, 직접 성장법, 화학적 박리법 등이 있다. Methods for producing graphene include physical exfoliation, direct growth, and chemical exfoliation.
물리적 박리법은 셀로판 테이프의 접착력을 이용하여 흑연으로부터 단층 그래핀을 분리하는 방법으로서, 손쉽게 그래핀을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 대량 생산이 불가능하다는 단점이 있다. The physical stripping method is a method of separating the single-layer graphene from graphite by using the adhesive force of the cellophane tape.
직접 성장법 중 가장 대표적인 방법은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 등의 전이금속층을 촉매층으로 사용하는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 있다. 상기 화학기상증착법은 높은 물성의 그래핀을 제조할 수 있다는 장점이 있지만, 고온에서 제조하여야 하는 단점이 있고, 촉매층이 전이금속으로 한정되어 있어 강판의 표면처리로 활용하는 데에 제한적이다. The most typical direct growth method is chemical vapor deposition (CVD) using a transition metal layer such as nickel (Ni) or copper (Cu) as a catalyst layer. Although the chemical vapor deposition method has an advantage that graphene having high physical properties can be produced, there is a disadvantage that it must be manufactured at a high temperature, and since the catalyst layer is limited to a transition metal, it is limited to use as a surface treatment of a steel sheet.
화학적 박리법은 산화 환원법과 비산화법으로 구분되며, 산화 환원법은 흑연을 산화시킨 후 초음파 등으로 파쇄하여 그래핀을 분리해내는 방법으로, 수용액 상에서 그래핀을 제조한 후 환원제를 처리하여 환원 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide; RGO) 형태로 그래핀을 제조하는 방법이다. 비산화법은 흑연을 산화시키는 과정을 거치지 않고, 계면 활성제(surfactant) 등을 이용하여 바로 그래핀으로 분산시키는 방법이다. The chemical stripping method is divided into oxidation reduction method and non-oxidation method. Oxidation reduction method is a method in which graphene is produced by oxidizing graphite and disrupted by ultrasonic wave or the like to prepare graphene in an aqueous solution, Is a method of manufacturing graphene in the form of oxide (Reduced Graphene Oxide) (RGO). The non-oxidation method is a method of directly dispersing graphene without using a process of oxidizing graphite, using a surfactant or the like.
이러한 방법에 의해 제조된 그래핀의 탁월한 물성을 활용하여 강판에 고속 대면적으로 표면처리를 통한 고부가가치 제품을 창출할 수 있을 것으로 기대된다. 탁월한 전기 전도도를 활용하여 전기적 성질이 뛰어난 전도성 코팅을 통한 태양전지, 유기발광표시장치(OLED), 연료전지 분리막의 고기능성 코팅에 활용할 수 있다. 또한, 우수한 전기 전도도를 가지는 성질을 이용하여 전자기 차폐층을 구현할 수 있다.By utilizing the excellent physical properties of graphene produced by this method, it is expected that a high value-added product can be produced by surface treatment on a steel sheet at a high speed and a large area. Utilizing excellent electrical conductivity, it can be applied to solar cells, organic light emitting displays (OLED), and high functional coatings of fuel cell membranes through conductive coatings with excellent electrical properties. In addition, an electromagnetic shielding layer can be realized by using properties having excellent electric conductivity.
본 발명은 금속 표면에 그래핀을 고속 대면적으로 균일하게 코팅하는 방법 및 고기능성 부여 표면처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for uniformly coating a metal surface with a high-speed large-area graphene, and a method for treating a surface imparted with high functionality.
본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법은, 그래핀 형태의 탄소를 전하를 띈 금속 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 혼합함으로써 형성된 그래핀-금속 화합물을 포함하는 그래핀-금속 조성액을 준비하는 단계, 상기 그래핀-금속 조성액에 기재를 침지시키는 단계, 및 상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계를 포함한다. The method for coating a graphene-metal compound according to the present invention comprises preparing a graphene-metal composition liquid containing a graphene-metal compound formed by physically and / or chemically mixing graphene-type carbon with charged metal particles , Submerging the substrate in the graphene-metal composition liquid, and applying the graphene-metal compound to the substrate.
본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법은, 상기 그래핀-금속 조성액에 기재를 침지시키는 단계 전에, 상기 기재 표면의 부유물을 제거하기 위한 전해 알칼리 탈지 단계, 및 상기 기재 표면을 전기적 또는 화학적 연마를 이용하여 표면 전처리를 위한 연마 및 에칭 단계를 더 포함할 수 있다. The method for coating a graphene-metal compound according to the present invention is characterized by comprising an electrolytic alkali degreasing step for removing suspended matters on the surface of the substrate before the step of immersing the substrate in the graphen-metal composition liquid, Polishing and etching steps for surface pretreatment using polishing.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는, 전해질 용액 내에 전하를 띤 금속 입자를 혼합하여 상기 그래핀-금속 화합물을 형성하고, 상기 그래핀-금속 조성액에 함유된 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 증착시킴으로써 이루어지는 것일 수 있다. The step of applying the graphene-metal compound to the substrate includes mixing the charged metal particles in the electrolyte solution to form the graphene-metal compound, and mixing the graphene-metal compound contained in the graphene- To the substrate.
상기 기재는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어질 수 있다. The substrate may be made of magnesium or a magnesium alloy.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는, 상기 기재에 상기 그래핀-금속 화합물의 전하와 반대되는 극성의 전압을 인가함으로써, 상기 기재 표면에 상기 그래핀-금속 화합물이 도포되는 것일 수 있다. The step of applying the graphene-metal compound to the substrate may include applying the graphene-metal compound to the substrate by applying a voltage of a polarity opposite to that of the graphene-metal compound to the substrate, .
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는, 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로, 롤러를 이용하여 상기 기재를 일측으로부터 타측까지 연속 이동시키면서 상기 그래핀-금속 조성액에 침지하는 단계를 거치도록 하는 것일 수 있다.The step of applying the graphene-metal compound to the substrate may include a step of immersing the substrate in the graphen-metal composition liquid while continuously moving the substrate from one side to the other side using a roller in a roll-to-roll manner Step by step.
본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법은, 상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계 후에, 상기 그래핀-금속 화합물이 도포된 기재를 열풍 및/또는 베이킹(baking)을 통해 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for coating a graphene-metal compound according to the present invention is characterized in that after the step of applying the graphene-metal compound to the substrate, the substrate to which the graphene-metal compound is applied is heated by hot air and / or baking And drying it.
상기 그래핀-금속 화합물은 그래핀-Mg, 그래핀-Ni, 그래핀-Zn, 그래핀-Cu 및 그래핀-Cr 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 형성되는 것일 수 있다. The graphene-metal compound may be formed by mixing one or more of graphen-Mg, graphene-Ni, graphene-Zn, graphene-Cu and graphene-Cr.
상기 그래핀-금속 화합물은 그래핀-Mg, 그래핀-Ni, 그래핀-Zn, 그래핀-Cu 및 그래핀-Cr 중 같은 종류의 그래핀-금속의 복수 층으로서 상기 기재의 표면에 도포되는 것일 수 있다. The graphene-metal compound is applied to the surface of the substrate as a plurality of graphene-metal layers of the same kind of graphene-Mg, graphene-Ni, graphene-Zn, graphene-Cu and graphene- Lt; / RTI >
상기 그래핀-금속 화합물은 상기 기재 상의 1차 코팅된 층의 기공을 메우거나 마감재로써 사용되는 것일 수 있다. The graphene-metal compound may be one which fills the pores of the primary coated layer on the substrate or is used as a finish.
상기 그래핀 형태의 탄소는 화학적 박리법에 의해 생성된 환원 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide; RGO) 또는 플라트렛(platelet) 형태로 제조되는 것일 수 있다.The graphene carbon may be produced in the form of reduced graphene oxide (RGO) or platelet produced by a chemical stripping method.
본 발명의 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법은, 전기전도도, 열전도도, 기계적 강도가 뛰어난 그래핀을 금속 표면에 효과적으로 균일하게 코팅할 수 있으며, 고속 대면적 표면처리가 가능하다.The graphene-metal compound coating method of the present invention is capable of effectively and uniformly coating graphene having excellent electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical strength on a metal surface, and is capable of high-speed large-area surface treatment.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법의 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 환원 그래핀 산화물(RGO)을 이용하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 그래핀 플라트렛(platelet)을 이용하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 그래핀 플라트렛을 혼합량과 시간을 달리하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다.
도 7A는 본 발명의 일 실시예에 따라 기재 표면에 그래핀-Ni, 그래핀-Mg, 그래핀-Zn 의 화합물 또는 혼합물이 코팅된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기재 표면에 그래핀-Mg 및 그래핀-Zn이 차례로 코팅된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 그래핀-Ni, 그래핀-Mg, 그래핀-Zn 의 화합물 또는 혼합물이 기재 상의 1차 코팅된 층의 기공을 메우도록 사용되는 상태를 도시하는 단면도이다.1 is a conceptual view schematically showing a coating method of a graphene-metal compound according to the present invention.
2 is a view schematically showing a coating apparatus of a graphene-metal compound according to the present invention.
FIG. 3 is a flow chart showing steps of a coating method of a graphene-metal compound according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of naked eye observation of the surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention coated with a reducing graphene oxide (RGO) as a composition for metal surface treatment.
FIG. 5 is a graph showing the results of visual observation after coating a surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention with a composition for treating a metal surface using a graphene platelet.
FIG. 6 is a graph showing the result of visual observation after coating a graphene platelet with a composition for metal surface treatment on the surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention with different amounts and times.
FIG. 7A is a cross-sectional view showing a state in which a compound surface or a mixture of graphene-Ni, graphene-Mg, and graphene-Zn is coated on a substrate surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7B is a cross-sectional view showing a state in which graphene-Mg and graphene-Zn are sequentially coated on a substrate surface according to another embodiment of the present invention.
7C is a cross-sectional view illustrating a state in which a compound or mixture of graphene-Ni, graphene-Mg, graphene-Zn is used to fill the pores of the first coated layer on a substrate according to another embodiment of the present invention to be.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in the various embodiments, elements having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and only other configurations will be described in the other embodiments.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 “위에” 또는 “상에” 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. Also, to the same structure, element, or component appearing in more than one of the figures, the same reference numerals are used to denote similar features. When referring to a portion as being "on" or "on" another portion, it may be directly on the other portion or may be accompanied by another portion therebetween.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically illustrate one embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법에 관하여 설명한다. Hereinafter, a method of coating a graphene-metal compound according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법의 단계를 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a conceptual view schematically showing a coating method of a graphene-metal compound according to the present invention, FIG. 2 is a view schematically showing a coating apparatus of a graphene-metal compound according to the present invention, Is a flowchart showing steps of a coating method of a graphen-metal compound according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법은, 그래핀-금속 조성액을 준비하는 단계와, 그래핀-금속 조성액에 기재(10)를 침지시키는 단계, 및 그래핀-금속 화합물(30)을 기재(10)에 도포하는 단계를 포함한다. 상기 그래핀-금속 조성액은 그래핀(C)을 전하를 띈 금속 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 화합함으로써 형성된 그래핀-금속 화합물(30)을 포함한다. 1, the method for coating a graphene-metal compound of the present invention comprises the steps of preparing a graphene-metal composition liquid, immersing the
그래핀-금속 화합물(30)은 전하를 띄지 않는 그래핀(C)에 인위적으로 그래핀 표면에 금속이온을 흡착시킨 것으로서, 전하를 띄게 된 그래핀을 전기영동법에 의해 기재(10) 상에 도포하게 되면, 전하에 의해 그래핀을 기재상에서 떨어뜨리지 않고 증착시킬 수 있다. The graphene-
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 그래핀-금속 조성액에 기재(10)를 침지시키는 단계 전에, 기재(10) 표면의 부유물을 제거하기 위해 알카리 탈지 또는 전해 탈지를 시행하고, 기재(10) 표면을 전기적 또는 화학적 연마를 이용하여 표면 전처리를 위한 연마 및 에칭을 시행할 수 있다. 3, before the step of immersing the
본 발명에서, 알칼리 전해 탈지 조건은 아래 표 1에 기재된 바와 같다.In the present invention, the conditions of alkaline electrolytic degreasing are as shown in Table 1 below.
즉, 알칼리 용액으로 수산화 나트륨(NaOH) 3%를, 80℃로 투입하고, 양극으로 탄소강, SUS304 또는 마그네슘 합금을, 음극으로 SUS304를 극간 거리 5mm로 배치하고, 5V 내지 12V의 전압을 20초 동안 인가하여 알칼리 전해 탈지를 수행한다. That is, 3% of sodium hydroxide (NaOH) was added as an alkali solution at 80 占 폚, and carbon steel, SUS304 or magnesium alloy was used as a positive electrode and SUS304 was used as a negative electrode at a gap distance of 5 mm. A voltage of 5 V to 12 V was applied for 20 seconds To perform alkali electrolytic degreasing.
알칼리 전해 탈지 단계 후, 기재(10) 표면을 연마 및 에칭하고, 그래핀-금속 조성액에 기재(10)를 침지시킨다. 그래핀-금속 화합물(30)은 전해질 용액 내에 전하를 띈 금속 입자를 혼합하여 형성되고, 그래핀-금속 조성액에 함유된 그래핀-금속 화합물(30)을 기재(10)에 증착시킴으로써 기재(10)에의 코팅이 이루어질 수 있다. After the alkaline electrolytic degreasing step, the surface of the
이 때, 상기 기재(10)는 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 이루어진 것일 수 있다. At this time, the
그래핀-금속 화합물(30)은 금속 화합물의 특성에 따라 (+) 또는 (-) 극성의 전하를 띌 수 있다. 그래핀-금속 화합물(30)의 전하에 따라, 코팅하고자 하는 기재(10)에는 그래핀-금속 화합물(30)의 전하와 반대되는 극성의 전압을 인가한다. 이 때 형성된 전기장에 의해 그래핀-금속 화합물(30)은 가속을 받게 되어 기재(10)의 표면에 코팅될 수 있다. The graphene-metal compound (30) can charge (+) or (-) polarity depending on the characteristics of the metal compound. According to the charge of the graphene-
도 2는 본 발명에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 대면적 코팅 방식을 이용하는 코팅 장치의 개략도로서, 그래핀-금속 화합물(30)이 포함된 그래핀-금속 조성액에 기재(10)가 침지된다. 기재(10)는 롤러(50)에 이동가능하게 지지되고, 롤러(50)의 회전에 의해 일 방향으로 그래핀-금속 조성액을 통과하여 이동하게 된다. 2 is a view schematically showing a coating apparatus of a graphene-metal compound according to the present invention. 2 is a schematic view of a coating apparatus using a roll-to-roll large-area coating system, wherein the
그래핀-금속 화합물(30)이 (+) 전하를 띄는 경우, 롤러(50)에 음극의 전하를 형성시켜 기재(10)가 음극의 극성을 띄도록 하고, 전극(40)에 양극의 전압을 인가하면, 양극의 극성을 띄는 그래핀-금속 화합물(30)이 음극의 극성을 띄는 기재(10) 표면 상으로 가속화되어 코팅되게 된다. 이러한 과정은, 롤투롤 방식으로 기재(10)가 이동하면서 이루어지므로, 대면적 고속 코팅이 가능하다. 보다 구체적으로, 이러한 전기영동법을 통해, 50V 이하의 저전압에서 0.1μm/s~1.0μm/s이상의 빠른 증착속도로 그래핀-금속 화합물(30)을 기재 상에 증착시킬 수 있다. When the graphene-
그래핀-금속 화합물(30)을 기재(10)에 도포하는 단계 후에는, 그래핀-금속 화합물(30)이 도포된 기재(10)를 열풍 및/또는 베이킹(baking)을 통해 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 기재(10)의 건조에는 열품 및 베이킹 방식 이외에 통상의 강판을 건조시킬 때 사용되는 어떠한 방법도 이용가능하다. After the step of applying the graphene-
도 4는 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 환원 그래핀 산화물(RGO)을 이용하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다. 도 4에 나타난 결과를 위해, 기재 표면에 금속 표면처리용 그래핀-금속 화합물을 제조하기 위해 RGO 그래핀 0.25wt%에 질산 마그네슘(Mg(NO3)2?H20) 2.5wt%을 이용하여 양의 전하를 부여하였다. 제조한 그래핀-금속 화합물을 이용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 음극으로 걸고 양극에 SUS304를 사용하여 15V의 전압을 걸었다. 이 때, 극간의 거리는 5mm 이며, 코팅시간은 7초로 처리한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 것이다. FIG. 4 is a graph showing the results of naked eye observation of the surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention coated with a reducing graphene oxide (RGO) as a composition for metal surface treatment. For the results shown in Fig. 4, 2.5 wt% of magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ? H 2 O) was used in 0.25 wt% of RGO graphene in order to prepare a graphene- Thereby giving a positive charge. A magnesium alloy (AZ31) was applied to the negative electrode using the prepared graphene-metal compound, and a voltage of 15 V was applied to the positive electrode using SUS304. At this time, the distance between the gaps was 5 mm, and the coating time was 7 seconds, and the results were visually observed.
도 5는 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 그래핀 플라트렛(platelet)을 이용하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다. 도 5에 나타난 결과를 위해, 기재 표면에 금속 표면 처리용 조성물을 제조하기 위해 그래핀 플라트렛(platelet) 5wt%에 질산 마그네슘(Mg(NO3)2·H20) 10wt%을 이용하여 양의 전하를 부여하였다. 제조한 그래핀-금속 화합물을 이용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 음극으로 걸고 양극에 SUS304를 사용하여 15V의 전압을 걸었다. 이 때, 극간 거리는 5mm 이며, 코팅 시간 5초로 처리한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 것이다. FIG. 5 is a graph showing the results of visual observation after coating a surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention with a composition for treating a metal surface using a graphene platelet. For the results shown in Figure 5, 10 wt% of magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 · H 2 O) was added to 5 wt% of graphene platelet to prepare a composition for metal surface treatment on the surface of the substrate, Lt; / RTI > A magnesium alloy (AZ31) was applied to the negative electrode using the prepared graphene-metal compound, and a voltage of 15 V was applied to the positive electrode using SUS304. At this time, the inter-pole distance was 5 mm, and the results were visually observed after treatment with a coating time of 5 seconds.
도 6은 본 발명에 따른, 마그네슘 합금(AZ31) 표면에 금속 표면 처리용 조성물로 그래핀 플라트렛을 혼합량과 시간을 달리하여 코팅한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 도면이다. 도 6에 나타난 결과를 위해, 기재 표면에 금속 표면 처리용 조성물을 제조하기 위해 그래핀 플라트렛 2.5wt%에 질산 마그네슘(Mg(NO3)2·H20) 2.5wt%을 이용하여 양의 전하를 부여하였다. 제조한 그래핀-금속 화합물을 이용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 음극으로 걸고 양극에 SUS304를 사용하여 15V의 전압을 걸었다. 이 때, 극간 거리는 5mm 이며 코팅 시간 3초로 처리한 후 육안으로 관찰한 결과를 도시한 것이다. FIG. 6 is a graph showing the result of visual observation after coating a graphene platelet with a composition for metal surface treatment on the surface of a magnesium alloy (AZ31) according to the present invention with different amounts and times. For the results shown in Fig. 6, 2.5 wt% of magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .H 2 O) was added to 2.5 wt% of graphene platelet to prepare a composition for metal surface treatment on the surface of the substrate, Charge. A magnesium alloy (AZ31) was applied to the negative electrode using the prepared graphene-metal compound, and a voltage of 15 V was applied to the positive electrode using SUS304. In this case, the inter-pole distance was 5 mm, and the results were visually observed after the treatment with the coating time of 3 seconds.
코팅층의 코팅속도를 향상시키기 위해 전하를 부여하는 차져(charger)의 역할을 하는 금속 화합물의 조성비율이 중요하다. 또한 부여코자 하는 코팅층의 기능에 따라 화합물의 조성도 변화한다. 일례로 전기적 성질이 뛰어난 전도성 코팅층을 구현코자 할 때 질산 마그네슘(Mg(NO3)2·H20) 화합물을 활용하여 그래핀-Mg 화합물을 조성한다. 또한 고내식성의 코팅층을 구현코자 할 때 황산 아연(ZnSiO2·6H2O) 또는 염화 아연 (ZnCl2·H20)을 이용하여 그래핀-Zn층을 조성한다.In order to improve the coating speed of the coating layer, the composition ratio of the metal compound serving as a charger for imparting charge is important. The composition of the compound also changes depending on the function of the coating layer to be imparted. For example, when a conductive coating layer having excellent electrical properties is to be achieved, a magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .H 2 O) compound is used to form a graphene-Mg compound. Additionally, when wishing to implement the coating layer with high corrosion resistance by using a zinc sulfate (ZnSiO 2 · 6H 2 O) or zinc chloride (ZnCl 2 · H 2 0) to create a graphene layer -Zn.
상기 살펴본, 도 4 내지 도 6으로 얻어진 결과의 그래핀 코팅의 조건은 아래 표 2와 같다.The results of the graphene coatings obtained as described above and shown in FIGS. 4 to 6 are shown in Table 2 below.
상기 살펴본 바와 같이, 그래핀-금속 화합물은 그래핀-Mg, 그래핀-Ni, 그래핀-Zn, 그래핀-Cu 및 그래핀-Cr 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 형성된 것일 수 있다. As described above, the graphene-metal compound may be formed by mixing any one or more of graphene-Mg, graphene-Ni, graphene-Zn, graphene-Cu and graphene-Cr.
도 7A는 본 발명의 일 실시예에 따라 기재 표면에 그래핀-Ni, 그래핀-Mg, 그래핀-Zn 의 화합물 또는 혼합물이 코팅된 상태를 도시하는 단면도이고, 도 7B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기재 표면에 그래핀-Mg 및 그래핀-Zn이 차례로 코팅된 상태를 도시하는 단면도이며, 도 7C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 그래핀-Ni, 그래핀-Mg, 그래핀-Zn 의 화합물 또는 혼합물이 기재 상의 1차 코팅된 층의 기공을 메우도록 사용되는 상태를 도시하는 단면도이다.FIG. 7A is a cross-sectional view showing a state in which a compound surface or a mixture of graphene-Ni, graphene-Mg, and graphene-Zn is coated on a substrate surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7C is a cross-sectional view showing a state in which graphene-Mg and graphene-Zn are sequentially coated on the surface of a substrate according to an example, and FIG. 7C is a cross- -Zn is used to fill the pores of the first coated layer on the substrate.
도 7A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법에 따른 결과는, 그래핀-금속 화합물(30)이 기재(10) 표면에 그래핀-Ni, 그래핀-Mg, 그래핀-Zn의 화합물 또는 혼합물 형태로, 코팅된 것일 수 있고, 도 7B에 도시된 바와 같이, 그래핀-금속 화합물(30)이 그래핀-Mg, 그래핀-Zn이 기재(10) 표면으로부터 차례로 적층된 상태로 코팅된 것일 수 있으며, 도 7C에 도시된 바와 같이, 그래핀-금속 화합물(30)이 기재(10) 상의 1차 코팅된 층(60)의 기공(70)을 메우거나 마감재로써 사용되는 것일 수 있다. As shown in FIG. 7A, according to the method of coating a graphene-metal compound according to embodiments of the present invention, the graphene-
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법에 의해서, 전기전도도, 열전도도, 기계적 강도가 뛰어난 그래핀을 금속 표면에 효과적으로 균일하게 코팅할 수 있으며, 고속 대면적 표면처리가 가능하다.As described above, the graphene-metal compound coating method according to the embodiments of the present invention can uniformly coat graphene having excellent electrical conductivity, thermal conductivity, and mechanical strength on the metal surface, Processing is possible.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the following claims. Those who are engaged in the technology field will understand easily.
C: 그래핀 10:기재
20: 전해질 용액 30: 그래핀-금속 화합물
40: 양극 50: 롤러(roller)
60: 1차 코팅된 층 70: 기공C: Graphene 10: Base
20: electrolyte solution 30: graphene-metal compound
40: anode 50: roller
60: primary coated layer 70: porosity
Claims (11)
상기 그래핀-금속 조성액에 기재를 침지시키는 단계; 및
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계를 포함하는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.Preparing a graphene-metal composition liquid containing a graphene-metal compound formed by physically and / or chemically mixing a graphene-type carbon with charged metal particles;
Immersing the substrate in the graphen-metal composition liquid; And
And applying the graphene-metal compound to the substrate.
상기 그래핀-금속 조성액에 기재를 침지시키는 단계 전에,
상기 기재 표면의 부유물을 제거하기 위한 전해 알칼리 탈지 단계; 및
상기 기재 표면을 전기적 또는 화학적 연마를 이용하여 표면 전처리를 위한 연마 및 에칭 단계를 더 포함하는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
Before the step of immersing the substrate in the graphen-metal composition liquid,
An electrolytic alkali degreasing step for removing suspended solids on the surface of the substrate; And
Further comprising a polishing and etching step for surface pretreatment of the substrate surface using electrical or chemical polishing.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는,
전해질 용액 내에 전하를 띤 금속 입자를 혼합하여 상기 그래핀-금속 화합물을 형성하고, 상기 그래핀-금속 조성액에 함유된 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 증착시킴으로써 이루어지는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
The step of applying the graphene-metal compound to the substrate comprises:
A method of coating a graphene-metal compound by mixing charged metal particles in an electrolyte solution to form the graphene-metal compound, and depositing a graphene-metal compound contained in the graphene-metal composition solution on the substrate .
상기 기재는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어지는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
Wherein the substrate is made of magnesium or a magnesium alloy.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는,
상기 기재에 상기 그래핀-금속 화합물의 전하와 반대되는 극성의 전압을 인가함으로써, 상기 기재 표면에 상기 그래핀-금속 화합물이 도포되는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
The step of applying the graphene-metal compound to the substrate comprises:
A method of coating a graphene-metal compound on a surface of a substrate by applying a voltage of a polarity opposite to that of the graphen-metal compound to the substrate.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계는,
롤투롤(roll-to-roll) 방식으로, 롤러를 이용하여 상기 기재를 일측으로부터 타측까지 연속 이동시키면서 상기 그래핀-금속 조성액에 침지하는 단계를 거치도록 하는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
The step of applying the graphene-metal compound to the substrate comprises:
A method of coating a graphen-metal compound, comprising the step of immersing the substrate in a roll-to-roll system while continuously moving the substrate from one side to the other using a roller.
상기 그래핀-금속 화합물을 상기 기재에 도포하는 단계 후에,
상기 그래핀-금속 화합물이 도포된 기재를 열풍 및/또는 베이킹(baking)을 통해 건조시키는 단계를 더 포함하는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
After the step of applying the graphene-metal compound to the substrate,
And drying the substrate coated with the graphen-metal compound through hot air blowing and / or baking.
상기 그래핀-금속 화합물은 그래핀-Mg, 그래핀-Ni, 그래핀-Zn, 그래핀-Cu 및 그래핀-Cr 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 형성되는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
Wherein the graphen-metal compound is formed by mixing at least one of graphene-Mg, graphene-Ni, graphene-Zn, graphene-Cu and graphene- .
상기 그래핀-금속 화합물은 그래핀-Mg, 그래핀-Ni, 그래핀-Zn, 그래핀-Cu 및 그래핀-Cr 중 같은 종류의 그래핀-금속의 복수 층으로서 상기 기재의 표면에 도포되는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.9. The method of claim 8,
The graphene-metal compound is applied to the surface of the substrate as a plurality of graphene-metal layers of the same kind of graphene-Mg, graphene-Ni, graphene-Zn, graphene-Cu and graphene- Method of coating a graphene-metal compound.
상기 그래핀-금속 화합물은 상기 기재 상의 1차 코팅된 층의 기공을 메우거나 마감재로써 사용되는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
Wherein the graphene-metal compound is used as a filler or as a finishing agent for the primary coated layer on the substrate.
상기 그래핀 형태의 탄소는 화학적 박리법에 의해 생성된 환원 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide; RGO) 또는 플라트렛(platelet) 형태로 제조되는 그래핀-금속 화합물의 코팅 방법.The method of claim 1,
Wherein the graphene carbon is produced in the form of reduced graphene oxide (RGO) or platelet produced by a chemical stripping method.
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