• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.648-648
• /
• 2013

물리적, 열적, 광학적, 그리고 전기적으로 우수한 특성을 가져 학계의 관심을 받는, 2차원 탄소 물질인 그래핀을 준비하는 방법에는 여러가지가 있다. 초창기 그래핀 연구방법에 사용됐던 흑연 플레이크와 스카치테이프를 이용한 기계적 박리법, 흑연의산화와 환원을이용한 화학적 합성법, 구리나 니켈과 같은 전이금속을 촉매로 이용한 화학기상증착을 이용한 합성법 등이 있고 각각은 그 방법에 따른 장단점이 있다. 본 포스터에서는 이 중 물리적 박리법과 화학기 상증착 성장법을 이용해 얻은 그래핀의 물리적, 전기적 특성을 비교분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.80.2-80.2
• /
• 2012

그라핀(graphene)은 탄소 원자의 2차원 육각형 $sp^2$ 결합체로서 탄소 나노구조체가 가지는 여러 가지 우수한 특성을 보유하면서 대면적 기판 위에서 소자구현 및 투명전극 등으로의 우수한 응용성 때문에 고품질 그라핀 제조와 물리적 특성, 소자응용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 그라핀 제조를 위한 여러 가지 방법이 개발되고 있으나 화학적 박리법이 저비용으로 대량생산을 위해 가장 유리한 방법으로 주목을 받고 있다. 화학적 박리법은 벌크 그라파이트를 강한 산을 이용하여 산화시켜 형성된 산화 그라파이트(graphite oxide)을 열적으로 팽창시켜 박리하고 환원하여 그라핀으로 제조하는 것이다. 보통 열적팽창을 위해서 열처리 로를 사용하게 되는데, 본 연구에서는 박리를 보다 효율적으로 진행시키고 고품질의 그라핀을 얻기 위해 마이크로웨이브를 이용한 박리법을 적용하였다. 마이크로웨이브는 설비가 간단하고 매우 균일하게 열팽창을 시킬 수 있을 뿐만 아니라 대량생산에서도 유리할 것으로 기대하였다. 천연 그라파이트(99.9%, 평균입도 $200{\mu}m$)를 Hummer 방법에 따라 $H_2SO_4$와 $KMnO_4$를 사용하여 산화시키고 필터링 후 마이크로웨이브를 조사하였다. 이후 환원 처리를 거쳐 그라핀을 제조하였다. 라만스펙트럼 및 투과전자현미경으로 분석한 결과 우수한 품질의 그라핀이 형성되었음을 알 수 있었다. 그라핀의 두께 및 품질은 마이크로웨이브의 인가시간 및 반복 횟수가 증가함에 따라 크게 영향받는 것을 확인하였다. 본 발표에서는 마이크로웨이브를 사용한 산화 그라파이트 박리 및 그라핀 제조라는 새로운 시도와 주요변수에 따른 그라핀 특성에 관한 결과를 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.649-649
• /
• 2013

그래핀은 우수한 전기적, 광학적, 기계적인 특성들로 인해 주목을 받아왔지만 그래핀의 상용화에는 많은 문제점들이 있었다. 그 중 비교적 고품질의 대면적 그래핀 필름을 얻기 위한 방법으로 화학증기 증착법이 개발됨에 따라 그래핀 합성은 더 이상 어려운 문제는 아니다. 다만, 소자 제작에 있어서 좋은 전하이동도와 저항을 유지하기 위해 소자 제작과정 중의 도핑의 감소가 중요하다. 본 연구에서는 화학증기 증착법을 통해 만들어진 그래핀 소자 제작과정 중 그래핀 전사과정에서의 도핑을 줄이기 위한 방법으로 전기화학적 박리법(버블링 전사)을 이용하였고 이 때 사용되는 전해질의 종류에 따라 도핑의 영향을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.202.1-202.1
• /
• 2015

탄소의 $sp^2$ 혼성으로 이루어진 2차원 단일시트(two-dimensional single sheet)인 그래핀은 기계적, 열역학적, 전기적 특성이 매우 우수하며 특히 고유연성과 투명성을 가진다는 장점 때문에 오랜 기간 주목 받으며 다양한 분야에서 연구되어 왔다. 이러한 그래핀을 만드는 방법에는 화학적 증기 증착법 및 흑연으로부터의 물리적, 화학적 박리 방법이 있다. 양질의 그래핀을 대면적에서 획득 할 수 있는 화학적 증기 증착법의 경우 높은 공정 비용과 함께 수반되어야 하는 전사과정의 어려움으로 인하여 실제 상용화에 어려움이 있다. 이러한 단점의 극복을 위해 대량의 그래핀을 저렴하게 확보 할 수 있는 화학적 박리 방법이 주목을 받고 있다. 화학적 박리 방법의 경우 박리 과정에서 수반되는 산화 그래핀의 환원과정이 필요하였으며, 이를 위해 강력한 환원제를 이용한 화학적 환원 방법, 고온에서의 열처리를 이용한 열역학적 환원 방법, 및 빛을 노광시켜 산화 그래핀을 환원시키는 광학적 방법이 시도되었다. 화학적 및 열역학적 환원방법의 경우 고품질의 환원된 산화 그래핀을 획득 할 수 있으나, 강한 환원제 및 높은 열처리 온도로 인하여 유연 기판의 사용이 제한되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 빛을 이용한 광학적 방법이 제시되었으나, 환원과정에 사용되는 단파장의 자외선 광원의 높은 가격으로 인하여 경제성의 확보가 제한된다. 본 논문에서는 우수한 광학적 특성을 보이는 란타넘족 이온을 사용하여 선택적 파장 대에서 높은 광흡수도를 가지는 산화 그래핀-란타넘 이온 혼합용액을 만들었으며, 가시광선대역의 파장을 가지는 레이저를 사용하여 우수한 품질을 가지는 환원된 산화 그래핀을 제작하였다. 구체적으로 산화 그래핀은 modified hummer's method를 이용하여 만들어졌으며, 자외선 대역을 흡수하는 $Gd_{3+}$, 녹색 레이저를 흡수하는 $Tb_{3+}$, 적색 레이저를 흡수하는 $Eu^{3+}$를 1 mM 섞어주었다. 그 후, 300~800 nm의 파장을 가지는 레이저를 $1mW/cm^2$를 노광시켜 산화 그래핀을 환원시켰다. 환원된 산화 그래핀의 특성은 FT-IR, UV-Vis, 저온 PL, SEM, XPS 및 전기측정을 이용해 측정하여 재현성 및 반복성을 확인하였다.

• Clean Technology
• /
• v.28 no.4
• /
• pp.293-300
• /
• 2022

The remarkable mechanical, electrical, and thermal properties of graphene have recently sparked tremendous interest in various research fields. One of the most promising methods to produce large quantities of graphene dispersion is liquid-phase exfoliation (LPE) which utilizes ultrasonic waves or shear stresses to exfoliate bulk graphite into graphene flakes that are a few layers thick. Graphene dispersion produced via LPE can be transformed into graphene ink to further boost graphene's applications, but producing high-quality graphene more economically remains a challenge. To overcome this shortcoming, an advanced LPE process should be developed that uses relatively cheap natural graphite as a graphene source. In this study, a flow-LPE process was used to exfoliate natural graphite to produce graphene that was three times cheaper and seven times larger than synthetic graphite. The optimal exfoliation conditions in the flow-LPE process were determined in order to produce high-quality graphene flakes. In addition, the structural and electrical properties of the flakes were characterized. The electrical properties of the exfoliated graphene were investigated by carrying out an ink formulation process to prepare graphene ink suitable for inkjet printing, and fabricating a printed graphene pattern. By utilizing natural graphite, this study offers a potential protocol for graphene production, ink formulation, and printed graphene devices in a more industrial-comparable manner.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2000.02a
• /
• pp.124-124
• /
• 2000

다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가진 입방정 질화붕소(cubic boron nitride)는 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되는 재료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 크게 기대된다. 이 때문에 각종의 PVD, CVD 공정을 이용하여 c-BN 박막의 합성에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 많은 성공사례들이 보고되고 있다. 그러나 c-BN 박막의 유용성에도 불구하고 아직 실제적인 응용이 이루어지지 못한 것은 c-BN 박막의 증착직후 급격한 박리현상 때문이다. 본 연구에서는 평행자기장을 부가한 ME-ARE(Magnetically Enhanced Activated Reactive Evaporation)법을 이용한 c-BN 박막의 합성에서 적용한 증착공정 인자들의 변화에 따른 박리특성 고찰과 함께 다층박막화 및 제 3원소 혼입 방법을 적용하여 박리특성 향상 정도를 조사하였다. BN 박막합성은 전자총에 의해 증발된 보론과 (질소+아르곤) 플라즈마의 활성화반응증착(Activated Reactive Evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE 장치와 달리 열음극(got cathode)과 양극(anode) 사이에 평행자기장을 부가하여 플라즈마의 증대시켜 반응효율을 높였다. 합성실험용 모재로는 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 30$\times$40mmzmrl로 절단 후, 10%로 희석된 완충불산용액에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한 후 사용하였다. 박막실험실에서의 주요공정변수는 기판바이어스 전압, discharge 전류, Ar/N2가스유량비이었다. 합성된 박막의 결정성 분석을 FTIR을 이용하였으며, BN 박막의상 및 미세구조관찰을 위해 투과전자현미경(TEM;Philips EM400T) 분석을 병행하였고, 박막의 기계적 물성 평가를 위해 미소경도를 측정하였다. 박리특성의 고찰은 대기중에서의 자발적 박리가 일어나 90%이상의 박리가 진행된 시점까지의 시간을 측정하였고, 증착직후 박막의 잔류응력 변화와 연관하여 고찰해 보았다.

• Journal of Aquaculture
• /
• v.16 no.4
• /
• pp.223-228
• /
• 2003

An exfoliation, the detachment of juvenile abalones from a culture substrate, is essential for selection and population density control in abalone culture. Physical instruments and anesthetics are currently available for the exfoliation but the latter is regarded as more effective in reducing physical damage to the animals. In the present study, urea ($Co(NH_2)_2$), a chemical fertilizer, was selected as a anesthetic, and its optimal concentration and sea water temperature for exfoliation of Haliotis discus were determined in order to develop an exfoliation technique which is more economical and effective. A 97% cumulated exfoliation rate was observed within 3 min at all temperatures observed when the concentration rate of urea was 9∼15%. This range of urea concentration can be ideal for both exfoliation and recovery. Also it was found that the higher concentration of urea and temperature the higher exfoliation rate, however, these conditions reduced the recovery rates of the animals tested. These results could indicate that urea is a good tool for exfoliation of various species of young abalones, and urea could substitute for all techniques and anesthetics methods currently available for abalone exfoliation.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.32 no.2
• /
• pp.157-162
• /
• 2021

In this study, 3D printing filaments using recycled polypropylene (rPP) were produced by a single screw extruder. Graphene composite filament was also prepared using electrochemically exfoliated graphene (EEG) as a composite filler by adding 10, and 20 wt% of EEG to rPP. The graphene and rPP were successfully dispersed with great homogeneity, so that 3D filaments were uniformly produced, and their thermal properties increased as the graphene content increased. The mechanical property was also improved when EEG was 10 wt% but decreased when EEG was 20 wt% compared to that of rPP. 3D structures were successfully manufactured using prepared 3D filaments by a conventional 3D printer, and great advantages can be expected in terms of environmental and economical perspective by adopting plastic waste.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.28 no.3
• /
• pp.272-278
• /
• 2017

Two-dimensional (2D) materials, especially graphene and $MoS_2$ sheets, have gained much attention and shown great promise for the application in supercapacitors. To widely use the 2D materials for supercapacitors, highly efficient, low cost, and environmentally friendly synthetic methods for the preparation of 2D materials should be developed. Here, we will review recently developed solution-based processes for preparing 2D materials for supercapacitors. Chemical exfoliation-reduction, chemical intercalation, and liquid phase exfoliation methods will be introduced. Moreover, the electrochemical characteristics of graphene and $MoS_2$-based electrodes for supercapacitors are summarized. In addition to solution-based processes, other challenges and opportunities are discussed in terms of controlling nanosheet compositions, sizes, and thicknesses.

• Prospectives of Industrial Chemistry
• /
• v.23 no.5
• /
• pp.12-20
• /
• 2020

최근 층상구조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물이 새로운 고성능 리튬이온전지 음극소재로서 주목받고 있다. 층상구조 물질들의 고성능 전극 소재 활용에 있어 박리를 이용한 정확한 층의 개수 조절은 전기화학 반응성을 증가시키고, 전극 필름 내에서의 균일한 거동을 위해서 매우 중요하다. 볼 밀링 공정은 이차전지 전극 소재 제조에 있어서 주로 물질의 분쇄나 고상 화학반응을 유도하여 합금 형태의 전극 소재 개발에 보편적으로 사용되는 공정이나, 층상구조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물에 적용하면 층상구조 물질에 고체윤활작용을 일으켜 박리가 촉진된다. 이러한 성질을 이용하여 다양한 종류의 전이금속 칼코겐 화합물(예: MoS₂, MoSe₂, NbSe₂)에 적절한 카본 매트릭스 물질과 복합화를 통해 새로운 전극 소재를 합성하고, 이를 통해 고성능 리튬이온전지 음극 소재를 제조하는 연구 동향에 대해 보고하고자 한다.