• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.358-358
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• 2011

탄소원자로 구성된 2차원의 단원자 층의 그래핀은 우수한 기계적 강도, 전기전도도, 화학적 안정성 등의 특성으로 인하여 현재 기초연구 및 응용연구들이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀의 물성은 그래핀의 층수, edge 형태, 구조적 defect의 양, 불순물의 양 등에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있어, 그 원인들의 영향을 살펴보는 일은 그래핀 물성 제어의 측면에서 매우 중요하다. 한편, 그래핀을 산업적으로 이용하기 위해서는 CVD합성법이나 화학적인 박리법 등과 같은 대량의 그래핀 제조법이 요구되며, 이러한 그래핀들의 산화거동을 알아 보는 것은 향후 산화 분위기에서 사용될 그래핀 응용소자 개발에 유용한 정보가 될 것이다. 본 연구에서는 그래핀 층수에 따른 산화 거동을 연구하기 위하여, 그래핀을 산화시킨 후 Raman 분광법과 AFM 분석을 통하여 광학적, 구조적 변화를 체계적으로 분석하였다. 그래핀은 니켈박막을 촉매층으로 이용한 실리콘 웨이퍼에 메탄가스를 원료가스로 한 CVD법으로 합성하였다. 효율적인 산화처리를 위해 합성한 그래핀은 홈이 있는 기판 위에 전사하여 산화반응시 기판의 영향을 제거하였다. 산화처리는 열 산화처리 및 플라즈마 산화처리로 나누어 각각 실시하였으며, 5분간의 산화처리와 특성평가를 반복적으로 실시하였다. 한편, 층수에 따른 산화 거동을 조사하기 위해서는, 합성한 그래핀 내에 존재하는 단층영역, 수층영역, 다층영역을 지정하여 매회 동일영역을 분석함으로써 산화 거동을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.118-118
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• 2015

플렉서블 기판을 기반으로 하는 휴대용 기기는 다양한 형태로 가공이 가능하고 가벼워 휴대가 용이하며 충격에 강하여 내구성이 좋은 장점을 가지고 있으나 플렉서블 전극 개발이 어려운 문제가 있다. 플렉서블 전극으로 그래핀, 은나노선, 금속메쉬 등의 다양한 재료, 구조에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히 은나노선 전극은 공정이 단순하고 투과도 및 전도도가 비교적 우수하녀 가장 강력한 후보재료로 알려져 있다. 그러나 은나노선은 표면거칠기가 매우 크고 헤이즈가 발생하여 OLED 디스플레이용 전극으로 응용시 화면의 선명도가 떨어지며 은나노선 네트워크 형성시 은나노선간의 접촉저항이 증가하는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 산화그래핀을 적용하여 은나노선의 투과도, 전도도, 표면거칠기를 개선하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 은나노선과 산화그래핀 나노복합체를 형성하고 플렉서블 기판에 전사하는 공정방법을 통해 투명전극을 형성하였고 산화그래핀이 포함되지 않은 전극과 비교하여 전극의 성능이 향상됨을 확인하였다. 주사전자현미경 측정을 통해 플렉서블 기판에 포함된 산화그래핀-은나노선 전극의 구조적 특성을 조사하였고 면저항측정을 통해 산화그래핀 처리로 인해 전기적 특성이 개선되는 결과를 확인하였다. 전도도 개선의 원인을 조사하기 위해 라만, XPS, 투과도 측정결과를 분석하여 그래핀에 포함된 pyridinic 질소가 감소하고 quaternary 질소가 증가하며 이로 인해 defect sites의 수가 감소하는 결과를 확인하였다. 산화그래핀과 은나노선의 접합부분에서 산화그래핀의 quaternary 질소가 증가하고 산화그래핀에 전하밀도를 증가하여 전도도를 향상하였다. 투과도 측정을 통해 은나노선의 가로방향 플라즈몬 공명 흡수가 산화그래핀 처리에 의해 감소한 결과를 확인하였다. 산화그래핀-은나노선 나노복합체의 전도도 향상 원인에 대한 연구는 은나노선의 플렉서블 전극 응용을 가속화하고 잠재적인 응용분야를 확대하기 위한 원천지식을 제공할 것이다.

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

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.155-155
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• 2016

최근 증가하고 있는 플렉서블 기기제작을 위한 플렉서블 전극으로 금속메쉬, 그래핀, 은나노선을 사용한 전극이 제안되었으나 복잡한 공정 및 안정성 문제로 인해 다양한 나노복합구조를 적용하여 단점을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 은나노선 전극은 특히 공정이 단순하고 투과도 및 전도도가 비교적 우수하며 기판의 휘어짐에도 특성변화가 가장 작아 플렉서블 전극의 가장 강력한 후보재료로 알려져 있다. 그러나 은나노선 전극은 구조적으로 전극표면에 고르게 분포하지 못하기 때문에 전극의 표면거칠기가 매우 커지고 투과되는 빛과 간섭하여 헤이즈가 발생되는 문제를 가지고 있다. 특히 플렉서블 OLED용 전극으로 응용시 화면의 선명도가 떨어지며 은나노선 네트워크의 접촉저항이 증가하고 큰 표면거칠기로 인해 수명이 감소하는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 은나노선 전극에 산화그래핀 처리를 통해 나노복합구조를 형성하고 플렉서블 기판에 전사하는 방법을 통해 투명 전극을 형성하였다. 주사전자현미경 측정을 통해 산화그래핀 플레이크와 은나노선 전극의 구조적 특성을 조사하였고 면저항측정을 통해 산화그래핀 처리공정 조건에 따라 전기적 특성이 개선되는 결과를 확인하였다. 은나노선 전극의 전도도 개선의 원인을 조사하기 위해 라만, XPS, 투과도 측정결과를 분석하였다. XPS 분석결과 은나노선과 그래핀의 나노복합구조 형성을 통해 산화그래핀에 포함된 pyridinic 질소가 감소하고 quaternary 질소가 증가하였다. 이는 산화그래핀의 내부 defect sites에 질소결합이 증가되었음을 의미하고 이로인해 산화그래핀에 부분적인 전도경로가 형성되어 은나노선의 전도특성을 개선되었다. 투과도 측정을 통해 은나노선의 가로방향 플라즈몬 공명 흡수가 산화그래핀 처리에 의해 감소하였고 이로 인해 은나노선 전극의 투과도가 산화그래핀 처리에 의해 개선되는 결과를 확인하였다. 은나노선 전극에 대해 산화그래핀 처리를 통해 나노복합구조 형성에 대한 연구는 은나노선 플렉서블 전극 개발을 가속화하고 잠재적인 응용분야를 확대하기 위한 원천지식을 제공할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.78-78
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• 2010

그래핀(Graphene)은 탄소원자가 육각형 벌집(honeycomb)구조로 빼곡히 채워진 2차원의 단원자 층으로 역학적 강도와 우수한 화학적/열적 안정성 및 흥미로운 전기 전도 특성을 가지고 있다. 이러한 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 현재 기초연구뿐만 아니라 응용연구 등 많은 연구들이 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀의 우수한 물리적 특성들은 그래핀의 층수, 모서리(edge)구조, 결함(defect), 불순물 등에 의해 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다. 따라서 그래핀의 구조 및 결함정도를 자유로이 제어하고 그에 따르는 특성 변화를 관찰하는 것은 기초연구의 측면에서 뿐만 아니라 향후 그래핀 응용에 있어서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 그래핀의 내산화 특성을 연구하기 위하여, 그래핀을 열 및 플라즈마 산화 분위기에 노출시킨 후, Raman 분광법을 이용하여 광학적, 구조적 변화를 분석함으로써 그래핀의 내산화 특성에 대하여 조사하였다. 그래핀은 실리콘 웨이퍼에 전자빔증착법으로 니켈박막을 증착한 후 열화학증기증착법으로 합성하였으며, 메탄가스를 원료가스로 $900^{\circ}C$ 전후에서 합성하였다. 합성한 그래핀은 산화반응 시 기판의 영향을 제거하기 위하여 트렌치 구조의 기판 위에 전사(transfer)함으로써 공중에 떠있는 구조를 구현하였다. 열 산화의 경우, 합성한 그래핀을 대기분위기의 고온($500^{\circ}C$) 챔버에 넣고 처리시간에 따른 특성변화를 살펴보았다. 플라즈마 산화의 경우는 공기를 이용하여 직류플라즈마를 발생시킨 후 0.4 W의 낮은 플라즈마 파워를 이용하여 플라즈마 산화처리와 특성평가를 매회 반복하였다. 그래핀의 특성분석은 Raman분광기와 광학현미경, 원자힘현미경(AFM) 등을 이용하여 분석하였으며, 상기 결과들은 향후 산화환경에서의 그래핀 응용소자 개발에 유용할 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.460-460
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• 2011

그래핀은 탄소원자로 구성된 2차원의 나노재료로서 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성을 지닌다. 이러한 특성들을 기반으로 그래핀은 디스플레이, 터치스크린, 전 자기 차폐재 등의 다양한 분야로의 응용이 가능하다고 예측되고 있다. 한편 이러한 특성은 그래핀의 구조 및 결함, 불순물 등에 의하여 변화한다고 알려져 있으며, 이러한 특성의 변화를 통해 전자소자로의 응용도 가능 하다고 예측되고 있다. 따라서 그래핀의 구조를 제어하고 적절한 결함 및 불순물을 부여하는 것은 그래핀의 기초물성 연구 뿐 아니라 응용연구 에 있어서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 공기 플라즈마를 이용하여 그래핀의 구조변형을 도모하였다. 그래핀은 열화학 기상증착법 (thermal chemical vapor deposition; TCVD)을 이용하여 300 nm 두께의 니켈박막이 증착된 기판위에 합성하였다. 합성된 그래핀은 산화처리 시 기판의 영향을 배제하고자 트렌치(trench) 구조의 산화막 실리콘 기판위로 전사함으로서 공중에 떠 있는 (air suspended) 구조를 구현하였다. 산화처리를 위한 장치는 직류 플라즈마 장치를 이용하였으며 0.1 Torr의 압력에서 0.4W의 파워로 공기 플라즈마를 방전하여 5분간의 산화처리와 특성평가를 매회 반복함으로서 처리시간에 따른 산화처리의 영향을 관찰하였다. 그 결과 공기 플라즈마 산화처리를 통해 그래핀에 결함을 부여하고 그래핀의 구조변형이 가능함을 확인하였다. 그래핀의 특성분석을 위해서는 광학현미경, 라만 분광기, 원자간힘현미경 등을 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.230.1-230.1
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• 2014

대면적 그래핀의 높은 제조비용과 낮은 생산성으로 인해 최근 산화그래핀(GO)을 박리하여 대면적화 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, Hummers 법에 의해 제조된 산화그래핀은 제조공정상 발생되는 황이나 수소 및 산소 등의 불순물에 의한 특성저하와 15층에서 25층 정도의 다층 구조에 의한 높은 접촉저항 때문에 그래핀 고유의 특성 발휘가 어렵다. 본 연구에서는 DC 열 플라즈마의 NH3 방전을 이용하여 산화그래핀의 불순물인 S, H, O를 완전히 제거하였고, DC 열 플라즈마 처리된 후의 산화그래핀의 Volume을 평균 2.5배정도 증가시켰다. 또한 N2와 He을 혼합 시킨 DC 열 플라즈마 방전으로 산화그래핀 표면에 N 을 도핑 하여 전기적 특성을 향상시켰다. N 도핑 농도는 최대 20wt%이었으며 N2과 He공급량, Current 조절에 의해 Dopping 농도를 제어하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.159-159
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• 2011

최근 여러 화학 반응에 대해서 일층(1L) 그래핀(graphene)이 복층(multi-layered) 그래핀보다 10 배 이상의 높은 반응성을 보인다는 사실이 알려졌다. 본 실험에서는 기판의 편평도와 기판-그래핀 간의 상호작용이 그래핀의 반응성에 미치는 영향을 이해하기 위해서, AFM(atomic force microscopy)과 라만 분광법을 이용하여 그래핀의 기체상 고온 산화반응을 연구하였다. 기계적 박리법을 통해 산화실리콘(SiO2/Si)과 마이카(mica) 기판 위에 고착된 그래핀 시료를 대조군으로 비교하였다. AFM 형상 분석으로부터 편평도가 낮은 산화실리콘 위에서는 그래핀의 두께가 작을수록 산화 속도가 크다는 사실을 확인하였다. 그러나 편평도가 높은 마이카 기판 위에서는 단일층 그래핀의 산화 속도가 산화실리콘 기판 위에서보다 현저하게 감소하고 두 겹 이상의 두께에서는 반응성의 차이가 없음을 발견하였다. 특히 마이카 위의 단일층 그래핀에서는 복층 그래핀과는 달리 산화에 의한 식각이 거의 일어나지 않아 화학적 안정성이 증대되었음을 알 수 있었다. 본 연구는 기판의 표면구조와 상호 작용을 통해 그래핀의 화학적 특성을 조절 할 수 있다는 가능성을 보여 준다.

• Membrane Journal
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• v.27 no.2
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• pp.167-181
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• 2017

Graphene-based materials have been considered as a promising membrane material, due to its easy processability and atomic thickness. In this study, we studied on gas permeation behavior in few-layered GO membranes prepared by spin-coating method. The GO membrane structures were varied by using different GO flake sizes and GO solutions at various pH levels. The GO membranes prepared small flake size show more permeable and selective gas separation properties than large one due to shortening tortuosity. Also gas transport behaviors of the GO membranes are sensitive to slit width for gas diffusion because the pore size of GO membranes ranged from molecular sieving to Knudsen diffusion area. In particular, due to the narrow pore size of GO membranes and highly $CO_2$-philic properties of GO nanosheets, few-layered GO membranes exhibit ultrafast and $CO_2$ selective character in comparison with other gas molecules, which lead to outstanding $CO_2$ capture properties such as $CO_2/H_2$, $CO_2/CH_4$, and $CO_2/N_2$. This unusual gas transport through multi-layered GO nanosheets can explain a unique transport mechanism followed by an adsorption-facilitated diffusion behavior (i.e., surface diffusion mechanism). These findings provide the great insights for designing $CO_2$-selective membrane materials and the practical guidelines for gas transports through slit-like pores and lamellar structures.

• Composites Research
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• v.34 no.5
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• pp.277-282
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• 2021

Graphene oxide can be reduced to graphene under supercritical fluid condition even without using a specific reducing agent or applying a high thermal process. In this study, a process for converting graphene oxide into graphene was studied under supercritical fluid conditions in methanol and ethanol solvents. When the structure of asprepared graphene was analyzed by using FE-SEM and XRD, the reduction of graphene oxide in supercritical fluid condition was more affected by the change of solvent than other variables such as concentration of graphene oxide and reaction time. The use of ethanol showed better results for the reduction than the use of methanol. The graphene prepared in this study was mixed with epoxy resin up to 20 wt.% to make composites, and the thermal conductivity of the composites were analyzed. Thermal conductivity of the composite increased proportionally with graphene loadings. The graphene prepared in supercritical ethanol condition was more effective on the thermal conductivity of the composite.