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graphene 은 하나의 원자 두께를 가진 탄소 sheet 로서 다음 그림 모양으로 되어있다.
Graphene 은 다음과 같은 많은 특성을 가진다.
 엄청나게 단단하지만 매우 가볍다.
강철보다 200배 더 강하지만 믿을 수 없을 정도로 잘 휘어진다.
투명하면서도 가장 얇은 특성을 가진다
전기 전도 능력이 가장 탁월하다
헬륨가스 조차도 통과하지 못할 정도로 완벽한 barrier
초기 graphene 제조는 접착테이프를 이용하여 흑연에서 graphene 을 떼어내는 방식이었다.
지금은 chemical vapor deposition (CVD), CO2 reduction, spin coating 과 같은 방법을 이용하여 graphene 을 제조하고 있다.
그러나 이런 방법들은 연구용 소량생산에는 적합하나 대량생산에는 적합하지 않다.
초음파 분산장비를 이용하면 약 0.2 g/L 의 농도에서 1~2% 의 전환률로 생산
Rotor-Stator Mixer 를 이용하면 <0.1 g/L 의 농도에서 <0.2% 이하의 전환률로 생산
Microfluidizer 고압분산장비를 이용하면 100g/L 의 고농도까지 처리가능하며
전환률 100% 의 고효율로 graphene 의 생산이 가능하다.
이는 다른 방법에 비해 500 - 1000 배 더 진한 농도에서 분산이 가능하고
흑연에서 graphene 으로 전환시키는 효율은 Microfluidizer 가 50 - 500 배 더 좋다는 것을
의미한다.
흑연에서 graphene 을 한겹 한겹 떼어내는 데는 전단력에너지 (shear rate) 가 매우 효율적이다.
Microfluidizer 고압분산장비가 발생시키는 shear rate 는 12,000,000 sec-1 로서 어떤 장비보다
강력한 에너지를 발생시키는데 이 강력한 에너지에 의해 graphene 의 대량 생산이 가능하다.
SEM images taken from coatings comprising (a) starting graphite, (b) after 1 cycle,
(c) after 5 cycles, and (d) after 100 cycles through the Microfluidizer processor at 30,000 psi.
The scale bar is 5 μm.
Graphene 제조 테스트
1. Graphite : Timrex KS25 graphite flakes (90% are < 27.2 um)
100g of graphite + 9g of SDC(sodium deoxycholate) / 1 L distilled water
2. Microfluidization
모델명 : M110P Microfluidizer Processor (Microfluidics, USA)
Chamber Type : Z-type geometry interaction chamber with ~ 87um wide microchannel
Maximum Pressure : 2,000 bar (30,000psi)
Number of passes (process cycle) : 20 and 100
Temperature Control : 20℃ --> 50℃ --> 20℃
3. Results
After 20 cycles :
- 최대분포 thickness : ~ 10 nm - 평균분포 thickness : ~ 19 nm
After 100 cycles :
- 최대분포 thickness : ~ 7.4 nm - 평균분포 thickness : ~ 12 nm
(4 nm 이하 : 4%, 4 ~ 70nm : 96%)
※ Flake thickness distribution
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