그래핀-금속 하이브리드 소재의 합성 및 전기적 특성 평가 = Synthesis and Characterization of graphene-metal hybrid materials

국문 초록 (Abstract)

그래핀은 흑연에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것으로 평면 형태를 가지고 있으며 넓은 표면적을 지니며 기계적, 전기적 성질이 우수하다. 그러나 그래핀은 고유의 특성을 구현화하기 어렵고 응집되는 단점과 고분자와의 상용성이 어려운 단점이 있다. 그래서 본 연구에서는 그래핀의 단점을 보완하고 물질 고유의 특성을 살리기 위해 그래핀 옥사이드가 가지는 산소 관능기들인 히드록시기(hydroxyl group)와 에폭시(epoxy group), 카르복실기(carboxyl group) 등을 이용하여 그래핀 옥사이드 표면에 철, 은, 니켈, 아연들을 합성시킨 후, 면저항 측정을 위해 PET film에dip-coating 공정을 진행하였다. 그래핀 표면에 금속이 합성된 시료의 표면을 관찰하기 위해 TEM, SEM 분석과 EDS 분석을 통하여 rGO 표면에 금속들이 균일한 입자 크기로 잘 분산되어 합성된 것을 관찰할 수 있었다. 또한 XRD와 XPS 분석을 실시함으로써 rGO에 합성된 철 입자가 Fe2O3의 형태를 지니고, 은 입자는 Ag2O, 철과 은 두 개의 금속이 합성된 시료에서는 Ag/Fe2O3, 니켈은 Ni(OH)2, 아연은 ZnO의 형태를 띤다는 것을 확인할 수 있었다. TGA 분석을 통해 그래핀 옥사이드에 첨가된 금속의 비율별로 합성이 잘 이루어졌다는 것을 확인하였다. 또한 면저항 측정을 실시하여 rGO 상태의 면저항보다 금속을 합성한 후의 면저항 더 높은 값을 보였으며, rGO에 합성된 금속의 비율이 높을수록 면저항이 낮아지는 결과를 보였다. 이러한 결과로 비표면적이 넓은 그래핀에 자기적특성과 더불어 전기적 특성을 가진 금속들을 합성함으로써 전자파 차폐 분야에 대한 응용 가능성을 가지고 있다는 것을 확인하였다. 또한 디자인의 용이성으로 인해 다양하고 미려한 IT 기기를 제조할 수 있고, 고주파 전자부품에의 적용이 가능하며 차세대 기기에게 적용이 가능한 부품소재가 될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가. 연구배경 및 목적 1
• 2. 이론적 배경 9
• 가. 그래핀 9
• 1) 흑연과 그래핀 9
• 2) 그래핀의 특성 9
• 3) 그래핀의 제조 10
• 4) GO의 제조와 구조 10
• 나. 그래핀 복합체 14
• 1) 그래핀/고분자 복합체 15
• 2) 그래핀/금속 하이브리드 17
• 3. 실험 방법 20
• 가. 실험 재료 20
• 나. 분산용액의 제조 21
• 다. 그래핀-금속 하이브리드 시료 21
• 1) rGO-Fe 하이브리드 시료 21
• 2) rGO-Ag 하이브리드 시료 23
• 3) rGO-Ni 하이브리드 시료 23
• 4) rGO-Zn 하이브리드 시료 23
• 5) rGO-Fe-Ag 하이브리드 시료 24
• 라. 그래핀-금속 시료 dip-coating 공정 24
• 마. 그래핀-금속 시료 특성평가 25
• 1) 표면 특성 25
• 2) 구조적 특성 25
• 3) 열적 특성 25
• 4) 전기적 특성 25
• 4. 결과 및 고찰 26
• 가. rGO-metal 시료 특성 평가 26
• 1) 표면 특성 26
• 가) SEM 분석 26
• 나) TEM 분석 32
• 2) 구조적 특성 38
• 가) EDS 분석 38
• 나) XRD 분석 42
• 다) XPS 분석 44
• 3) 열적 특성 48
• 가) TGA 분석 48
• 나. rGO-metal dip-coating 시료 특성 평가 55
• 1) 전기적 특성 55
• 가). 면저항 분석 55
• 5. 결론 59
• 참고문헌 60
• (Abstract) 66