KR20200060934A - Fabricating method for composite of nanoparticle on graphene - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined. The method for manufacturing the graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined according to the present invention comprises: a first step of depositing graphene on a base substrate; a second step of modifying the surface of the graphene by performing surface treatment using plasma with respect to graphene deposited on the base substrate; and a third step of forming metal nanoparticles on the graphene by immersing the graphene deposition base substrate on which the plasma surface treatment is performed in a metal ion aqueous solution using a metal ion reduction method. The present invention can easily control the shape and size density of silver nanoparticles through plasma surface treatment.

Description

나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법{Fabricating method for composite of nanoparticle on graphene}Manufacturing method of nanoparticle-linked graphene hybrid structure{Fabricating method for composite of nanoparticle on graphene}

본 발명은 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants) 등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)를 사용함이 없이 친환경적으로 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조가 가능하고, 구조유도체 사용에 따른 나노입자-그래핀 계면에서의 고유의 특성 저하를 방지하고 그래핀 표면에 대한 플라즈마 표면처리를 처리를 통하여 은 나노입자의 모양 및 크기 밀도를 용이하게 제어할 수 있는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are bound, and more specifically, a structure-derived substance including stabilizing agents, reducing agents, surfactants, and the like. It is possible to manufacture a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined in an environmentally friendly manner without using directing agents, and prevents the inherent deterioration of properties at the nanoparticle-graphene interface due to the use of structure derivatives and plasmas on the graphene surface The present invention relates to a method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, which can easily control the shape and size density of silver nanoparticles through surface treatment.

그래핀은 탄소 원자들이 2차원의 벌집구조로 배열되어 있는 구조체로 독특한 구조적, 광학적, 전기전자 특성을 가지고 있다. 예를 들어, 그래핀은 매우 큰 비표면적, 높은 영률(Young's modulus, 1,100 GPa)의 우수한 기계적 물성, 높은 열 및 전기전도도, 높은 캐리어 이동도를 갖고 있으며 95% 이상의 높은 투명도를 가진다고 알려져 있다. 이러한 우수한 물성을 바탕으로 그래핀은 다양한 분야에서 최근 가장 많이 연구가 되고 있는 물질 중 하나라고 할 수 있다. Graphene is a structure in which carbon atoms are arranged in a two-dimensional honeycomb structure, and has unique structural, optical, and electronic characteristics. For example, graphene is known to have a very large specific surface area, high Young's modulus (1,100 GPa), excellent mechanical properties, high thermal and electrical conductivity, high carrier mobility, and high transparency of 95% or more. Based on these excellent properties, graphene can be said to be one of the most researched materials in various fields.

이와 더불어 금속 기반의 나노입자는 특유의 다양한 전기, 자기, 촉매, 광학 특성으로 인해, 전자 소자, 정보저장 매체, 촉매, 광전자 소자, 센서, 이미징을 비롯한 의료분야에서 매우 활발히 연구되고 있다. In addition, metal-based nanoparticles have been actively researched in medical fields, including electronic devices, information storage media, catalysts, optoelectronic devices, sensors, and imaging, due to their unique variety of electrical, magnetic, catalyst, and optical properties.

현재의 나노재료 합성기술은 금속나노입자의 크기 및 모양을 나노 수준에서 다양하게 조절하여 연구할 수 있는 수준의 토대를 마련하였다. 그 중에서 은(Ag)은 금속 중에서 높은 전기 및 열전도성을 보유하고 있어 전도성 잉크소재로서 활발히 사용되어 왔다. 최근 들어 은 나노입자는 조절이 가능한 국소 표면 플라즈몬 공명 이라는 독특한 광학적 특성을 지니고 있으며 이러한 금속 나노의 표면 플라즈몬 공명 기술은 기존의 라만분광(raman spectorscopy)분석 기술의 단점 중에 하나인 낮은 검출강도를 획기적으로 증가 시킬 수 있다. 또한, 화학 및 바이오 센싱 영역으로 그 응용 분야를 넓혀 가고 있는 중이다. The current nanomaterial synthesis technology has provided a foundation for research by controlling the size and shape of metal nanoparticles at various nanoscale levels. Among them, silver (Ag) has high electrical and thermal conductivity among metals, and has been actively used as a conductive ink material. Recently, silver nanoparticles have a unique optical property of adjustable local surface plasmon resonance, and the surface plasmon resonance technology of these metal nanoparticles dramatically lowers the detection strength, which is one of the disadvantages of the existing Raman spectorscopy analysis technology. Can be increased. In addition, it is expanding its application fields to the chemical and bio-sensing areas.

여기서 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)은 금속 내부의 자유전자들이 외부 전자기장에 반응하여 집단적으로 진동하는 현상을 말하는데, 이로 인해 귀금속 기반의 나노입자들은 특정한 파장의 빛을 강하게 흡수하거나 산란하는 특성을 보여준다. 금속 입자들이 흡수하는 빛의 파장은 입자의 크기 및 형상, 조성, 입자 간 거리, 구조, 그리고 외부 유전율에 의존하게 변하게 되는데, 은(Ag)의 경우 가시광선 영역에서 공명을 일으킬 수 있다고 알려져 있다.Here, the localized surface plasmon resonance (LSPR) refers to a phenomenon in which free electrons inside a metal vibrate collectively in response to an external electromagnetic field. As a result, precious metal-based nanoparticles strongly absorb or scatter light of a specific wavelength. Shows the characteristics. The wavelength of light absorbed by metal particles varies depending on the particle size and shape, composition, distance between particles, structure, and external permittivity. It is known that silver (Ag) can cause resonance in the visible region.

더욱이 최근에는 금속이나 금속산화물 등 다양한 나노입자가 그래핀과 결합된 형태인 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체를 이용한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이 때, 나노입자가 가지는 벌크 상태와는 다른 특유의 우수한 물성과 그래핀의 물성이 더해져 응용에 유리한 특성을 보일 수 있으며, 때로는 나노입자-그래핀 결합을 통한 다양한 상승효과를 얻을 수 있다. Moreover, recently, various studies have been conducted using nanoparticle-graphene hybrid structures in which various nanoparticles such as metal or metal oxide are combined with graphene. At this time, excellent properties and properties of graphene may be added due to the addition of unique excellent physical properties different from the bulk state of the nanoparticles, and sometimes various synergistic effects may be obtained through nanoparticle-graphene bonding.

금속 나노입자-그래핀 하이드리드 구조체는 그래핀과 결합되어 있는 금속나노입자에 따라 다양한 분야에서 응용 될 수 있다. 일례로 그래핀은 매우 큰 비표면적, 높은 전기전도도, 우수한 기계적 물성을 갖고 있으므로 우수한 전기화학 촉매 활성을 위한 금속 나노입자와의 복합화에 가장 적합한 지지체 중 하나라고 할 수 있다. 또한, 금속 나노입자와 그래핀의 복합화를 통해 금속 나노입자와 그래핀 각각의 페르미 준위(Fermi level)/일함수(work function)에 따라 그래핀에서 금속 나노입자로 또는 금속 나노입자에서 그래핀으로 계면 전하 이동(interfacial charge transfer)이 이뤄진다. Metal nanoparticle-graphene hydride structures can be applied in various fields depending on the metal nanoparticles that are combined with graphene. For example, graphene has a very large specific surface area, high electrical conductivity, and excellent mechanical properties, so it can be said to be one of the most suitable supports for complexing with metal nanoparticles for excellent electrochemical catalytic activity. In addition, through the combination of metal nanoparticles and graphene, depending on the Fermi level/work function of each of the metal nanoparticles and graphene, from graphene to metal nanoparticles or from metal nanoparticles to graphene Interfacial charge transfer is achieved.

따라서 결합되어 있는 그래핀과 금속 나노입자의 계면은 'hot spot'으로 작용하여 금속 입자-그래핀 하이브리드 구조체의 촉매 활성을 크게 상승시키게 된다. 이런 계면 전하 이동도를 높이기 위해서는 그래핀과 금속 나노입자가 강한 결합을 이루고 있어야 한다. Therefore, the interface between the bound graphene and the metal nanoparticles acts as a'hot spot', greatly increasing the catalytic activity of the metal particle-graphene hybrid structure. In order to increase the mobility of the interfacial charge, graphene and metal nanoparticles need to form a strong bond.

종래의 금속나노입자-그래핀의 복합화 방법(결합방법)은 금속 나노입자를 먼저 합성한 다음 그래핀과의 복합화를 통해 금속 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체를 얻는 방법이 주로 사용되어지고 있다. In the conventional metal nanoparticle-graphene complexation method (binding method), a method of first synthesizing a metal nanoparticle and then complexing it with graphene to obtain a metal nanoparticle-graphene hybrid structure has been mainly used.

예를 들어, 금속 나노입자 표면의 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)에 따라 특정 용매에 분산된 금속 나노입자 용액을 얻을 수 있고 그래핀 또한 적합한 용매에 분산할 수 있다. 이 두 용액을 섞으면 계면활성제 교환을 통해 금속 나노입자가 그래핀 표면에 결합하게 된다. For example, a metal nanoparticle solution dispersed in a specific solvent can be obtained according to shape-directing agents containing surfactants on the surface of the metal nanoparticles, and graphene can also be dispersed in a suitable solvent. . When these two solutions are mixed, metal nanoparticles are bound to the graphene surface through surfactant exchange.

하지만 이와 같은 종래의 방법으로 얻어진 금속 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체는 금속 나노입자와 그래핀 사이의 결합이 상대적으로 약해 계면 전하 이동이 원활하지 못할 수 있다는 단점이 있으며, 계면 활성제 제거를 위한 산처리 과정에서 금속 나노입자의 물성 변화가 생길 수 있으며, 열처리 과정에서 금속 나노입자의 응집이 발생할 수 있는 등의 문제점이 있다. However, the metal nanoparticle-graphene hybrid structure obtained by such a conventional method has a disadvantage in that the bond between the metal nanoparticles and graphene is relatively weak, so that the surface charge transfer may not be smooth, and the acid treatment for removing the surfactant is performed. In the process, properties of metal nanoparticles may change, and there are problems such as aggregation of metal nanoparticles during heat treatment.

대한민국 등록특허공보 제10-1359771호(2014.01.29.)Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1359771 (2014.01.29.)

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has an object to provide a method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, which can overcome the above-described conventional problems.

본 발명의 다른 목적은 종래의 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants) 등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)의 사용을 배제하여 친환경적이고, 계면활성제와 산처리등의 공정에 의한 은 나노입자-그래핀 계면에서의 고유의 특성 저하를 방지하고 플라즈마 표면처리를 통하여 금속 나노입자의 모양 및 크기 밀도를 용이하게 제어할 수 있는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to eliminate the use of conventional stabilizers (stabilizing agents), reducing agents (reducing agents), surfactants (Surfactants), and the like, and is eco-friendly, excluding the use of shape-directing agents (surfactants and acids) Graphene hybrid combined with nanoparticles that can prevent the degradation of intrinsic properties at the silver nanoparticle-graphene interface by processes such as treatment and can easily control the shape and size density of metal nanoparticles through plasma surface treatment It is to provide a method for manufacturing a structure.

본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above, other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법은, 베이스 기판 상에 그래핀을 증착하는 제1단계와; 베이스 기판 상에 증착된 그래핀에 대하여 플라즈마를 이용한 표면처리를 하여 상기 그래핀의 표면을 개질하는 제2단계와; 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 그래핀 증착 베이스 기판을 금속이온 수용액에 침지하여 금속이온 환원법을 이용하여 상기 그래핀 상에 금속나노입자를 형성하는 제3단계를 구비한다.According to an embodiment of the present invention for achieving some of the above technical problems, a method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined according to the present invention comprises: a first step of depositing graphene on a base substrate; A second step of modifying the surface of the graphene by subjecting the graphene deposited on the base substrate to a surface treatment using plasma; A third step of forming metal nanoparticles on the graphene is provided by immersing the graphene deposition base substrate on which the plasma surface treatment has been performed in a metal ion aqueous solution using a metal ion reduction method.

상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)를 사용함이 없이 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체를 제조할 수 있다.In the second step or the third step, nanoparticles are combined without using shape-directing agents including stabilizing agents, reducing agents, and surfactants. Fin hybrid structures can be produced.

상기 베이스 기판은 구리 기판이고, 상기 제1단계에서 상기 그래핀은 단일층으로 형성될 수 있다.The base substrate is a copper substrate, and in the first step, the graphene may be formed as a single layer.

상기 그래핀은 열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 방법을 이용하여 증착될 수 있다.The graphene may be deposited using a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) method.

상기 제1단계는, 열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 챔버에 상기 베이스 기판을 장입하는 단계와; 상기 챔버의 내부온도가 600℃에 도달한 시점에서 순도 99.999%의 수소를 유입유량 60scccm 이 유지되도록 하여 유입시키고, 상기 챔버의 압력을 0.3Torr로 유지한 상태에서 상기 챔버의 내부온도를 1000℃까지 승온시키고 20분간 유지시키는 단계와; 그래핀 증착을 위해서 메탄가스(CH4)와 수소가스(H2)의 비율을 2:1로 유지하고 상기 챔버의 압력을 0.45Torr 로 하여 5분 동안 유지하는 단계와; 상기 챔버 내부의 가스 공급 및 가열을 멈추고 상기 챔버를 냉각시켜 상기 베이스 기판 상에 열화학기상 증착법을 이용한 그래핀 증착을 완료하는 단계를 구비할 수 있다.The first step includes the steps of loading the base substrate in a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) chamber; When the internal temperature of the chamber reaches 600°C, hydrogen having a purity of 99.999% is introduced with a flow rate of 60 sccccm maintained, and the pressure inside the chamber is maintained at 0.3 Torr to the internal temperature of the chamber to 1000°C. Heating and maintaining for 20 minutes; Maintaining a ratio of methane gas (CH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) at 2:1 for graphene deposition and maintaining the pressure of the chamber at 0.45 Torr for 5 minutes; A step of stopping graphene deposition using a thermochemical vapor deposition method on the base substrate by stopping gas supply and heating inside the chamber and cooling the chamber may be provided.

상기 그래핀의 증착을 위한 상기 메탄가스(CH4)와 상기 수소가스(H2)의 유입유량은 50sccm : 25sccm 일 수 있다.The flow rate of the methane gas (CH 4 ) and the hydrogen gas (H 2 ) for the deposition of the graphene may be 50 sccm: 25 sccm.

상기 제2단계는 질소의 단일가스 또는 질소가 포함된 적어도 2가지 종류의 혼합가스를 이용한 플라즈마를 이용하여 상기 그래핀에 대한 표면처리가 수행될 수 있다.In the second step, surface treatment for the graphene may be performed by using a single gas of nitrogen or plasma using at least two kinds of mixed gas containing nitrogen.

상기 플라즈마를 이용한 표면처리는 대기압 플라즈마 발생 장치, 유도결합 플라즈마(ICP)장치, 반응성 이온 식각(RIE)장치, 화학적 이온 빔 식각(CAIBE)장치, 반응성 이온 빔 식각(RIBE)장치, 전자공명 플라즈마(ECR)장치 중에서 선택된 어느 하나의 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The surface treatment using the plasma is an atmospheric pressure plasma generating device, an inductively coupled plasma (ICP) device, a reactive ion etching (RIE) device, a chemical ion beam etching (CAIBE) device, a reactive ion beam etching (RIBE) device, an electron resonance plasma ( ECR) device.

상기 제2단계에서 플라즈마 표면처리는 유도결합 플라즈마(ICP)를 장치를 이용하여 수행되고, 질소 100sccm을 챔버 내부에 주입하고 12W의 낮은 출력으로 플라즈마를 발생시켜 15분 이내로 수행될 수 있다.In the second step, the plasma surface treatment may be performed using an inductively coupled plasma (ICP) device, injecting 100 sccm of nitrogen into the chamber and generating plasma with a low power of 12 W, within 15 minutes.

상기 제1단계 이전에, 불산용액(HF)을 이용하여 상기 베이스 기판에 대한 산처리를 수행함에 의해 상기 베이스 기판 표면의 불순물 또는 자연산화막(native oxide)을 제거하는 단계를 더 구비할 수 있다.Before the first step, a step of removing impurities or native oxide on the surface of the base substrate by performing acid treatment on the base substrate using a hydrofluoric acid solution (HF) may be further provided.

상기 제3단계에서 상기 금속이온 수용액은 5mM 농도의 98% 질산은 수용액일 수 있다.In the third step, the aqueous metal ion solution may be an aqueous 98% silver nitrate solution having a concentration of 5 mM.

상기 제3단계는 상온에서 5mM의 농도의 98% 질산은 용액에 상기 제2단계를 거친 상기 그래핀이 증착된 상기 베이스 기판을 1분 이내로 침지하여, 상기 그래핀 상에 은 나노입자를 성장시키는 단계일 수 있다. In the third step, immersing the base substrate on which the graphene has been subjected to the second step in a solution of 98 mM silver nitrate at a concentration of 5 mM at room temperature within 1 minute to grow silver nanoparticles on the graphene. Can be

상기 제3단계 이후에, 상기 그래핀 상에 금속나노입자가 결합된 구조체를 세정 및 건조하는 단계를 더 구비할 수 있다.After the third step, the graphene may further include a step of cleaning and drying a structure in which metal nanoparticles are bonded.

상기 은 나노입자는 100nm 이하의 사이즈를 가질 수 있다.The silver nanoparticles may have a size of 100 nm or less.

상기 금속나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체는 바이오 센싱 또는 바이오 이미지 측정소자의 제조에 이용될 수 있다.The graphene hybrid structure in which the metal nanoparticles are combined may be used for biosensing or manufacturing of a bio-image measuring device.

상기 금속나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체는 광촉매, 투명전도성 박막 또는 포토닉스 제조에 적용될 수 있다. The graphene hybrid structure in which the metal nanoparticles are combined may be applied to photocatalyst, transparent conductive thin film, or photonics production.

상기 제3단계의 상기 금속 나노입자의 밀도는 상기 제2단계의 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 증가될 수 있다.The density of the metal nanoparticles in the third step may be increased as the plasma surface treatment time in the second step is increased.

상기 제2단계의 플라즈마를 위해 주입되는 가스의 유량, 플라즈마 표면처리의 시간 및 플라즈마의 출력을 포함하는 플라즈마 표면처리 조건의 조절을 통하여, 상기 제3단계의 상기 금속 나노입자의 형상 및 밀도를 제어할 수 있다.The shape and density of the metal nanoparticles in the third step are controlled by controlling the plasma surface treatment conditions including the flow rate of the gas injected for the plasma in the second step, the time of the plasma surface treatment and the output of the plasma. can do.

본 발명에 따르면, 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)를 사용함이 없이 친환경적으로 금속나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조가 가능하고, 그래핀 표면에 대한 플라즈마 표면처리를 통하여 은 나노입자의 모양 및 크기 밀도를 용이하게 제어할 수 있다. According to the present invention, a graphene hybrid in which metal nanoparticles are environmentally friendly without using shape-directing agents including stabilizing agents, reducing agents, surfactants, etc. The structure can be manufactured, and the shape and size density of the silver nanoparticles can be easily controlled through plasma surface treatment on the graphene surface.

또한, 금속나노 입자 성장시 금속이온 환원제 등의 사용을 배제함으로써 계면활성제와 산처리등의 공정에 의한 은 나노입자-그래핀 계면에서의 고유의 특성 저하를 방지하고 환경적으로 유해한 구조유도체(shape-directing agents) 사용을 줄임으로써 이러한 용액 사용 후 후처리에 따른 환경적 경제적 비용을 줄일 수 있게 된다. In addition, by excluding the use of metal ion reducing agents during the growth of metal nanoparticles, it prevents the inherent degradation of properties at the silver nanoparticle-graphene interface by processes such as surfactants and acid treatments, and is an environmentally harmful structure derivative. By reducing the use of -directing agents, the environmental and economic costs of post-treatment of these solutions can be reduced.

또한, 본 발명에 따른 금속나노입자-그래핀 하이드리드 구조체는 종래의 경우보다 금속 나노입자와 그래핀 사이의 결합력이 높아 계면 전하 이동이 상대적으로 우수하여 전기화학 촉매 응용에서 유리할 수 있다. In addition, the metal nanoparticle-graphene hydride structure according to the present invention has a higher bonding force between the metal nanoparticles and graphene than the conventional case, and thus has excellent interface charge transfer, which may be advantageous in electrochemical catalyst applications.

또한, 플라즈몬(Plasmonics) 응용분야 및 분자 검출에 사용되는 센싱 분야 등에 활용가능 하며 표면증강라만산란(surface-enhanced Raman Scattering :SERS) 기반의 바이오 센싱 및 바이오 이미지 측정 및 광촉매 등에 적용할 수 있다는 장점이 있다. In addition, it can be applied to Plasmonics applications and sensing fields used for molecular detection, and has the advantage that it can be applied to surface-enhanced Raman Scattering (SERS)-based bio sensing and bio image measurement and photocatalyst. have.

본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 2는 도 1에서 그래핀 증착을 위한 열화학기상증착 방법의 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에서 플라즈마 표면처리를 위한 유도결합 플라즈마(ICP) 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4는 구리 기판 상에 증착된 그래핀에 결합된 금속나노입자의 전자현미경(SEM)사진들을 나타낸 것이다.
도 5는 플라즈마 표면처리 시간에 따른 금속나노입자 생성 분포변화를 나타낸 전자현미경(SEM)사진들이다.
도 6은 각 조건 변화에 따라 달라지는 금속나노입자 생성변화를 나타낸 전자현미경(SEM)사진들이다.
도 7은 본 발명에 따른 금속 나노입자- 그래핀 하이브리드 구조체의 특성을 나타낸 그래프들이다.
1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a nanoparticle-linked graphene hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a thermochemical vapor deposition method for graphene deposition in FIG. 1.
3 is a schematic diagram of an inductively coupled plasma (ICP) device for plasma surface treatment in FIG. 1.
4 shows electron microscope (SEM) pictures of metal nanoparticles bound to graphene deposited on a copper substrate.
5 is an electron microscope (SEM) pictures showing the distribution of metal nanoparticles generated by plasma surface treatment time.
FIG. 6 is an electron microscope (SEM) photograph showing changes in metal nanoparticle production depending on changes in each condition.
7 are graphs showing properties of a metal nanoparticle-graphene hybrid structure according to the present invention.

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 so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration will be described only in the exemplary embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, only the configuration different from the exemplary embodiment will be described.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case of being “directly connected”, but also “indirectly connected” with other members interposed therebetween. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this may mean that other components are not included, but other components are not excluded unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a nanoparticle-linked graphene hybrid structure according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체는 베이스 기판 상에 그래핀을 증착하는 단계(S110)와, 베이스 기판 상에 증착된 그래핀에 대하여 플라즈마를 이용한 표면처리를 하여 상기 그래핀의 표면을 개질하는 단계(S120)와, 상기 그래핀 상에 금속나노입자를 형성하는 단계(S130)와, 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체를 세정 및 건조하는 단계(S140)를 거쳐 제조된다. As illustrated in FIG. 1, a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined according to an embodiment of the present invention comprises depositing graphene on a base substrate (S110) and graphene deposited on a base substrate. Regarding the step of modifying the surface of the graphene by performing a surface treatment using plasma (S120), forming a metal nanoparticle on the graphene (S130), and cleaning the graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined And drying (S140).

각 단계를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.Each step is described in more detail as follows.

우선, 그래핀 증착 전에 상기 베이스 기판의 불순물 또는 자연산화막(native oxide)을 제거하기 위한 사전처리 단계가 추가될 수 있다. 사전처리 단계는 상기 베이스 기판으로 구리기판을 준비하고 구리기판의 불순물 또는 자연산화막(native oxide)을 제거하기 위해 불산용액(HF)을 이용하여 상기 베이스 기판에 대한 산처리를 수행하는 과정이다. 이에 따라 상기 베이스 기판 표면의 불순물 또는 자연산화막(native oxide)을 제거하게 된다. First, a pre-treatment step for removing impurities or native oxide of the base substrate before graphene deposition may be added. The pre-treatment step is a process of preparing a copper substrate as the base substrate and performing an acid treatment on the base substrate using a hydrofluoric acid solution (HF) to remove impurities or native oxide of the copper substrate. Accordingly, impurities or native oxide on the surface of the base substrate is removed.

다음으로, 베이스 기판 상에 그래핀을 증착하는 단계(S110)에서는, 상기 베이스 기판으로 구리기판을 준비하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구리기판 상에 열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 방법을 이용하여 그래핀을 증착하게 된다. 여기서 상기 그래핀은 단일층으로 형성될 수 있다. 이는 후술하는 금속나노입자와의 결합력을 강화하기 위한 것이다.Next, in the step of depositing graphene on a base substrate (S110), a copper substrate is prepared as the base substrate, and as shown in FIG. 2, thermal chemical vapor deposition on the copper substrate (Thermal Chemical Vapor Deposition: Graphene is deposited using a T-CVD method. Here, the graphene may be formed as a single layer. This is to strengthen the binding force with the metal nanoparticles described later.

그래핀 증착은 도 2에 도시된 그래핀 증착을 위한 열화학기상증착 방법의 개략도를 통해 자세히 설명된다.Graphene deposition is described in detail through a schematic diagram of a thermochemical vapor deposition method for graphene deposition shown in FIG. 2.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기판 상에 그래핀 증착을 위해 열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 챔버에 상기 베이스 기판을 장입하게 된다. 이후 상기 챔버의 내부온도가 600℃에 도달한 시점에서 순도 99.999%의 수소를 유입유량 60scccm이 유지되도록 하여 유입시키고, 상기 챔버의 압력을 0.3Torr로 유지한 상태에서 상기 챔버의 내부온도를 1000℃까지 승온시키고 20분간 유지시키게 된다. 이후 그래핀 증착을 위해서 메탄가스(CH4)와 수소가스(H2)의 비율을 2:1로 유지하고 상기 챔버의 압력을 0.45Torr로 하여 5분 동안 유지하게 되면, 상기 베이스 기판 상에 그래핀이 증착되게 된다. 이후 상기 챔버 내부의 가스 공급 및 가열을 멈추고 상기 챔버를 냉각시키면, 그래핀 증착 과정이 완료되게 된다. 상기 그래핀 증착 과정은 하나의 예에 불과하며, 통상의 기술자에게 잘 알려진 다양한 방법으로 그래핀 증착이 가능하다.As shown in FIG. 2, the base substrate is loaded in a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) chamber for graphene deposition on the base substrate. Thereafter, when the internal temperature of the chamber reaches 600° C., 99.999% purity hydrogen is introduced to maintain the inlet flow rate of 60 sccccm, and the internal temperature of the chamber is 1000° C. while maintaining the pressure of the chamber at 0.3 Torr. It is heated up to 20 minutes. Then, for the deposition of graphene, when the ratio of methane gas (CH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) is maintained at 2:1 and the pressure in the chamber is maintained at 0.45 Torr for 5 minutes, graphene is deposited on the base substrate. The pin will be deposited. Then, when the gas supply and heating inside the chamber is stopped and the chamber is cooled, the graphene deposition process is completed. The graphene deposition process is only one example, and graphene deposition may be performed by various methods well known to those skilled in the art.

다음으로, 플라즈마를 이용한 표면처리를 하여 상기 그래핀의 표면을 개질하는 단계(S120)에서는 질소의 단일가스 또는 질소가 포함된 적어도 2가지 종류의 혼합가스를 이용하여 플라즈마를 형성하고, 이러한 플라즈마를 이용하여 상기 그래핀에 대한 표면처리가 수행될 수 있다.Next, in the step of modifying the surface of the graphene by performing a surface treatment using plasma (S120), a plasma is formed using a single gas of nitrogen or at least two kinds of mixed gas containing nitrogen, and the plasma is generated. The surface treatment for the graphene may be performed by using.

상기 플라즈마를 이용한 표면처리는 대기압 플라즈마 발생 장치, 유도결합 플라즈마(ICP)장치, 반응성 이온 식각(RIE)장치, 화학적 이온 빔 식각(CAIBE)장치, 반응성 이온 빔 식각(RIBE)장치, 전자공명 플라즈마(ECR)장치 중에서 선택된 어느 하나의 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 도 3에는 플라즈마 표면처리를 위한 장치의 예로 유도결합 플라즈마(ICP)장치가 개략적으로 도시되어 있다.The surface treatment using the plasma is an atmospheric pressure plasma generating device, an inductively coupled plasma (ICP) device, a reactive ion etching (RIE) device, a chemical ion beam etching (CAIBE) device, a reactive ion beam etching (RIBE) device, an electron resonance plasma ( ECR) device. FIG. 3 schematically shows an inductively coupled plasma (ICP) device as an example of a device for plasma surface treatment.

상기 플라즈마 표면처리가 유도결합 플라즈마(ICP)를 장치를 이용하여 수행되고, 질소 단일가스를 이용하여 플라즈마가 형성되는 경우를 예를 들면, 상기 그래핀에 대한 플라즈마를 이용한 표면처리는, 질소 100sccm을 챔버 내부에 주입하고 12W의 낮은 출력으로 플라즈마를 발생시켜 15분 이내로 플라즈마 표면처리가 수행될 수 있다. When the plasma surface treatment is performed using an inductively coupled plasma (ICP) device and a plasma is formed using a single nitrogen gas, for example, surface treatment using plasma for the graphene is 100 sccm nitrogen. Plasma surface treatment can be performed within 15 minutes by injecting into the chamber and generating plasma with a low power of 12W.

상술한 바와 같이 상기 베이스 기판 상에 증착된 그래핀에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하게 되면, 그래핀 표면 화학반응에 따라 그래핀 표면이 개질되며 그래핀 증착층은 질소 도핑에 밴드갭이 형성되고 이에 따라 n-type 도핑된 그래핀의 특성을 가지게 된다. When the plasma surface treatment is performed on the graphene deposited on the base substrate as described above, the graphene surface is modified according to the graphene surface chemical reaction, and the graphene deposition layer is formed with a band gap in nitrogen doping. Therefore, it has the properties of n-type doped graphene.

이때 플라즈마를 위해 주입되는 가스의 유량, 플라즈마 세기, 플라즈마의 출력 등 플라즈마 표면처리 조건을 조절하여 플라즈마 표면처리가 가능한데, 이러한 플라즈마 표면처리 조건에 따라 후술하는 공정에서 그래핀에 결합되는 금속 나노입자의 밀도와 형상이 달라지게 된다. 이에 따라 플라즈마 표면처리 조건을 조절하여 금속 나노입자의 밀도나 형상을 제어하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 상기 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 상기 금속 나노입자의 밀도가 증가됨을 실험을 통해 확인할 수 있었다. At this time, the plasma surface treatment conditions such as the flow rate of the gas injected for the plasma, the plasma intensity, and the output of the plasma can be controlled, and according to the plasma surface treatment conditions, the metal nanoparticles bound to graphene in the process described below Density and shape will change. Accordingly, it is possible to control the density or shape of the metal nanoparticles by adjusting the plasma surface treatment conditions. For example, it has been confirmed through experiments that the density of the metal nanoparticles increases as the plasma surface treatment time increases.

그래핀 표면에 금속 나노입자를 직접 성장시켜 금속 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체를 얻는 방법은 금속 나노입자와 그래핀 사이의 결합력이 높고 계면 전하 이동이 상대적으로 우수하여 전기화학 촉매 응용 등에 유리하기 때문에 많이 사용되고 있다. 그러나 종래의 경우에는, 그래핀이 분산된 용액 상에 금속 이온을 화학, 열, 전기화학적 방법 등으로 환원하여 그래핀의 표면에 금속 나노입자를 성장 시키는 방법이 이용되었고, 이 경우는 소수성인 그래핀 표면에 금속 나노입자 핵생성을 유도하는 방법은 매우 어려운 문제점이 있다. The method of obtaining the metal nanoparticle-graphene hybrid structure by directly growing the metal nanoparticles on the graphene surface is advantageous in electrochemical catalyst applications due to high binding force between the metal nanoparticles and graphene and relatively excellent interfacial charge transfer. It is used a lot. However, in the conventional case, a method of growing metal nanoparticles on the surface of graphene by reducing metal ions on a solution in which graphene is dispersed by chemical, thermal, or electrochemical methods was used. In this case, hydrophobic graphene is used. The method of inducing nucleation of metal nanoparticles on a fin surface has a very difficult problem.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)등의 구조유도체(shape-directing agents)를 사용하거나 산처리를 통하여 산소를 포함하는 작용기를 도입하여 그래핀 표면에 금속 나노입자의 핵생성 위치를 제공하는 등의 방법 등을 사용하여 왔다. 이 경우에도 구조유도체(shape-directing agents)를 사용한다는 측면에서 환경적 문제 및 계면 전하이동 감소 등의 문제점을 내포하고 있다. In order to solve this problem, conventionally, use of shape-directing agents such as stabilizing agents, reducing agents, surfactants, or functional groups containing oxygen through acid treatment Thus, methods such as providing nucleation sites of metal nanoparticles on the graphene surface have been used. In this case, it also poses problems such as environmental problems and reduced interfacial charge transfer in terms of using shape-directing agents.

본 발명에서는 이러한 문제점을 그래핀 상에 플라즈마 표면처리를 하는 방법을 통해 해결하고 있으며, 제조공정에서 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)를 전혀 사용하지 않아 친환경적이고 우수한 그래핀-금속 나노입자 하이브리드 구조체의 제조가 가능하게 된다. In the present invention, these problems are solved through a method of plasma surface treatment on graphene, and a structural derivative including stabilizing agents, reducing agents, and surfactants in the manufacturing process. It is possible to manufacture an eco-friendly and excellent graphene-metal nanoparticle hybrid structure by not using -directing agents at all.

다음으로, 상기 그래핀 상에 금속나노입자를 형성하는 단계에서는, 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 그래핀 증착 베이스 기판을 금속이온 수용액에 침지하여 금속이온 환원법을 이용하여 상기 그래핀 상에 금속나노입자를 형성하게 된다.Next, in the step of forming metal nanoparticles on the graphene, the metal nanoparticles on the graphene are immersed in a metal ion aqueous solution by immersing the graphene deposition base substrate on which the plasma surface treatment has been performed. To form.

여기서 금속이온 수용액은 5mM 농도의 98% 질산은 수용액이 이용될 수 있다. 이에 따라, 금속나노입자 형성은, 상온에서 5mM의 농도의 98% 질산은 용액에, 상술한 그래핀에 대한 플라즈마 표면처리가 수행된 베이스 기판을 1분 이내로 침지하여, 상기 그래핀 상에 은 나노입자를 성장시켜, 상기 그래핀 상에 금속나노입자가 결합된 하이브리드 구조체를 제조하게 된다. Here, as the aqueous metal ion solution, an aqueous 98% silver nitrate solution having a concentration of 5 mM may be used. Accordingly, the formation of metal nanoparticles is performed by immersing the base substrate in which plasma surface treatment for the above-described graphene is performed in less than 1 minute in a 98% silver nitrate solution at a concentration of 5 mM at room temperature, and the silver nanoparticles are formed on the graphene. By growing, to produce a hybrid structure in which metal nanoparticles are bonded on the graphene.

질산은 용액을 이용한 금속이온 환원법을 이용하여, 상기 구리기판 상에 증착된 그래핀 표면에 은 나노입자(금속 나노입자)를 성장시켜 결합시키는 결합 메커니즘은 다음과 같이 설명된다. 구리(Cu2 +/Cu)의 산화-환원 전위(redox potential)는 "0.34V"로 은(Ag+/Ag)의 산화-환원 전위(redox potential)인 "0.8V" 보다 낮기 때문에, 은 이온은 구리 접촉시 은 입자 형태로 자발적으로 환원되고 구리는 산화되게 된다. Using a metal ion reduction method using a silver nitrate solution, a bonding mechanism for growing and bonding silver nanoparticles (metal nanoparticles) on the graphene surface deposited on the copper substrate is described as follows. Since the redox potential of copper (Cu 2 + /Cu) is “0.34V”, it is lower than the redox potential of silver (Ag + /Ag), “0.8V”, so silver ions Upon contact with silver copper, it is spontaneously reduced to the form of silver particles and copper is oxidized.

이때의 은 석출물의 형태 및 종류는 농도, 용액 종류, 온도 등에 따라 달라질 수 있다. 종래의 경우에는, 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)의 사용을 통하여 제어하여 왔다. The shape and type of the silver precipitate at this time may vary depending on the concentration, solution type, temperature, and the like. In the conventional case, it has been controlled through the use of shape-directing agents including stabilizing agents, reducing agents, surfactants, and the like.

금속이온 환원법은 금속 이온을 환원제를 이용하여 환원시키면 환원된 금속 원자들이 서로 모여 금속 나노 입자를 형성하는 현상을 이용하는 것으로 환원제 및 구조유도체(shape-directing agents)의 특성에 따라 크기, 모양, 결정구조 등이 제어되게 된다. 하지만 이러한 환원제의 사용은 금속입자 형성 후에 완벽한 제거가 어렵고 금속나노 입자표면에 기능기 또는 불순물으로 작용하여 금속나노입자의 고유의 특성을 저해하는 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있다. 더불어 이러한 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)의 사용은 공정 이후에 환경적인 문제를 초래하는 등의 문제점을 내포하고 있다. The metal ion reduction method utilizes a phenomenon in which the reduced metal atoms gather together to form metal nanoparticles when the metal ion is reduced using a reducing agent. Size, shape, and crystal structure depend on the characteristics of the reducing agent and shape-directing agents. The back is controlled. However, the use of such a reducing agent has a problem in that it is difficult to completely remove the metal particles after formation, and acts as a functional group or an impurity on the surface of the metal nanoparticles, thereby acting as a factor inhibiting the inherent properties of the metal nanoparticles. In addition, the use of shape-directing agents, including stabilizing agents, reducing agents, and surfactants, poses problems such as causing environmental problems after processing. have.

하지만 본 발명에서는 일체의 구조유도체(shape-directing agents)를 사용하지 않고 플라즈마 표면처리에 따른 금속 이온 환원방법으로 상온에서 5mM의 농도의 질산은(98%) 용액에서 표면처리된 그래핀/구리 기판을 1 분이내 침지하여 그래핀 표면 상에 은 나노 입자의 자발적인 석출을 유도하는 방식이 이용되고 있어, 상술한 문제점에 대한 해결이 가능한 장점이 있다.However, in the present invention, a graphene/copper substrate surface-treated in a solution of silver nitrate (98%) at a concentration of 5 mM at room temperature by a metal ion reduction method according to plasma surface treatment without using any shape-directing agents is used. A method of inducing spontaneous precipitation of silver nanoparticles on a graphene surface by immersion within 1 minute is used, and thus, there is an advantage capable of solving the above-mentioned problems.

이하의 설명은 플라즈마 표면처리와 이에 따른 금속 나노입자의 밀도나 형상 등의 상관관계 및 본 발명에 따라 제조된 금속나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구체의 특성을 알아보기 위해 진행된 실험결과를 나타낸 것으로 이는 도 4 내지 도 7을 통해 설명된다. The following description shows the results of experiments conducted to investigate the correlation between the plasma surface treatment and the density or shape of the metal nanoparticles, and the properties of the graphene hybrid spheres combined with the metal nanoparticles prepared according to the present invention. This is explained through FIGS. 4 to 7.

도 4는 구리 기판 상에 증착된 그래핀에 결합된 금속나노입자의 전자현미경(SEM)사진들을 나타낸 것이다. 도 4의 (a)는 플라즈마 표면처리를 수행하지 않은 상태에서 그래핀 표면에 금속나노입자가 결합된 금속나노입자의 전자현미경(SEM)사진이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 일부 확대도이고, 도 4의 (c)는 본 발명에 따라 질소 플라즈마 표면처리가 수행된 이후 금속이온 환원법을 이용하여 그래핀 표면에 결합된 은 나노입자의 전자현미경(SEM)사진이고, 도 4의 (d)는 도 4의 (c)의 일부 확대도이다.FIG. 4 shows electron microscope (SEM) pictures of metal nanoparticles bound to graphene deposited on a copper substrate. FIG. 4(a) is an electron microscope (SEM) photograph of metal nanoparticles in which metal nanoparticles are bonded to a graphene surface without plasma surface treatment, and FIG. 4(b) shows FIG. 4(a). ) Is a partially enlarged view, and (c) of FIG. 4 is an electron microscope (SEM) photograph of silver nanoparticles bound to the graphene surface using a metal ion reduction method after nitrogen plasma surface treatment is performed according to the present invention, FIG. 4(d) is a partially enlarged view of FIG. 4(c).

도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 플라즈마 표면처리 없이 그래핀 표면에 은 나노입자가 결합되는 경우, 은 나노입자가 조대화한 수지상(dendrite) 구조를 가지고 있으며, 금속나노입자가 불규칙하게 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 대략적인 스케일은 마이크로미터 크기로 상대적으로 큰 사이즈를 가짐을 알 수 있으며, 100nm 미만의 은 나노 입자는 관찰되지 않음을 알 수 있다. As shown in (a) and (b) of FIG. 4, when silver nanoparticles are bonded to the graphene surface without plasma surface treatment, it has a dendrite structure in which silver nanoparticles are coarsened, and metal nano It can be seen that the particles are irregularly formed. In addition, it can be seen that the approximate scale has a relatively large size in a micrometer size, and silver nanoparticles less than 100 nm are not observed.

이는 그래핀의 결함 부위에 노출된 구리기판 표면 상에 은 이온이 무전해 증착되어 은의 핵생성이 일어나고, 또한 국소 부위에 은 이온의 과포화 상태로 인하여 수지상 구조가 형성된 것으로 판단된다.It is judged that silver ions are electrolessly deposited on the surface of the copper substrate exposed to the defect sites of graphene to generate nucleation of silver, and also to form a dendritic structure due to the supersaturation of silver ions at local sites.

반면에 도 4의 (c), (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 그래핀 표면에 금속나노입자가 결합되는 경우, 즉 질소 플라즈마 표면처리를 수행한 그래핀 표면의에 결합된 은 나노입자는 높은 밀도로 균일함을 알 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 4 (c), (d), when the metal nanoparticles are bonded to the graphene surface according to the present invention, that is, the silver bound to the surface of the graphene subjected to nitrogen plasma surface treatment It can be seen that the nanoparticles are uniform with high density.

질소 플라즈마 처리한 그래핀 표면위의 은 나노입자의 생성은, 앞서 설명한 바와 같이 용액 상에서 비활성 표면을 가지며 소수성인 그래핀 표면에 금속 나노입자 핵생성을 유도하는 방법은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 더불어 은 입자의 경우 그래핀 표면 위에 흡착 에너지(adsortion energy)가 0.51kacl/mol 로 매우 낮기 때문에 일반적으로 핵성장이 일어나지 않는다. It is known that the method of inducing nucleation of metal nanoparticles on a hydrophobic graphene surface having an inert surface in a solution as described above is very difficult to produce silver nanoparticles on the graphene surface treated with nitrogen plasma. In addition, in the case of silver particles, since the adsorption energy on the graphene surface is very low at 0.51kacl/mol, nuclear growth does not generally occur.

하지만 본 발명의 경우와 같이, 질소 플라즈마로 표면 처리한 그래핀의 경우 C-N 결합구조가 그래핀 표면에 친수성 작용기로 작용하여 은 입자의 흡착을 용이하게 하여 결합력이 강화되고, 그래핀 표면에 균일한 은 나노 입자의 핵생성을 가능하게 한다. However, as in the case of the present invention, in the case of graphene surface-treated with nitrogen plasma, the CN bonding structure acts as a hydrophilic functional group on the graphene surface, thereby facilitating adsorption of silver particles, thereby strengthening the binding force, and uniforming the graphene surface It enables nucleation of silver nanoparticles.

이와 같이, 본 발명에 따라 질소 플라즈마 표면처리를 수행한 그래핀 표면에 결합된 은나노입자는 높은 밀도로 균일하며, 100nm 이하의 사이즈를 가지게 됨을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the silver nanoparticles bound to the graphene surface subjected to nitrogen plasma surface treatment according to the present invention are uniform at a high density and have a size of 100 nm or less.

즉, 플라즈마 표면처리를 수행함에 의해 후속공정에서 결합되는 금속나노입자가 높은 밀도를 가지고 균일하며, 100nm 이하의 사이즈를 가지게 됨을 알 수 있다.That is, it can be seen that by performing the plasma surface treatment, the metal nanoparticles bonded in a subsequent process have a high density and are uniform, and have a size of 100 nm or less.

본 발명에서, 플라즈마를 위해 주입되는 가스의 유량, 플라즈마 세기, 플라즈마의 출력 등 플라즈마 표면처리 조건을 조절하여 플라즈마 표면처리가 가능한데, 이러한 플라즈마 표면처리 조건에 따라 후술하는 금속이온 환원법을 통해 그래핀에 결합되는 금속 나노입자의 밀도와 형상이 달라지게 됨을 설명한 바 있다. 이에 따라 플라즈마 표면처리 조건을 조절하여 금속 나노입자의 밀도나 형상을 제어하는 것이 가능하게 된다. 이는 도 5 및 도 6을 통해 설명한다.In the present invention, plasma surface treatment is possible by adjusting plasma surface treatment conditions such as flow rate of gas injected for plasma, plasma intensity, plasma output, and the like, to the graphene through a metal ion reduction method described later according to the plasma surface treatment conditions. It has been described that the density and shape of the metal nanoparticles to be combined are changed. Accordingly, it is possible to control the density or shape of the metal nanoparticles by adjusting the plasma surface treatment conditions. This is explained through FIGS. 5 and 6.

도 5는 플라즈마 표면처리 시간에 따른 금속나노입자 생성 분포변화를 나타낸 전자현미경(SEM)사진들이다. 도 5의 (a)는 플라즈마 표면처리 시간이 2분인 경우, 도 5의 (b)는 플라즈마 표면처리 시간이 5분인 경우, 도 5의 (c)는 플라즈마 표면처리 시간이 10분인 경우, 도 5의 (d)는 플라즈마 표면처리 시간이 15분인 경우의 은 나노입자의 크기 및 밀도 분포 변화를 나타낸 것이다.5 is an electron microscope (SEM) pictures showing the distribution of metal nanoparticles generated by plasma surface treatment time. 5(a) shows that the plasma surface treatment time is 2 minutes, FIG. 5(b) shows that the plasma surface treatment time is 5 minutes, and FIG. 5(c) shows that the plasma surface treatment time is 10 minutes, and FIG. 5 (D) shows the change in size and density distribution of silver nanoparticles when the plasma surface treatment time is 15 minutes.

도 5에 도시된 바와 같이, 구리기판 위의 그래핀 표면에 질소 플라즈마 처리 시간이 증가함에 따라 이후 질산은 용액을 이용한 금속이온환법에 의해 생성되는 은 나노입자의 밀도가 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 질소 플라즈마 처리 시간이 증가함에 따라 그래핀 표면 전 면적에 균일하게 은 나노입자가 생성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, it can be seen that as the nitrogen plasma treatment time increases on the graphene surface on the copper substrate, the density of silver nanoparticles generated by the metal ion ring method using silver nitrate solution increases. In addition, it can be seen that silver nanoparticles are uniformly formed over the entire surface of the graphene as the nitrogen plasma treatment time increases.

하지만 이러한 조건을 벗어나는 경우에는 플라즈마 데미지(damage)에 의한 구리 기판 노출로 인한 수지상의 조대화된 은 나노입자가 형성되는 문제점이 발생되었다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 질소 플라즈마 처리 조건은 12W의 낮은 출력 조건에서 15분 이내의 표면 처리가 바람직함을 알게 되었다.However, when it is outside these conditions, a problem arises that dendritic coarsened silver nanoparticles are formed due to exposure to the copper substrate by plasma damage. Accordingly, the preferred embodiment of the present invention has been found that the nitrogen plasma treatment condition is preferably a surface treatment within 15 minutes at a low output condition of 12W.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 질소 플라즈마 처리를 12W의 낮은 출력 조건, 15분 이내, 상온에서의 질산은 용액으로부터 금속이온환원법에 의한 은 나노 입자 석출시 질산은 용액의 몰농도 5mM 및 1분 이내의 석출시간(침지시간)임을 알 수 있다. 이 경우 그래핀에 결합되는 은 나노입자는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 높은 밀도를 가지고 균일하며, 100nm 이하의 사이즈를 가지게 된다. As described above, a preferred embodiment of the present invention is a nitrogen plasma treatment at a low output condition of 12W, within 15 minutes, at a room temperature, the silver nitrate solution precipitates silver nanoparticles from the silver nitrate solution at a metal ion reduction method of 5 mM and It can be seen that the precipitation time (immersion time) within 1 minute. In this case, the silver nanoparticles bound to the graphene are uniform with a high density as shown in FIG. 5(d) and have a size of 100 nm or less.

이를 입증하기 위해 여러 가지 조건을 변화시키면서 금속나노입자의 생성변화를 살펴보았다. 이를 도 6에 나타내었다.In order to prove this, we examined changes in the production of metal nanoparticles while changing various conditions. This is shown in FIG. 6.

도 6은 각 조건 변화에 따라 달라지는 금속나노입자 생성변화를 나타낸 전자현미경(SEM)사진들이다. 도 6의 (a)는 질산은(98%) 용액의 몰농도를 5mM에서 10mM로 증가시킨 경우, 도 6의 (b)는 금속이온 환원법 적용시 나노입자 석출시간 즉 질산은 용액에 구리기판을 침지하는 시간을 1분에서 5분으로 증가시킨 경우, 도 6의 (c)는 플라즈마 표면처리시 질소 플라즈마 출력을 12W에서 50W로 증가시킨 경우, 도 6의 (d)는 질소 플라즈마 표면처리시간을 15분 이내에서 20분으로 증가시킨 경우에 생성된 은 나노입자의 전자현미경(SEM)사진들이다.FIG. 6 is an electron microscope (SEM) photograph showing changes in metal nanoparticle production depending on changes in each condition. FIG. 6(a) shows that when the molar concentration of the silver nitrate (98%) solution is increased from 5 mM to 10 mM, FIG. 6(b) shows the precipitation time of the nanoparticles when the metal ion reduction method is applied, i. When the time is increased from 1 minute to 5 minutes, FIG. 6(c) increases the nitrogen plasma output from 12W to 50W during plasma surface treatment, and FIG. 6(d) increases the nitrogen plasma surface treatment time by 15 minutes. Electron microscopy (SEM) pictures of the silver nanoparticles generated when increased to within 20 minutes.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조건을 벗어나는 경우, 은 나노입자의 생성이 불균일하거나 판상 또는 수지상으로 은 나노입자가 생성됨을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 나노 입자의 성장 형태 및 종류, 밀도는 금속이온 수용액농도, 수용액의 종류, 온도, 플라즈마 표면처리 조건에 따라 달라질 수 있기 때문이다.As shown in FIG. 6, it can be seen that when the conditions according to the preferred embodiment of the present invention are deviated, the production of silver nanoparticles is non-uniform or the silver nanoparticles are generated in a plate shape or a resin shape. This is because, as described above, the growth type, type, and density of the nanoparticles may vary depending on the concentration of the metal ion aqueous solution, the type of the aqueous solution, temperature, and plasma surface treatment conditions.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자- 그래핀 하이브리드 구조체의 특성을 나타낸 그래프들이다.7 are graphs showing properties of a metal nanoparticle-graphene hybrid structure prepared according to the present invention.

도 7의 (a)는 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체(Ag deposited on N-Gr/Cu)와, 구리기판위에 은 나노입자만을 생성한 구조체(Ag deposited on Cu)의 R6G(Rhodamine 6G)를 이용한 라만(Raman) 측정 세기 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (b)는 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체에서의 R6G의 몰농도에 따른 라만(Raman) 측정 세기 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (c)는 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체에서의 Raman shift 611(cm-1) 에서의 R6G 몰농도에 따른 라만(Raman) 측정세기 변화를 나타낸 그래프이다.7 (a) is a silver nanoparticle-graphene hybrid structure (Ag deposited on N-Gr/Cu) prepared according to the present invention, and a structure on which only silver nanoparticles are formed on a copper substrate (Ag deposited on Cu) It is a graph showing the change in Raman measurement intensity using R6G (Rhodamine 6G), and FIG. 7(b) shows Raman according to the molar concentration of R6G in the silver nanoparticle-graphene hybrid structure prepared according to the present invention ( Raman) is a graph showing the change in measurement intensity, and FIG. 7(c) shows the Raman (Rman) according to the molar concentration of R6G at Raman shift 611 (cm -1 ) in the silver nanoparticle-graphene hybrid structure prepared according to the present invention. Raman) It is a graph showing the change in measurement intensity.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체의 표면증강라만산란(surface-enhanced Raman Scattering :SERS) 효과를 알아보기 위하여 일반적으로 많이 이용되는 R6G 10μM 몰농도 용액을 이용하여 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체(Ag deposited on N-Gr/Cu)와 일반적인 구리 기판위에 은 나노입자를 합성시킨 구조체(Ag deposited on Cu)의 라만(Raman) 측정 세기 변화를 나타낸 그래프를 살펴보면, R6G의 라만 강도는 본 발명에 따른 은나노입자-그래핀 하이브리드 구조체(Ag deposited on N-Gr/Cu)의 라만(Raman) 측정 강도가 일반적인 구리 기판위에 은 나노입자를 합성시킨 구조체(Ag deposited on Cu)에 비해 매우 높게 나타난 것을 알 수 있다. As shown in Figure 7 (a), the surface-enhanced Raman scattering (SERS) effect of the silver nanoparticle-graphene hybrid structure according to the present invention is commonly used to investigate the R6G 10μM Raman of silver nanoparticle-graphene hybrid structure (Ag deposited on N-Gr/Cu) prepared according to the present invention using a molar concentration solution and silver nanoparticle synthesis (Ag deposited on Cu) on a common copper substrate (Raman) Looking at the graph showing the change in the measurement intensity, the Raman strength of R6G is a silver nanoparticle-graphene hybrid structure according to the present invention (Ag deposited on N-Gr/Cu) Raman (Raman) measurement strength on a common copper substrate It can be seen that it appeared very high compared to the structure (Ag deposited on Cu) synthesized with silver nanoparticles.

또한 도 7의(b), (c)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자-그래핀 하이브리드 구조체의 R6G의 몰농도를 변화시켜 라만 측정 강도 변화를 알아본 결과에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 은나노입자-그래핀 하이브리드 구조체의 R6G 라만 측정 검출한계는 대략 10nM 정도로 나타나며, R6G의 농도 변화에 선형적인 라만측정 강도 변화 결과가 도출됨을 알 수 있다.In addition, as shown in Fig. 7 (b), (c), according to the results of examining the Raman measurement intensity change by changing the molar concentration of R6G of the silver nanoparticle-graphene hybrid structure prepared according to the present invention, The detection limit of R6G Raman measurement of the silver nanoparticle-graphene hybrid structure prepared according to the present invention is approximately 10 nM, and it can be seen that a linear Raman measurement intensity change result is derived from the concentration change of R6G.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)등을 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)를 사용함이 없이 친환경적으로 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조가 가능하고, 그래핀 표면에 대한 플라즈마 표면처리를 통하여 은 나노입자의 모양 및 크기 밀도를 용이하게 제어할 수 있다. As described above, according to the present invention, nanoparticles are environmentally friendly without using shape-directing agents including stabilizing agents, reducing agents, surfactants, etc. The prepared graphene hybrid structure can be manufactured, and the shape and size density of silver nanoparticles can be easily controlled through plasma surface treatment on the graphene surface.

또한, 은나노 입자 성장시 금속 이온 환원제등의 사용을 배제함으로써 계면활성제와 산처리등의 공정에 의한 금속 나노입자-그래핀 계면에서의 고유의 특성 저하를 방지하고 환경적으로 유해한 구조유도체(shape-directing agents) 사용을 줄임으로써 이러한 용액 사용 후 후처리에 따른 환경적 경제적 비용을 줄일 수 있게 된다. In addition, by excluding the use of metal ion-reducing agents during the growth of silver nanoparticles, it prevents degradation of intrinsic properties at the metal nanoparticle-graphene interface by processes such as surfactants and acid treatments, and environmentally harmful structure derivatives (shape- By reducing the use of directing agents, it is possible to reduce the environmental and economic costs associated with post-treatment of these solutions.

또한, 본 발명에 따른 금속나노입자-그래핀 하이드리드 구조체는 종래의 경우보다 금속 나노입자와 그래핀 사이의 결합력이 높아 계면 전하 이동이 상대적으로 우수하여 전기화학 촉매 응용에서 유리할 수 있다. In addition, the metal nanoparticle-graphene hydride structure according to the present invention has a higher bonding force between the metal nanoparticles and graphene than the conventional case, and thus has excellent interface charge transfer, which may be advantageous in electrochemical catalyst applications.

또한, 플라즈몬(Plasmonics) 응용분야 및 분자 검출에 사용되는 센싱 분야 등에 활용가능 하며 표면증강라만산란 (surface-enhanced Raman Scattering :SERS) 기반의 바이오 센싱 및 바이오 이미지 측정 및 광촉매 등에 적용할 수 있다는 장점이 있다. In addition, it can be applied to Plasmonics applications and sensing fields used for molecular detection, and has the advantage of being applicable to bio-sensing based on surface-enhanced Raman Scattering (SERS) and bio-image measurement and photocatalyst. have.

지금까지, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.So far, the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments for illustrating the principles of the present invention, but the present invention is not limited to the configuration and operation as described and described as such. Rather, it will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains that many changes and modifications to the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims.

Claims (18)

나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법에 있어서,
베이스 기판 상에 그래핀을 증착하는 제1단계와;
베이스 기판 상에 증착된 그래핀에 대하여 플라즈마를 이용한 표면처리를 하여 상기 그래핀의 표면을 개질하는 제2단계와;
상기 플라즈마 표면처리가 수행된 그래핀 증착 베이스 기판을 금속이온 수용액에 침지하여 금속이온 환원법을 이용하여 상기 그래핀 상에 금속나노입자를 형성하는 제3단계;를 구비함을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
In the manufacturing method of the graphene hybrid structure is nanoparticles coupled,
A first step of depositing graphene on the base substrate;
A second step of modifying the surface of the graphene by subjecting the graphene deposited on the base substrate to a surface treatment using plasma;
Nanoparticles characterized by having; a third step of forming a metal nanoparticles on the graphene by immersing the graphene deposition base substrate on which the plasma surface treatment has been performed in a metal ion aqueous solution using a metal ion reduction method Method for manufacturing a combined graphene hybrid structure.
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 분산안정제(stabilizing agents), 환원제(reducing agents), 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 구조유도체(shape-directing agents)가 사용되지 않음을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the second step or the third step, nano-particles characterized in that no shape-directing agents including stabilizing agents, reducing agents, and surfactants are used. Preparation method of a combined graphene hybrid structure.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 베이스 기판은 구리 기판이고, 상기 제1단계에서 상기 그래핀은 단일층으로 형성됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 1 or claim 2,
The base substrate is a copper substrate, the method of manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, characterized in that the graphene is formed as a single layer in the first step.
청구항 3에 있어서,
상기 그래핀은 열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 방법을 이용하여 증착됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 3,
The graphene is a method of manufacturing a nanoparticle-coupled graphene hybrid structure, characterized in that it is deposited using a thermal chemical vapor deposition (Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) method.
청구항 4에 있어서,
상기 제1단계는,
열화학기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition: T-CVD) 챔버에 상기 베이스 기판을 장입하는 단계와;
상기 챔버의 내부온도가 600℃에 도달한 시점에서 순도 99.999%의 수소를 유입유량 60scccm이 유지되도록 하여 유입시키고, 상기 챔버의 압력을 0.3Torr로 유지한 상태에서 상기 챔버의 내부온도를 1000℃까지 승온시키고 20분간 유지시키는 단계와;
그래핀 증착을 위해서 메탄가스(CH4)와 수소가스(H2)의 비율을 2:1로 유지하고 상기 챔버의 압력을 0.45Torr로 하여 5분 동안 유지하는 단계와;
상기 챔버 내부의 가스 공급 및 가열을 멈추고 상기 챔버를 냉각시켜 상기 베이스 기판 상에 열화학기상 증착법을 이용한 그래핀 증착을 완료하는 단계;를 구비함을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 4,
The first step,
Loading the base substrate in a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) chamber;
When the internal temperature of the chamber reaches 600° C., hydrogen having a purity of 99.999% is maintained at an inlet flow rate of 60 sccccm, and the internal temperature of the chamber is maintained at 1000° C. while maintaining the pressure of the chamber at 0.3 Torr. Heating and maintaining for 20 minutes;
Maintaining the ratio of methane gas (CH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) at 2:1 for graphene deposition and maintaining the pressure of the chamber at 0.45 Torr for 5 minutes;
Stopping the supply and heating of the gas inside the chamber and cooling the chamber to complete graphene deposition using a thermochemical vapor deposition method on the base substrate; of the nanoparticle-coupled graphene hybrid structure comprising Manufacturing method.
청구항 5에 있어서,
상기 그래핀의 증착을 위한 상기 메탄가스(CH4)와 상기 수소가스(H2)의 유입유량은 50sccm : 25sccm 임을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 5,
A method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, characterized in that the flow rate of the methane gas (CH 4 ) and the hydrogen gas (H 2 ) for the deposition of the graphene is 50 sccm: 25 sccm.
청구항 4에 있어서,
상기 제2단계는 질소의 단일가스 또는 질소가 포함된 적어도 2가지 종류의 혼합가스를 이용한 플라즈마를 이용하여 상기 그래핀에 대한 표면처리가 수행됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 4,
In the second step, a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined is characterized in that surface treatment is performed on the graphene using a single gas of nitrogen or plasma using at least two kinds of mixed gas containing nitrogen. Manufacturing method.
청구항 7에 있어서,
상기 플라즈마를 이용한 표면처리는 대기압 플라즈마 발생 장치, 유도결합 플라즈마(ICP)장치, 반응성 이온 식각(RIE)장치, 화학적 이온 빔 식각(CAIBE)장치, 반응성 이온 빔 식각(RIBE)장치, 전자공명 플라즈마(ECR)장치 중에서 선택된 어느 하나의 장치를 이용하여 수행됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 7,
The surface treatment using the plasma is an atmospheric pressure plasma generating device, an inductively coupled plasma (ICP) device, a reactive ion etching (RIE) device, a chemical ion beam etching (CAIBE) device, a reactive ion beam etching (RIBE) device, an electron resonance plasma ( ECR) method for manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, characterized in that it is performed using any one device selected from among devices.
청구항 7에 있어서,
상기 제2단계에서 플라즈마 표면처리는 유도결합 플라즈마(ICP)를 장치를 이용하여 수행되고, 질소 100sccm을 챔버 내부에 주입하고 12W의 낮은 출력으로 플라즈마를 발생시켜 15분 이내로 수행됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 7,
In the second step, the plasma surface treatment is performed using an inductively coupled plasma (ICP) device, injecting 100 sccm of nitrogen into the chamber and generating plasma with a low power of 12 W to perform nanoparticles within 15 minutes. Preparation method of a combined graphene hybrid structure.
청구항 7에 있어서,
상기 제1단계 이전에, 불산용액(HF)을 이용하여 상기 베이스 기판에 대한 산처리를 수행함에 의해 상기 베이스 기판 표면의 불순물 또는 자연산화막(native oxide)을 제거하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 7,
Before the first step, characterized in that it further comprises the step of removing impurities or native oxide on the surface of the base substrate by performing an acid treatment on the base substrate using a hydrofluoric acid solution (HF) Preparation method of graphene hybrid structure to which nanoparticles are bound.
청구항 7에 있어서,
상기 제3단계에서 상기 금속이온 수용액은 5mM 농도의 98% 질산은 수용액임을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 7,
In the third step, the metal ion aqueous solution is a method for producing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, characterized in that the aqueous solution of 98% silver nitrate at a concentration of 5 mM.
청구항 11에 있어서,
상기 제3단계는 상온에서 5mM의 농도의 98% 질산은 용액에 상기 제2단계를 거친 상기 그래핀이 증착된 상기 베이스 기판을 1분 이내로 침지하여, 상기 그래핀 상에 은 나노입자를 성장시키는 단계임을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 11,
In the third step, immersing the base substrate on which the graphene has been subjected to the second step in a solution of 98% silver nitrate at a concentration of 5 mM at room temperature within 1 minute to grow silver nanoparticles on the graphene. Method of manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, which is characterized in that.
청구항 11에 있어서,
상기 제3단계 이후에, 상기 그래핀 상에 금속나노입자가 결합된 구조체를 세정 및 건조하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 11,
After the third step, the method of manufacturing a nanoparticle-coupled graphene hybrid structure, characterized in that it further comprises the step of washing and drying the structure in which the metal nanoparticles are bound on the graphene.
청구항 13에 있어서,
상기 은 나노입자는 100nm 이하의 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 13,
The method of manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, wherein the silver nanoparticles have a size of 100 nm or less.
청구항 14에 있어서,
상기 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체는 바이오 센싱 또는 바이오 이미지 측정소자의 제조에 이용됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 14,
The nanoparticle-coupled graphene hybrid structure is a method of manufacturing a nanoparticle-coupled graphene hybrid structure, characterized in that it is used in the manufacture of bio-sensing or bio-image measuring devices.
청구항 14에 있어서,
상기 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체는 광촉매, 투명전도성 박막 또는 포토닉스 제조에 적용됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 14,
The nanoparticle-coupled graphene hybrid structure is a method for producing a nanoparticle-coupled graphene hybrid structure, characterized in that applied to the production of photocatalysts, transparent conductive thin films, or photonics.
청구항 14에 있어서,
상기 제3단계의 상기 금속 나노입자의 밀도는 상기 제2단계의 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 증가됨을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 14,
The method of manufacturing a graphene hybrid structure in which nanoparticles are combined, characterized in that the density of the metal nanoparticles in the third step is increased as the plasma surface treatment time in the second step is increased.
청구항 14에 있어서,
상기 제2단계의 플라즈마를 위해 주입되는 가스의 유량, 플라즈마 표면처리의 시간 및 플라즈마의 출력을 포함하는 플라즈마 표면처리 조건의 조절을 통하여, 상기 제3단계의 상기 금속 나노입자의 형상 및 밀도를 제어함을 특징으로 하는 나노입자가 결합된 그래핀 하이브리드 구조체의 제조방법.
The method according to claim 14,
Control the shape and density of the metal nanoparticles in the third step by adjusting the plasma surface treatment conditions including the flow rate of the gas injected for the plasma in the second step, the time of plasma surface treatment and the output of the plasma. Method of manufacturing a graphene hybrid structure is nanoparticles, characterized in that the combination.
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