그래핀 (Graphene)은 뛰어난 물리적/화학적 특성 때문에 다양한 응용 분야에 사용이 가능하다. 이를 적용하기 위해서는 경제적인 그래핀의 합성 과 응용 분야 적용 평가가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 화학적 박리법을 이용한 산화 그래핀 (Graphene Oxide; GO)과 환원 그래핀 (reduced Graphene Oxide; rGO)을 합성하였고, 합성된 ...
그래핀 (Graphene)은 뛰어난 물리적/화학적 특성 때문에 다양한 응용 분야에 사용이 가능하다. 이를 적용하기 위해서는 경제적인 그래핀의 합성 과 응용 분야 적용 평가가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 화학적 박리법을 이용한 산화 그래핀 (Graphene Oxide; GO)과 환원 그래핀 (reduced Graphene Oxide; rGO)을 합성하였고, 합성된 산화 그래핀과 환원 그래핀의 물성을 평가하였으며, 산화 그래핀을 표면개 질하여 분산에 유리한 화학적 표면개질 그래핀 (Chemical Surface Modified Graphene)을 합성할 수 있었다. Hummers법 (Modified Hummers' Method)을 이용하여 제조한 산화 그래핀은 탄소함량이 43∼46%, 산소함량은 42∼51% 범위였으며, 판상의 크기 (Lateral Size)는 1.0∼5.0 ㎛로 조절이 가능하였으며, 불순물인 황 (Sulfur; S)의 함량도 0.5∼2.7% 범위에서 조절이 가능함을 알 수 있었다. 환원 그래핀은 화학적 환원 (Chemical Reduction)과 열적 환원 (Thermal Reduction)을 하여 제조하였다. 제조된 환원 그래핀은 탄소함량 이 79∼91%, 산소함량이 2∼15%로 조절이 가능하였다. 표면개질된 그래핀은 그래프팅법 (Grafting)과 알킬레이션법 (Alkylation)을 사용하여 제조하였으며 제조된 제품은 탄소함량 72∼82%, 산소함량이 7∼14%였다. 그래프팅법이 사용된 그래핀은 에폭시에 분산이 용이하였고, 알킬레이션법으로 제조된 그래핀은 윤활유 오일에 분산이 유리 하였다. 그래핀 응용 평가는 에폭시에 분산하여 분산성을 평가하였으며, 기계적 강도 변화를 관찰하였다. 그래핀이 분산된 에폭시는 그래핀 입자를 눈으로 확인할 수 없을 정도로 분산이 우수하였으며, 그래핀 첨가량에 따라 기계적 강도인 인장 강도는 78.6 MPa에서 82.0 MPa로 4.1% 증가하였고 휨 강도 는 102.6 MPa에서 110.5 MPa로 7.7% 개선됨을 확인할 수 있었다. 마지막으로 자동차 엔진 윤활유에 알킬레이션법을 적용한 그래핀 분산 실험을 진행하였다. 판상의 그래핀을 분산하였을 때, 마찰계수는 0.106에서 0.070으로 34% 감소하였고, 마모흔은 489.24 ㎛에서 311.44 ㎛로 36% 감소 하였음을 4볼 테스트를 통해 확인할 수 있었다.
그래핀 (Graphene)은 뛰어난 물리적/화학적 특성 때문에 다양한 응용 분야에 사용이 가능하다. 이를 적용하기 위해서는 경제적인 그래핀의 합성 과 응용 분야 적용 평가가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 화학적 박리법을 이용한 산화 그래핀 (Graphene Oxide; GO)과 환원 그래핀 (reduced Graphene Oxide; rGO)을 합성하였고, 합성된 산화 그래핀과 환원 그래핀의 물성을 평가하였으며, 산화 그래핀을 표면개 질하여 분산에 유리한 화학적 표면개질 그래핀 (Chemical Surface Modified Graphene)을 합성할 수 있었다. Hummers법 (Modified Hummers' Method)을 이용하여 제조한 산화 그래핀은 탄소함량이 43∼46%, 산소함량은 42∼51% 범위였으며, 판상의 크기 (Lateral Size)는 1.0∼5.0 ㎛로 조절이 가능하였으며, 불순물인 황 (Sulfur; S)의 함량도 0.5∼2.7% 범위에서 조절이 가능함을 알 수 있었다. 환원 그래핀은 화학적 환원 (Chemical Reduction)과 열적 환원 (Thermal Reduction)을 하여 제조하였다. 제조된 환원 그래핀은 탄소함량 이 79∼91%, 산소함량이 2∼15%로 조절이 가능하였다. 표면개질된 그래핀은 그래프팅법 (Grafting)과 알킬레이션법 (Alkylation)을 사용하여 제조하였으며 제조된 제품은 탄소함량 72∼82%, 산소함량이 7∼14%였다. 그래프팅법이 사용된 그래핀은 에폭시에 분산이 용이하였고, 알킬레이션법으로 제조된 그래핀은 윤활유 오일에 분산이 유리 하였다. 그래핀 응용 평가는 에폭시에 분산하여 분산성을 평가하였으며, 기계적 강도 변화를 관찰하였다. 그래핀이 분산된 에폭시는 그래핀 입자를 눈으로 확인할 수 없을 정도로 분산이 우수하였으며, 그래핀 첨가량에 따라 기계적 강도인 인장 강도는 78.6 MPa에서 82.0 MPa로 4.1% 증가하였고 휨 강도 는 102.6 MPa에서 110.5 MPa로 7.7% 개선됨을 확인할 수 있었다. 마지막으로 자동차 엔진 윤활유에 알킬레이션법을 적용한 그래핀 분산 실험을 진행하였다. 판상의 그래핀을 분산하였을 때, 마찰계수는 0.106에서 0.070으로 34% 감소하였고, 마모흔은 489.24 ㎛에서 311.44 ㎛로 36% 감소 하였음을 4볼 테스트를 통해 확인할 수 있었다.
Graphene has high applicability due to its physical/chemical properties. Economic graphene synthesis and graphene application should be considered before doing the study. In this study, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) was synthesized using chemical exfoliation. T...
Graphene has high applicability due to its physical/chemical properties. Economic graphene synthesis and graphene application should be considered before doing the study. In this study, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) was synthesized using chemical exfoliation. Through evaluating synthesized GO and rGO materials’ properties, chemical modified graphene was successfully synthesized by surface treatment to disperse well in the solvent. By using a modified Hummers’ method, GO had a carbon mass ratio of 43∼46% and an oxygen ratio of 42∼51%. GO’s lateral size was able to controllable between 1.0∼5.0 ㎛. Also, the procedure can control sulfur impurities between 0.5∼2.7%. rGO was synthesized through chemical reduction and thermal reduction. The product had a controllable carbon mass ratio between 79 ∼91% and an oxygen ratio of 2∼15%. Surface treated graphene was synthesized with grafting and alkylation, and the carbon mass ratio and oxygen ratio were 72∼82% and 7∼14%, respectively. Graphene synthesized by grafting was well dispersed in epoxy. Graphene synthesized with alkylation was favorable to dispersed in a lubricant. Graphene application evaluation was gone through observing dispersion test in epoxy and mechanical strength. Graphene dispersed in epoxy was successfully well dispersed that we can check with the naked eye. Also, epoxy with higher graphene content enhanced tensile strength and flexural strength. Lastly, the four-ball test was conducted for checking the friction and wear volume when epoxy dispersed with plate graphene, which was synthesized through the alkylation method.
Graphene has high applicability due to its physical/chemical properties. Economic graphene synthesis and graphene application should be considered before doing the study. In this study, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) was synthesized using chemical exfoliation. Through evaluating synthesized GO and rGO materials’ properties, chemical modified graphene was successfully synthesized by surface treatment to disperse well in the solvent. By using a modified Hummers’ method, GO had a carbon mass ratio of 43∼46% and an oxygen ratio of 42∼51%. GO’s lateral size was able to controllable between 1.0∼5.0 ㎛. Also, the procedure can control sulfur impurities between 0.5∼2.7%. rGO was synthesized through chemical reduction and thermal reduction. The product had a controllable carbon mass ratio between 79 ∼91% and an oxygen ratio of 2∼15%. Surface treated graphene was synthesized with grafting and alkylation, and the carbon mass ratio and oxygen ratio were 72∼82% and 7∼14%, respectively. Graphene synthesized by grafting was well dispersed in epoxy. Graphene synthesized with alkylation was favorable to dispersed in a lubricant. Graphene application evaluation was gone through observing dispersion test in epoxy and mechanical strength. Graphene dispersed in epoxy was successfully well dispersed that we can check with the naked eye. Also, epoxy with higher graphene content enhanced tensile strength and flexural strength. Lastly, the four-ball test was conducted for checking the friction and wear volume when epoxy dispersed with plate graphene, which was synthesized through the alkylation method.
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