Expanded graphite 산화물과 자성 나노입자의 복합화는 화학적 방법을 이용하였으며, Ni과 Co 나노입자를 사용하여 간단한 방법으로 자기적 특성을 가지는 graphite 산화물을 합성하였다. $H_2SO_4$에 $(NH_4)SO_4$을 첨가한 혼합 용액을 제조하여, natural graphite와 반응시키고, 1차 열처리하여 expanded graphite를 제조하였다. $1050^{\circ}C$에서 30초간 급속 2차 열처리와 화학적 산화 과정을 거쳐 expanded graphite oxide로 변화시킨 뒤에 $Ni(acac)_2$, $Co(acac)_3$과 화학적 반응을 통하여 Expanded graphite 산화물자성 나노입자 복합체를 제조하였다. 결정 구조 분석을 위하여 x-선 회절 측정을 수행하였으며, Raman 분광 측정으로 graphite 산화물의 층상 구조를 분석하였다. 미세구조 분석을 위하여 투과전자현미경 측정을 수행하였으며, 진동시료형 자화율측정기를 이용하여 복합체의 자기적 특성을 연구하였다. 이러한 연구 결과는 graphite 화합물과 자성 물질의 복합화를 위한 기저 기술로 활용될 수 있을 것이다.
Expanded graphite 산화물과 자성 나노입자의 복합화는 화학적 방법을 이용하였으며, Ni과 Co 나노입자를 사용하여 간단한 방법으로 자기적 특성을 가지는 graphite 산화물을 합성하였다. $H_2SO_4$에 $(NH_4)SO_4$을 첨가한 혼합 용액을 제조하여, natural graphite와 반응시키고, 1차 열처리하여 expanded graphite를 제조하였다. $1050^{\circ}C$에서 30초간 급속 2차 열처리와 화학적 산화 과정을 거쳐 expanded graphite oxide로 변화시킨 뒤에 $Ni(acac)_2$, $Co(acac)_3$과 화학적 반응을 통하여 Expanded graphite 산화물자성 나노입자 복합체를 제조하였다. 결정 구조 분석을 위하여 x-선 회절 측정을 수행하였으며, Raman 분광 측정으로 graphite 산화물의 층상 구조를 분석하였다. 미세구조 분석을 위하여 투과전자현미경 측정을 수행하였으며, 진동시료형 자화율측정기를 이용하여 복합체의 자기적 특성을 연구하였다. 이러한 연구 결과는 graphite 화합물과 자성 물질의 복합화를 위한 기저 기술로 활용될 수 있을 것이다.
The composites of expanded graphite oxide and magnetic nanoparticle (Ni and Co) were synthesized by using simple chemical method. From the raw material natural graphite, the expanded graphite was fabricated using sulfuric acid and $1^{st}$ heat treatment at $600^{\circ}C$ for 1...
The composites of expanded graphite oxide and magnetic nanoparticle (Ni and Co) were synthesized by using simple chemical method. From the raw material natural graphite, the expanded graphite was fabricated using sulfuric acid and $1^{st}$ heat treatment at $600^{\circ}C$ for 1 hour. The expanded graphite was changed to expanded graphite oxide by 2nd heat treatment at $1050^{\circ}C$ for 15 sec and chemical oxidation. The expanded graphite oxide/1-methyl-2-pyrrolidone solution reacts with the magnetic nanoparticle to form a magnetic graphite oxide composite. These graphite-based materials were characterized by x-ray diffractometer, Raman spectroscopy, transmission electron microscope, and vibration sample magnetometer. We expect that these results of this paper were become basis research of graphite oxide composite.
The composites of expanded graphite oxide and magnetic nanoparticle (Ni and Co) were synthesized by using simple chemical method. From the raw material natural graphite, the expanded graphite was fabricated using sulfuric acid and $1^{st}$ heat treatment at $600^{\circ}C$ for 1 hour. The expanded graphite was changed to expanded graphite oxide by 2nd heat treatment at $1050^{\circ}C$ for 15 sec and chemical oxidation. The expanded graphite oxide/1-methyl-2-pyrrolidone solution reacts with the magnetic nanoparticle to form a magnetic graphite oxide composite. These graphite-based materials were characterized by x-ray diffractometer, Raman spectroscopy, transmission electron microscope, and vibration sample magnetometer. We expect that these results of this paper were become basis research of graphite oxide composite.
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제안 방법
X-선 회절 결과와 Raman 분광측정 결과, 물리적인 방법에 비하여 결정성이 떨어지고 결함이 생기는 단점에도 불구하고, 상대적으로 간단하며 대량 생산이 가능한 방식으로 응용성이 높다고 판단된다. Co-MGO에 비하여 Ni-MGO가 우수한 자기적 특성을 보였으며, 두 복합체 모두 상온에서 약한 강자성 거동을 관찰하였다. 이러한 EGO와 MGO에 대한 연구 결과가, graphite 산화물과 여러 나노입자의 복합체 또는 graphene 복합체의 응용과 제조에 기여될 수 있을 것이라 판단된다.
EG는 물리적 또는 화학적 처리를 하거나, 혹은 동시에 사용하여 NG를 팽창시킨 것을 말한다. 가공된 EG를 재료로 사용하여 비교적 간단한 방법으로 expanded graphene oxide(EGO)의 물리적 장점과 자성 나노입자의 강자성 특성을 동시에 가지는 MGO를 합성하였으며, 결정학적 구조와 자기적 특성을 연구하였다.
따라서 본 연구에서는 화학적인 산화 방법으로 NG에서 GO를 제조하고, GO를 용액에 분산시킨 상태에서 Ni과 Co의 나노입자와 화학적 반응을 시킴으로써 자기적 특성을 가지는 복합체(magnetic graphene oxide; MGO)를 합성하였다. 성공적인 복합체 제조를 위하여, 원재료인 NG를 expanded graphite(EG)로 변화시켜 사용하였다.
시료의 결정학적 특성은 Cu-Kα(λ = 1.5406 Å) x-선 회절측정을 통하여 분석하였으며, Raman 분광 측정은 Ar-ionlaser(λ = 514.53 nm)을 사용하고 시료의 변성을 방지하기 위하여 0.05 mW의 출력으로 수행되었다.
열처리를 거친 EG g을 115ml의 H2SO4 용액(98 %)에 첨가하여 교반하면서 KMnO4 15g을 천천히 첨가하고 35℃에서 30분 동안 유지한 뒤에 230ml의 증류수를 첨가하였다.
05 mW의 출력으로 수행되었다. 투과전자현미경을 통하여 EGO와 자성 나노입자의 복합 상태를 확인하였고, 진동시료형 자화율측정기로 상온에서 자기이력곡선을 측정하여 처리 과정에 따른 자기적 특성 변화를 연구하였다.
화학적 처리 방법을 통하여, 비용이 저렴한 NG를 이용하여 다양하게 이용할 수 있는 EGO를 합성하였으며 Ni과 Co의 나노입자와 복합시켜 우수한 물리적 및 자기적 특성을 가지는 MGO를 제조하였다. X-선 회절 결과와 Raman 분광측정 결과, 물리적인 방법에 비하여 결정성이 떨어지고 결함이 생기는 단점에도 불구하고, 상대적으로 간단하며 대량 생산이 가능한 방식으로 응용성이 높다고 판단된다.
대상 데이터
따라서 본 연구에서는 화학적인 산화 방법으로 NG에서 GO를 제조하고, GO를 용액에 분산시킨 상태에서 Ni과 Co의 나노입자와 화학적 반응을 시킴으로써 자기적 특성을 가지는 복합체(magnetic graphene oxide; MGO)를 합성하였다. 성공적인 복합체 제조를 위하여, 원재료인 NG를 expanded graphite(EG)로 변화시켜 사용하였다. EG는 물리적 또는 화학적 처리를 하거나, 혹은 동시에 사용하여 NG를 팽창시킨 것을 말한다.
데이터처리
처리 단계에 따라 변화되는 시료의 결정학적 특성을 분석하기 위해서 x-선 회절 측정을 실시하였으며, Fig. 1에 그 결과를 나타내었다. 출발 물질인 NG의 회절 결과에서는 c-축방향의 성장에 의하여 ~26º 위치에서 강한 세기의 (002) 회절선을 볼 수 있으며, 화학적 처리에 따라 결함이 발생하므로 결정성이 감소하여 EGO와 MGO에서는 회절선의 세기가 약해지고 선폭이 넓어졌다.
성능/효과
NG와 EGO의 경우 복합화를 하지 않음에도 불구하고 약한 강자성을 보이는데, 이 것은 미량의 금속 불순물과 graphite 내부의 결함에 의한 것으로 분석되었다[8, 9]. H2SO4 처리를 통하여 부분적으로 금속 불순물이 제거됨에 따라 오히려 EGO가 NG보다 약한 강자성으로 측정되었다.
출발 물질인 NG의 회절 결과에서는 c-축방향의 성장에 의하여 ~26º 위치에서 강한 세기의 (002) 회절선을 볼 수 있으며, 화학적 처리에 따라 결함이 발생하므로 결정성이 감소하여 EGO와 MGO에서는 회절선의 세기가 약해지고 선폭이 넓어졌다.
후속연구
화학적 처리 방법을 통하여, 비용이 저렴한 NG를 이용하여 다양하게 이용할 수 있는 EGO를 합성하였으며 Ni과 Co의 나노입자와 복합시켜 우수한 물리적 및 자기적 특성을 가지는 MGO를 제조하였다. X-선 회절 결과와 Raman 분광측정 결과, 물리적인 방법에 비하여 결정성이 떨어지고 결함이 생기는 단점에도 불구하고, 상대적으로 간단하며 대량 생산이 가능한 방식으로 응용성이 높다고 판단된다. Co-MGO에 비하여 Ni-MGO가 우수한 자기적 특성을 보였으며, 두 복합체 모두 상온에서 약한 강자성 거동을 관찰하였다.
Co-MGO에 비하여 Ni-MGO가 우수한 자기적 특성을 보였으며, 두 복합체 모두 상온에서 약한 강자성 거동을 관찰하였다. 이러한 EGO와 MGO에 대한 연구 결과가, graphite 산화물과 여러 나노입자의 복합체 또는 graphene 복합체의 응용과 제조에 기여될 수 있을 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
graphene이란?
차세대 기능성 물질로 각광받고 있는 graphene은 graphite의 3차원 육각 층상구조에서 분리시킨 2차원의 한 층을 일컫는다. Graphene은 뛰어난 광 투과성, 열전도도, 전자 이동성을 가지고 있으며, 높은 물리적 강도, 탄성력, 화학적 안정성을 가지므로 변형 또는 외부에서 가해주는 힘에 대해서도 안정적으로 특성이 유지된다.
Graphene의 장점은?
차세대 기능성 물질로 각광받고 있는 graphene은 graphite의 3차원 육각 층상구조에서 분리시킨 2차원의 한 층을 일컫는다. Graphene은 뛰어난 광 투과성, 열전도도, 전자 이동성을 가지고 있으며, 높은 물리적 강도, 탄성력, 화학적 안정성을 가지므로 변형 또는 외부에서 가해주는 힘에 대해서도 안정적으로 특성이 유지된다. 이러한 장점으로 인하여, graphene은 휴대용 디스플레이, 고감도 센서, 투명 전극, 전계효과 트랜지스터 등 여러 분야에 응용되고 있으며, 실용화를 위한 여러 가지 합성 방법에도 많은 연구가 진행되고 있다[1-6].
graphite 산화물과 여러 나노입자의 복합체 또는 graphene 복합체의 응용과 제조에 기여될 수 있을 것이라 판단되는 근거는?
화학적 처리 방법을 통하여, 비용이 저렴한 NG를 이용하여 다양하게 이용할 수 있는 EGO를 합성하였으며 Ni과 Co의 나노입자와 복합시켜 우수한 물리적 및 자기적 특성을 가지는 MGO를 제조하였다. X-선 회절 결과와 Raman 분광측정 결과, 물리적인 방법에 비하여 결정성이 떨어지고 결함이 생기는 단점에도 불구하고, 상대적으로 간단하며 대량 생산이 가능한 방식으로 응용성이 높다고 판단된다. Co-MGO에 비하여 Ni-MGO가 우수한 자기적 특성을 보였으며, 두 복합체 모두 상온에서 약한 강자성 거동을 관찰하였다. 이러한 EGO와 MGO에 대한 연구 결과가, graphite 산화물과 여러 나노입자의 복합체 또는 graphene 복합체의 응용과 제조에 기여될 수 있을 것이라 판단된다.
참고문헌 (11)
J. Shen, Y. Hu, M. Shi, N. Li, H. Ma, and M. Ye, J. Phys. Chem. C 114, 1498 (2010).
A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006).
S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. B. Dommett, K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyen, and R. S. Ruoff, Nature 442, 282 (2006).
K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang, S. V. Morozov, H. L. Stormer, U. Zeitler, J. C. Maan, G. S. Boebinger, P. Kim, and A. K. Geim, Science 315, 1379 (2007).
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