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광학 현미경을 이용한 산화 그래핀 이미지 분석 조건에 관한 연구
A Study on Image Analysis of Graphene Oxide Using Optical Microscopy 원문보기

Composites research = 복합재료, v.27 no.5, 2014년, pp.183 - 189  

이유진 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center) ,  김나리 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center) ,  윤상수 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center) ,  오영석 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center) ,  이제욱 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center) ,  이원오 (Korea Institute of Materials Science, Composites Research Center)

초록
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광학 현미경 관찰을 통해 산화 그래핀의 형상, 크기 및 두께를 쉽게 파악할 수 있는 광학 관찰을 위한 최적 조건을 확보하고자 하였다. 본 연구에서는 $SiO_2$ 절연막이 300 nm 두께로 도포된 실리콘 기판 위의 산화 그래핀하이드라진 증기 환원을 통하여 본래의 모폴로지를 유지한 채 환원된 산화 그래핀의 이미지의 선명도를 증가시켰고, 녹색 필터를 사용한 관찰을 통해 이미지의 대비값을 보다 증대시켰다. 추가적으로 얻어진 광학 이미지를 RGB 채널별로 분리하는 방법을 제안하고 이를 통해 이미지를 분석하였다. 그 결과 하이드라진 증기 환원 처리 및 녹색 파장에서의 광원 하에서 고대비의 이미지 확보가 가능하였으며, 더불어 광학 이미지의 RGB 채널 분리만으로도 선명한 그래핀 이미지를 얻을 수 있음을 알아내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Experimental considerations have been performed to obtain the clear optical microscopic images of graphene oxide which are useful to probe its quality and morphological information such as a shape, a size, and a thickness. In this study, we investigated the contrast enhancement of the optical images...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 위와 같이 필터를 사용하게 되면 광학 측정 시 전체적인 광량이 줄게 되어 이미지의 밝기가 줄어드는 단점이 있기 때문에, 필터를 사용하지 않고 얻어진 이미지의 데이터 분리만으로도 그래핀 이미지의 선명도를 높일 수 있는 방법에 대하여 연구하였다.
  • 본 연구는 그래핀의 정량적인 치수 및 두께 평가를 위한 방법으로 간편한 광학현미경을 이용하여 SiO2 상용 기판을 그래핀 이미지 관찰을 위한 기본 플랫폼으로 이용하여 선명한 이미지 관찰 조건을 제시할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. Zhao et al.
  • 본 연구에서는 GO의 크기 및 형상의 용이한 관찰을 위 해 광학 현미경 측정 조건을 탐색하는 연구를 수행하였다. 실험에 필요한 단일층 GO는 수정된 Hummers 방법을 이용하여 제조하였다.
  • 또한 광학 이미지의 선명도를 높이기 위해 Si 기판 상에 위치한 그래핀의 모폴로지를 유지한 채 환원할 수 있도록 하이드라진 증기를 이용하여 GO를 환원하는 방법을 제시하였다. 추가적인 이미지 선명도를 높이기 위한 방법으로 RGB 채널 분리를 통한 분석방법에 대해 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소 나노소재의 특징은 무엇인가? 다양한 전자소자의 다기능화로 인해 우주/항공, 전기전 자, 에너지 등 다양한 산업 분야의 응용과 소재의 하이브리 드 개발 필요성 증대로 다양한 나노소재들이 연구되고 있 다. 특히 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT), 탄소나노 섬유(Carbon Nano Fiber, CNF), 그래핀(Graphene)과 같은 탄소 나노소재는 높은 전기·열 전도도를 가지고 있어 최근 에는 이를 이용한 기능성 복합재료, 에너지, 전기·전자 소 자 등으로의 응용을 위한 활발한 연구가 이루어지고 있다[1].
그래핀의 구조는? 특히 그래핀은 탄소원자들이 육각형 모양으로 연결된 구 조를 가지는 탄소 동소체로 원자수준의 두께와 2차원 판상 구조로 인하여 탄소나노튜브에 비해 넓은 비표면적을 가 지며 우수한 기계적 특성, 전기 전도성, 열전도 특성을 가 진다는 장점이 있다[2,3]. 이와 같은 우수한 특성을 가지는 그래핀의 합성방법으로 화학기상증착법(Chemical Vapor Reduction, CVD)과 화학적 박리법을 이용하여 산화 그래핀 (Graphene Oxide, GO)을 환원하여 제조하는 방법이 있다.
염기성 수용액이나 유기용매에서 초음파 분산법을 이용하여 형성되는 산화 그래핀처럼 용액 공정 기반으로 얻어지는 GO의 특징은 무엇인가? 이후, 단일층의 GO는 초음파 분 쇄 후 밀도구배형-원심분리과정을 통하여 얻어지게 된다. 이와 같은 용액 공정 기반의 GO는 다양한 산소 작용기들 때문에 매우 안정한 분산액을 대량으로 얻을 수 있을 뿐 아 니라 GO 분산액을 통해 여러 형태의 변형 가능한 상태로 응용할 수 있는 장점이 있다[4-6].
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참고문헌 (15)

  1. Park, S., "History of Graphene Oxide and Future Direction," KIC News, Vol. 16, No. 3, 2013. 

  2. Castro Neto, A.H., Guinea, F., Peres, N.M.R., Novoselov, K.S., and Geim, A.K., "The Electronic Properties of Graphene," Reviews of Modern Phyics, Vol. 81, 2009, pp. 109-162. 

  3. Beenakker, C.W.J., "Andreev Reflection and Klein Tunneling in Graphene," Reviews of Modern Phyics, Vol. 80, 2008, pp. 1337-1354. 

  4. Park, S., and Ruoff, R.S., "Chemical Methods for the Production of Graphenes," Nature Nanotechnology, Vol. 4, 2010, pp. 217-225. 

  5. Dreyer, D.R., Park, S., Bielawski, C.W., and Ruoff, R.S., "The Chemistry of Graphene Oxide," Chemical Society Reviews, Vol. 39, 2010, pp. 228-240. 

  6. Jeong, S.Y., Kim, S.H., Han, J.T., Jeong, H.J., Yang, S., and Lee, G., "High-performance Transparent Conductive Films Using Rheologically Derived Reduced Graphene Oxide," ACS Nano, Vol. 5, 2011, pp. 870-878. 

  7. Dinh, L.D., and Gang, H.H., "Probing Graphene Grain Boundaries with Optical Microscopy," Nature, Vol. 490, 2012, pp. 235-240. 

  8. Zhao, J., Pei, S., Ren, W., Gao, L., and Cheng, H.M., "Efficient Preparation of Large-area Graphene Oxide Sheets for Transparent Conductive Films," ACS Nano, Vol. 4, 2010, pp. 5245-5252. 

  9. Jung, I., Ra, Y.J., Son, J.Y., Kang, Y.T., and Rhee, K.Y., "Reconstruction of Optical Images of Graphene-based Materials Coated on Dielectric Substrates," Optical Engineering, Vol. 52, 2013, pp. 023601. 

  10. Wang, Y.Y., Gao, R.X., Ni, Z.H., Hui, H., Guo, S.P., Yang, H.P., Cong, C.X., and Ting, Y., "Thickness Identification of Twodimensional Materials by Optical Imaging," Nanotechnology, Vol. 23, 2012, pp. 495713. 

  11. Blake, P., Hill, E.W., Castro Neto, A.H., Novoselov, K.S., Jiang, D., Yang, R., Booth, T.J., and Geim, A.K., "Making Graphene Visible," Applied Physics Letters, Vol. 91, 2007, pp. 063124. 

  12. Hummers, W.S., and Offeman, R.E., "Preparation of Graphitic Oxide," Journal of the American Chemical Society, Vol. 80, 1958, pp. 1339. 

  13. Stankovich, S., Piner, R.D., Chen, X.Q., Wu, N.Q., Nguyen, S.B.T., and Ruoff, R.S., "Stable Aqueous Dispersions of Graphitic Nanoplatelets via the Reduction of Exfoliated Graphite Oxide in the Presence of Poly (sodium 4-styrene sulfonate)," Journal of Materials Chemistry, Vol. 16, 2006, pp. 155-158. 

  14. Becerril, H.A., Mao, J., Liu, Z., Stoltenberg, R.M., Bao, Z., and Chen, Y., "Evaluation of Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Conductors," ACS Nano, Vol. 2, 2008, pp. 463-470. 

  15. Marcano, D.C., Kosynkin, D.V., Berlin, J.M., Sinitskii, A., Sun, Z., Sleasarev, A., Alemany, L.B., Lu, W., and Tour, J.M., "Improved Synthesis of Graphene Oxide," ACS Nano, Vol. 4, 2010, pp. 4806-4814. 

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