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순서

그래핀 합성 Pre report


설명

화공 기초 實驗(실험) 및 설계
박창호 교수님

그래핀(Graphene) 합성
Pre-report
2012105506 김민경
1. 實驗(실험)題目(제목) : 그래핀(Graphene) 합성

2. 實驗(실험)목적 : 그래핀(Graphene)에 대한 전반적인 이해와 화학적 합성법을 이용하여 그래핀을 합성하고, 그 특성들을 X-Ray Diffraction(XRD)과 Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)를 이용하여 分析(분석)한다.

3. 實驗(실험)내용 :

(1) Reagent and Apparatus
- 비커
- 메스실린더
- 그래파이트
- 교반기
- 온도계
- 가열기
- 원심분리기
- Evaporator

Reagent
Formula
M.W
m.p
b.p
density
distilled water
H2O
18.01528
0℃
100℃
1 g/cm3
Sulfuric acid
H2SO4
98.079
10℃
337℃
1.84 g/cm3
Sodium nitrate
NaNO3
84.9947
308℃
380℃
2.257 g/cm3
Potassium permanganate
KMnO4
158.034
240℃
-
2.703 g/cm3
Hydrogen peroxide
H2O2
34.0147
-0.43℃
150.2℃
1.450 g/cm3
Hydrazine
N2H2
32.0452
2℃
114℃
1.021 g/cm3
Ethanol
C2H5O
46.07
-114℃
78.37℃
0.789 g/cm3
(2) Experimental Procedure
1. H2SO4 100ml에 그래파이트 5g과 NaNO3 2.5g을 넣는다.
  (이 때, 5℃ 이하를 유지하기 위해 얼음을 사용한다.)
2. 교반기를 이용하여 30분 동안 교반한다.
3. KMnO4 15g을 천천히 넣는다. (온도가 20℃ 이하에서 진행되도록 한다.)
  - 과망간산칼륨은 수분에…(생략(省略)) 닿으면 보라색이 된다. 과망간산칼륨은 황산보다 더 강한 산화제이기 때문에 쓰인다.
4. 증류수 250ml를 넣고 30분 동안 교반한다.
  (이 때, 색깔은 짙은 노란색으로 변한다.)
5. 온도를 98℃로 유지한 채 15분동안 가열한다.
6. 상온으로 식힌 후, H2O2 50ml를 넣고 90℃에서 30분 동안 가열한다.
7. 생성된 결과물을 pH 7이 될 때까지 세척한다.(증류수에 넣고 원심분리기를 이용하여 세척한다. 이 과정을 4~5회 반복한다)
8. 결과물을 다시 에탄올에 넣고 30분 동안 초음파로 잘 섞고 원심분리기를 이용하여 세척한다.(이 과정을 3회 반복한다)
9. Evaporator를 이용하여 건조시킨다.
10. 증류수 10ml와 GO(Graphene Oxide) 5mg을 24시간 이상 초음파 분산한다.
11. Hydrazine(N2H2, 강한 환원력을 가진다) 투입 후 90℃에서 5시간 동안 가열한다.(뚜껑을 덮는다)

4. Theory

- 그래핀(Graphene)
: 그래핀(graphene)은 탄소의 동소체 중 하나이다. 탄소 원자들이 각각 sp2 결합으로 연결된 원자 하나 두께의 2차원 구조로, 벤젠 형태의 탄소 고리가 벌집 형태의 결정 구조를 이룬다. 흑연과 비슷한 결정 구조를 가지지만 한 개의 층을 가진다.

그래핀이라는 용어는 흑연을 뜻하는 graphite에 -ene 접미사를 합성한 것이다. 그래핀은 0.2㎚의 두께로 물리적, 화학적 안정성이 매우 높다. 2004년 영국의 가임(Andre Geim)과 노보셀로프(Konstantin Novoselov) 연구팀이 상온에서 투명테이프를 이용하여 흑연에서 그래핀을 떼어 내는 데 성공하였고, 그 공로로 이들은 2xxx년 노벨 물리학상을 받았다. 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이

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실험결과/화학

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