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KR20160066966A - Preparation method for nanosheet of layered strucutre compound - Google Patents

Preparation method for nanosheet of layered strucutre compound Download PDF

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KR20160066966A
KR20160066966A KR1020140172446A KR20140172446A KR20160066966A KR 20160066966 A KR20160066966 A KR 20160066966A KR 1020140172446 A KR1020140172446 A KR 1020140172446A KR 20140172446 A KR20140172446 A KR 20140172446A KR 20160066966 A KR20160066966 A KR 20160066966A
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KR
South Korea
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nanosheet
compound
layered
dispersant
dispersion
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KR1020140172446A
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양승보
손권남
권원종
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a nanosheet of a layered structure compound, which allows preparation of a nanosheet having a smaller thickness and a larger area with high yield from various metal-containing layered structure compounds. The method for preparing a nanosheet of a layered structure compound comprises the steps of: forming a dispersion containing a layered structure compound having a transition metal element or post-transition metal element and a dispersant; and passing the dispersion continuously through a high-pressure homogenizer including an inlet portion, an outlet portion and a fine flow path connecting the inlet portion with the outlet portion and having a micrometer-scale diameter, wherein the layered structure compound is exfoliated into a nanosheet while passing through the fine flow pass under the application of shear force.

Description

층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법 {PREPARATION METHOD FOR NANOSHEET OF LAYERED STRUCUTRE COMPOUND}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing a nanostructure of a layered compound,

본 발명은 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물로부터, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트를 수율 높게 제조할 수 있는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanosheet of a layered compound capable of producing a nanosheet having a thinner thickness and a larger area from a variety of metal-containing layered compounds in a high yield.

2차원 구조를 갖는 나노 구조체, 예를 들어, 나노시트는 상대적으로 복잡한 구조로 합성되기에 용이할 뿐 아니라, 이러한 나노시트를 이루는 물질 자체가 갖는 특성을 변화시키는 것도 비교적 간단하기 때문에, 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. Since a nanostructure having a two-dimensional structure, for example, a nanosheet is easy to be synthesized in a relatively complicated structure, and it is relatively simple to change the characteristics of the material itself constituting the nanosheet, Research is being conducted.

이러한 2차원 구조의 나노 구조체 중에서도, 최근에 가장 주목을 받고 있는 물질 중 하나로서 탄소의 2차원 나노 구조체에 해당하는 그래핀(graphene)을 들 수 있다. 그러나, 이러한 그래핀은 트랜지스터 또는 반도체 소자 등과 같은 전기, 전자적 응용을 위해 필요한 밴드갭을 갖지 않아 그 응용에 한계가 있는 것이 사실이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 그래핀을 개질하는 등 관련된 다양한 연구가 이루어지고 있지만, 이는 반도체 소자 제조 공정의 복잡성을 증대시킬 뿐 아니라, 상기 개질 과정에서 많은 결함(defect)이 발생하여 전자 이동도가 떨어지는 등의 문제점이 발생하게 된다. 이 때문에, 상기 그래핀을 각종 소자 등에 적용하고자 하는 시도는 한계에 부딪히고 있다. Among the nanostructures having such a two-dimensional structure, graphene, which corresponds to a two-dimensional nanostructure of carbon, is one of the materials that have recently attracted the greatest attention. However, such graphenes do not have the band gap necessary for electrical and electronic applications such as transistors or semiconductor devices, and thus their application is limited. In order to overcome these limitations, a variety of related researches have been conducted, such as modification of graphene. However, this not only increases the complexity of the semiconductor device manufacturing process, but also causes many defects in the modification process, And the like. Therefore, attempts to apply the graphene to various devices have been limited.

이 때문에, 상기 그래핀 뿐 아니라 다양한 층상 구조 화합물, 예를 들어, 금속 칼코젠과 같은 금속 함유 층상 구조 화합물을 사용한 나노시트의 특성 및 제조에 관해서도 많은 연구가 이루어지고 있으며, 그 관심이 점차로 확대되고 있는 추세이다. 이러한 다양한 층상 구조 화합물의 나노시트는 탄소로만 이루어진 그래핀과는 달리 보다 다양한 구조와 결합, 화학 기능적 다변성을 제공할 수 있으며, 이에 따라 상기 나노시트를 보다 다양한 용도로 적용할 수 있게 된다. For this reason, much research has been conducted on the properties and manufacture of nanosheets using metal-containing layered compounds such as metal chalcogenes, as well as various layered compounds, such as graphene, There is a trend. Unlike graphene composed of only carbon, the nanosheets of various layered compounds can provide a variety of structures, bonds and chemical functional polydispersities, and thus the nanosheets can be applied to various applications.

예를 들어, MoS2 또는 MoSe2와 같은 전이 금속의 칼코젠 나노시트의 경우, 두께에 따라 1.2 내지 1.8Ev의 밴드갭을 가질 수 있으며, 200 내지 500 cm2/(V?)의 면 내 전자 이동도 (in plane carrier mobility) 등을 나타낼 수 있으므로, 각종 반도체 소자나 리튬 이온 전지의 전극 소재 등 다양한 전기, 전자적 용도에 적절히 적용될 수 있는 특성을 갖는다. For example, in the case of a chalcogen nanosheet of a transition metal such as MoS 2 or MoSe 2 , it may have a band gap of 1.2 to 1.8 Ev according to the thickness, and may have a band gap of 200 to 500 cm 2 / (V? In plane carrier mobility, and the like, it has properties that can be suitably applied to various electric and electronic applications such as various semiconductor devices and electrode materials of lithium ion batteries.

상술한 이유로, 보다 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물을 사용하여, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트를 양산할 수 있는 기술에 관한 관심이 크게 증가하고 있다. 이전에 알려진 나노시트 등의 제조 방법에는 다음과 같은 것들이 있다. For the above-mentioned reasons, there is a great interest in a technique of mass-producing nanosheets having a thinner thickness and a larger area by using a more various metal-containing layered compound. Previously known methods for producing nanosheets and the like include the following.

먼저, 테이프를 사용하는 등 물리적인 방법으로 층상 구조 화합물로부터 이의 나노시트를 박리하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법은 양산에 부적합하며, 박리 수율이 매우 낮고, 대면적의 나노시트를 제조하기 어렵게 된다. First, a method is known in which a nanosheet is peeled from a layered compound by a physical method such as using a tape. However, such a method is unsuitable for mass production, the separation yield is very low, and it is difficult to manufacture a large-sized nanosheet.

또한, 층상 구조 화합물을 이루는 각 층간에 산, 염기, 또는 리튬과 같은 금속 등을 삽입하여 인터칼레이션 화합물(intercalation compound) 로부터 박리시킨 나노시트를 얻는 방법이 알려진 바 있다. 그러나, 이러한 방법은 인터칼레이션 화합물을 사용 및 처리하는 등의 공정이 추가로 필요하여 전체적인 공정이 복잡해지고 수율이 충분치 않으며 공정의 경제성이 떨어질 수 있다. 더 나아가, 위 리튬 등의 삽입 과정에서 층상 구조 화합물의 상변태가 일어나 원하는 특성을 갖는 나노시트를 얻기 어려워질 수 있고, 이러한 삽입 과정을 제어하기도 용이치 않아 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트를 높은 수율로 제조하기 어려워질 수 있다. Further, there is known a method of obtaining a nanosheet in which an acid, a base, or a metal such as lithium is interposed between layers constituting a layered compound to peel off from an intercalation compound. However, this method requires additional processes such as the use and treatment of an intercalation compound, so that the whole process becomes complicated, the yield is not sufficient, and the economical efficiency of the process may deteriorate. Furthermore, the phase transformation of the layered compound occurs during the insertion of lithium and the like, so that it becomes difficult to obtain a nanosheet having desired properties, and it is not possible to control the insertion process. Thus, a nanosheet having a thinner thickness and a larger area It may be difficult to produce it at a high yield.

한편, 이러한 방법들 외에도, 최근에는 층상 구조 화합물 등을 액상 분산시킨 상태에서, 초음파 조사 또는 볼밀 등을 사용한 밀링 방법으로 층상 구조 화합물을 이루는 각 층들을 박리하여 나노시트를 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 상기 초음파 조사를 이용한 방법은 박리 효율이 낮아 단일 분자층에 가까운 얇은 두께의 나노시트를 수율 높게 얻을 수 없을 뿐 아니라, 큰 면적의 나노시트를 얻기 어렵고, 나노시트 상에 결함(defect)이 많이 발생할 수 있는 단점이 있다. 또, 상기 볼밀 등을 이용한 방법은 나노시트를 충분히 얇은 두께로 얻기 어렵고, 단일 분자층에 가까운 얇은 두께의 나노시트를 수율 높게 얻을 수 없게 된다. In addition to these methods, recently, there has been known a method for producing nanosheets by delaminating each layer constituting a layered compound by ultrasonic irradiation or a milling method using a ball mill in a state in which a layered compound or the like is dispersed in a liquid phase. However, in the method using ultrasonic irradiation, since the separation efficiency is low, a nanosheet having a thin thickness close to a single molecule layer can not be obtained in a high yield, and it is difficult to obtain a nanosheet having a large area and a defect There are many disadvantages that can occur. Further, in the method using the ball mill or the like, it is difficult to obtain a nanosheet with a sufficiently thin thickness, and a thin nanosheet having a thickness close to a single molecular layer can not be obtained with a high yield.

이로 인해, 보다 얇은 두께 및 대면적을 가지며, 결함 발생 등이 감소되어 우수한 특성을 유지하는 다양한 층상 구조 화합물의 나노시트를 수율 높게 제조할 수 있는 방법이 계속적으로 요구되고 있다.As a result, there is a continuing need for a method for producing nanosheets of various layered compound compounds having a thinner thickness and a larger area, reducing the occurrence of defects, and maintaining excellent properties, at a high yield.

이에 본 발명은 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물로부터, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트를 수율 높게 제조할 수 있는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention provides a method for producing a nanosheet of a layered compound capable of producing a nanosheet having a thinner thickness and a larger area from a variety of metal-containing layered compounds in a high yield.

본 발명은 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물과, 분산제를 포함한 분산액을 형성하는 단계; 및 상기 분산액을 연속적으로, 유입부와, 유출부와, 유입부와 유출부 사이를 연결하며 마이크로미터 스케일의 직경을 갖는 미세 유로를 포함하는 고압 균질기(High Pressure Homogenizer)에 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 층상 구조 화합물은 전단력의 인가 하에 상기 미세 유로를 통과하면서 박리되어 나노시트로 형성되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a dispersion containing a layered compound having a transition metal element or a metal element after the transition; And passing the dispersion continuously through an inlet, an outlet, a high pressure homogenizer comprising a microchannel having a micrometer scale diameter connecting between the inlet and outlet, And the layered structural compound is peeled off while passing through the microchannel under application of a shear force to form a nanosheet.

상기 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법에서, 상기 층상 구조 화합물은 Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, Cu 및 Zr로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 것일 수 있다. 일 예에서, 상기 층상 구조 화합물은 금속 칼코젠 화합물로 될 수 있고, 이러한 금속 칼코젠 화합물의 예로는, MoS2, MoSe2, MoTe2, Bi2Te3, Bi2Se3, Bi2Te3, NbS2, NbSe2, WS2, WSe2, NiTe2, TaS2, TaSe2, TiS2, MoWS2, MoWSe2, ReS2, ReSe2, SnSe2, SnTe2, Sb2Se3, PbSnS2, GaSe, GaTe, GaTe, CuS, GeSe, FeTe, FeTeSe, FeSe2, CoSe2, InS, InSe, InTe, In2Se3 및 ZrS2로 이루어진 군에서 선택된 것들을 들 수 있다. In the method for producing a nanosheet of the layered compound, the layered compound is a compound represented by the following formula: Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, Or one or more transition metal elements selected from the group consisting of transition metal elements. In one example, the layered structural compound can be a metal chalcogen compound, and examples of such a metal chalcogen compound include MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3 , NbS 2, NbSe 2, WS 2, WSe 2, NiTe 2, TaS 2, TaSe 2, TiS 2, MoWS 2, MoWSe 2, ReS 2, ReSe 2, SnSe 2, SnTe 2, Sb 2 Se 3, PbSnS 2 in, GaSe, GaTe, GaTe, CuS , GeSe, FeTe, FeTeSe, FeSe 2, CoSe 2, InS, InSe, InTe, in 2 Se 3 and the group consisting of ZrS 2 may be selected ones.

또한, 상기 나노시트 제조 방법에서, 상기 분산액은 수용매 또는 극성 유기 용매 내에 상기 층상 구조 화합물 및 분산제가 용해 또는 분산된 분산액으로 될 수 있다. In addition, in the nanosheet production method, the dispersion may be a dispersion in which the layered structural compound and the dispersant are dissolved or dispersed in a water solvent or a polar organic solvent.

이때, 상기 분산제로는, 파이렌계 유도체; 셀룰로우스계 고분자; 양이온계 계면활성제; 음이온계 계면활성제; 아라비아 검(Gum Arabic); n-도데실 b-D-말토사이드 (n-Dodecyl b-D-maltoside); 양쪽성 계면활성제; 폴리비닐피롤리돈계 고분자; 폴리에틸렌옥사이드계 고분자; 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 공중합체; 탄닌산; 또는 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물로서, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함한 혼합물을 포함하는 것을 사용할 수 있다. At this time, as the dispersing agent, a pyrene-based derivative; Cellulosic polymers; Cationic surfactants; Anionic surfactants; Gum Arabic; n-Dodecyl b-D-maltoside; Amphoteric surfactants; Polyvinylpyrrolidone type polymers; Polyethylene oxide type polymers; Ethylene oxide-propylene oxide copolymer; Tannic acid; Or a mixture of plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides, which contains a polyaromatic hydrocarbon oxide having a molecular weight of 300 to 1000 in an amount of not less than 60% by weight.

그리고, 상기 나노시트 제조 방법에서, 상기 고압 균질기의 미세 유로는 약 50 내지 300㎛의 직경을 갖는 것일 수 있고, 상기 분산액은 약 500 내지 3000 bar의 높은 압력의 인가 하에 상기 고압 균질기의 유입부로 유입되어 미세 유로를 통과하면서, 상기 박리가 진행될 수 있다. In the nanosheet manufacturing method, the micro-channel of the high-pressure homogenizer may have a diameter of about 50 to 300 mu m, and the dispersion may be supplied to the high-pressure homogenizer at a high pressure of about 500 to 3,000 bar So that the peeling can be performed while passing through the fine flow path.

상술한 방법에 의해 제조된 상기 나노시트는 약 1 내지 50 nm의 두께를 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트 플레이크 형태로 될 수 있으며, 이러한 나노시트 플레이크는 약 0.1 내지 10㎛의 직경을 가지며, 약 50 내지 10000의 직경/두께비를 가질 수 있다. The nanosheet prepared by the above method can be in the form of a nanosheet flake of a layered compound having a thickness of about 1 to 50 nm, and the nanosheet flake has a diameter of about 0.1 to 10 mu m, Lt; / RTI > to 10000 diameters / thickness ratio.

부가하여, 상기 나노시트 제조 방법에서는, 나노시트를 형성한 후에, 이를 포함하는 분산액으로부터 나노시트를 회수 및 건조하는 단계를 더 진행할 수 있다. 이때, 상기 회수 단계는 원심 분리, 감압 여과 또는 가압 여과로 진행될 수 있고, 상기 건조 단계는 약 30 내지 200℃의 온도 하에 진공 건조하여 진행될 수 있다. In addition, in the method of manufacturing a nanosheet, after the nanosheet is formed, the step of recovering and drying the nanosheet may be further performed from the dispersion containing the nanosheet. At this time, the recovering step may be performed by centrifugation, vacuum filtration or pressure filtration, and the drying step may be performed by vacuum drying at a temperature of about 30 to 200 ° C.

본 발명에 따르면, 분산제의 사용 및 고압 균질기의 사용으로 인해, 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물을 균일하게 분산시킨 상태에서 이의 박리 방법을 최적화하여 여러 가지 층상 구조 화합물의 나노시트를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 상기 층상 구조 화합물의 분산 상태 및 박리 효율을 최적화하여, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트를 높은 수율로 용이하게 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce nanosheets of various layered compounds by optimizing the peeling method in a state where various metal-containing layered compounds are uniformly dispersed due to the use of a dispersant and the use of a high-pressure homogenizer. Particularly, according to the present invention, nanosheets having a thinner thickness and a larger area can be easily manufactured at a high yield by optimizing the dispersion state and the peeling efficiency of the layered structural compound.

도 1은 일 구현예의 그래핀의 제조 방법에서 사용 가능한 고압 균질기의 원리를 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 2a 및 도 2b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)는 제조예의 분산제 제조를 위해 사용되는 pitch의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)는 제조예 1에서 얻어진 분산제의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 나타낸 도면이다.
도 4는 pitch 및 제조예 1의 분산제를 각각 13C CPMAS NMR로 분석하여, 그 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 pitch 및 제조예 1의 분산제를 각각 FT-IR 로 분석하여, 그 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 제조예 2 내지 4에서 각각 얻어진 분산제의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하고, 그 분석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7a는 실시예의 나노시트 플레이크 제조를 위해 원료로 사용된 MoS2의 층상 구조 화합물 (a), Bi2Te3 층상 구조 화합물 (b) 및 NbSe2 층상 구조 화합물 (c)의 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 7b의 (a) 및 (b)는 제조예 1의 분산제를 사용하여 제조된 실시예 1의 MoS2 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 나타낸다.
도 7c의 (a) 및 (d)는 폴리비닐피롤리돈 분산제를 사용하여 제조된 실시예 2의 MoS2 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 나타내고, (b) 및 (e)는 폴리비닐피롤리돈 분산제를 사용하여 제조된 실시예 3의 Bi2Te3 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 나타내고, (c) 및 (f)는 폴리비닐피롤리돈 분산제를 사용하여 제조된 실시예 4의 NbSe2 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 나타낸다.
도 8 내지 10은 실시예 2 내지 4의 나노시트 플레이크의 직경 및 두께를 측정하기 위한 각각의 AFM 분석 결과를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram showing the principle of a high-pressure homogenizer usable in the method of manufacturing graphene in one embodiment.
2A and 2B (an enlarged view of a region having a molecular weight of 400 to 500) is a diagram showing the molecular weight distribution of a pitch used for the preparation of the dispersant of Production Example by analyzing by MALDI-TOF mass spectrum.
3A and 3B (an enlarged view of a region having a molecular weight of 400 to 500) is a diagram showing the molecular weight distribution of the dispersant obtained in Production Example 1 analyzed by MALDI-TOF mass spectrum.
4 is a graph showing the analysis results of the pitch and the dispersant of Production Example 1 analyzed by 13C CPMAS NMR, respectively.
5 is a graph showing the results of analysis of the pitch and the dispersant of Production Example 1 by FT-IR analysis, respectively.
Fig. 6 is a diagram showing the results of analysis of the molecular weight distributions of the dispersants obtained in Production Examples 2 to 4, respectively, in the MALDI-TOF mass spectrum.
7A shows an electron micrograph of a layered structural compound (a), a Bi 2 Te 3 layered structural compound (b) and an NbSe 2 layered structural compound (c) of MoS 2 used as a raw material for producing nanosheet flakes of the embodiment .
7 (a) and 7 (b) show SEM and TEM photographs of the MoS 2 nanosheet flake of Example 1 prepared using the dispersant of Production Example 1, respectively.
(A) and (d) show SEM and TEM photographs of the MoS 2 nanosheet flakes of Example 2 prepared using a polyvinylpyrrolidone dispersant, and (b) and (e) (C) and (f) show the SEM and TEM photographs of the Bi 2 Te 3 nanosheet flake of Example 3 prepared using the pyrrolidone dispersant, 4 shows SEM and TEM photographs of NbSe 2 nanosheet flakes, respectively.
Figs. 8 to 10 show results of AFM analysis for measuring the diameter and thickness of the nanosheet flakes of Examples 2 to 4. Fig.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 층상 구조 화합물의 나노시트의 제조 방법 등에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for producing a nanosheet of a layered compound according to a specific embodiment of the present invention will be described in more detail.

이하의 명세서에서 사용된 용어의 일부는 다음과 같이 정의될 수 있다. Some of the terms used in the following specification can be defined as follows.

먼저, 이하의 명세서에서, "분산제"란 수용매, 유기 용매 기타 액상의 매질 내에 다른 성분, 예를 들어, 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물을 균일하게 분산시키기 위한 임의의 성분을 지칭할 수 있다. 이러한 "분산제" 및 상기 층상 구조 화합물 등 분산의 대상이 되는 다른 성분이 액상 매질 내에 분산되어 있는 조성물을 "분산액" 또는 "분산 조성물"로 지칭할 수 있으며, 이러한 "분산액" 또는 "분산 조성물"은 용액상, 슬러리상 또는 페이스트상 등의 여러 상태로 존재할 수 있다. 또한, 이러한 "분산액" 또는 "분산 조성물"은 이하에서 설명하는 나노시트의 제조 과정에서 사용되는 조성물을 지칭할 수 있을 뿐 아니라, 기타 다양한 용도에 적용되는 잉크 또는 페이스트 조성물 등도 포괄하여 지칭할 수 있는 것으로, 그 용도가 별달리 제한되지 않으며, 상기 "분산제" 및 분산 대상 성분이 액상 매질 내에 함께 포함되어 있기만 하면, 그 상태나 용도에 무관하게 상기 "분산액" 또는 "분산 조성물"의 범주에 속하는 것으로 정의될 수 있다. First, in the following specification, the term "dispersant" may refer to any component for uniformly dispersing another component, for example, a layered compound having a metal element, in a solvent, an organic solvent or other liquid medium. Such a " dispersion "or" dispersion composition ", which may be referred to as a " Solution, slurry or paste, and the like. Such a "dispersion liquid" or "dispersion composition" can refer not only to a composition used in the production of the nanosheet described below, but also to an ink or paste composition applied to various other applications Dispersion "or" dispersion composition "regardless of its state or use, as long as its use is not particularly limited, and the" dispersant "and the object component to be dispersed are contained together in the liquid medium. .

또한, 이하의 명세서에서, "폴리방향족 탄화수소"라 함은 단일 화합물 구조 내에 방향족 고리, 예를 들어, 벤젠 고리가 2개 이상, 혹은 5개 이상 결합 및 포함되어 있는 방향족 탄화수소 화합물을 지칭할 수 있다. 또한, "폴리방향족 탄화수소 산화물"은 상술한 "폴리방향족 탄화수소"가 산화제와 반응을 일으켜 이의 화학 구조 내에 산소 함유 작용기가 하나 이상 결합되어 있는 임의의 화합물을 지칭할 수 있다. 이때, 상기 산화제와의 반응에 의해 "폴리방향족 탄화수소"에 도입될 수 있는 산소 함유 작용기는 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 또는 술폰산 등 방향족 고리에 결합될 수 있고 작용기 중에 산소를 하나 이상 포함하는 임의의 작용기로 될 수 있다. In the following specification, the term "polyaromatic hydrocarbon" may refer to an aromatic hydrocarbon compound having two or more, or five or more, aromatic rings, for example, a benzene ring, . Further, the "polyaromatic hydrocarbon oxide" may refer to any compound in which the above-mentioned "polyaromatic hydrocarbon" reacts with an oxidizing agent to form one or more oxygen-containing functional groups in its chemical structure. At this time, the oxygen-containing functional groups which can be introduced into the "polyaromatic hydrocarbon" by reaction with the oxidizing agent may be bonded to aromatic rings such as a hydroxyl group, an epoxy group, a carboxyl group, a nitro group or a sulfonic acid, Lt; / RTI >

한편, 발명의 일 구현예에 따르면, 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물과, 분산제를 포함한 분산액을 형성하는 단계; 및 상기 분산액을 연속적으로, 유입부와, 유출부와, 유입부와 유출부 사이를 연결하며 마이크로미터 스케일의 직경을 갖는 미세 유로를 포함하는 고압 균질기(High Pressure Homogenizer)에 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 층상 구조 화합물은 전단력의 인가 하에 상기 미세 유로를 통과하면서 박리되어 나노시트로 형성되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법이 제공된다. On the other hand, according to one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a dispersion containing a layered compound having a transition metal element or a pre-metal element; And passing the dispersion continuously through an inlet, an outlet, a high pressure homogenizer comprising a microchannel having a micrometer scale diameter connecting between the inlet and outlet, And the layered structural compound is peeled off while passing through the fine flow path under the application of a shear force to form a nanosheet.

일 구현예의 나노시트 제조 방법에서는, 박리 전 단계에서의 분산제의 사용 및 박리 단계에서의 고압 균질기의 사용으로 인해, 원료인 전이 금속 또는 전이후 금속 함유 층상 구조 화합물을 보다 균일하게 분산시킨 상태에서 이의 박리 방법을 최적화하여 상기 층상 구조 화합물의 나노시트를 제조할 수 있다. In the nanosheet manufacturing method of one embodiment, the use of the dispersing agent in the pre-peeling step and the use of the high-pressure homogenizer in the peeling step cause the transition metal or the post-metal-containing layered structure compound to be more uniformly dispersed And the nanosheet of the layered structural compound can be prepared by optimizing the peeling method thereof.

본 발명자들의 실험 결과, 상술한 방법으로 나노시트를 제조함에 따라, 다양한 종류의 금속 함유 층상 구조 화합물을 보다 효과적으로 박리시켜 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 상기 층상 구조 화합물의 나노시트를 단순화된 공정으로 얻을 수 있음이 확인되었다. 또한, 이러한 공정 중에 나노시트 상에 결함이 발생할 우려도 줄어들게 되고, 상기 나노시트의 수율 또한 높일 수 있음이 확인되었다. As a result of experiments conducted by the inventors of the present invention, it has been found that, by manufacturing the nanosheet by the above-mentioned method, the nanosheets of the layered compound having a thinner thickness and a larger area can be separated into a simplified process It was confirmed that it can be obtained. In addition, it was confirmed that the occurrence of defects on the nanosheet during the process was reduced, and the yield of the nanosheet was also increased.

따라서, 여러 가지 특성을 나타내어 다양한 용도로 활용될 수 있는 금속 함유 층상 구조 화합물의 나노시트를 바람직하게 제조할 수 있는 것으로 확인되었다. 특히, 반도체 소자, 고온 윤활제, 리튬 이온 전지의 전극 소재 또는 촉매재 등으로 바람직하게 사용될 수 있는 금속 칼코젠 화합물 등 전이 금속 또는 전이후 금속을 포함한 층상 구조 화합물의 나노시트를 나노 스케일의 두께에 따른 우수한 특성을 보다 효과적으로 발현하면서, 향상된 수율로 제조할 수 있는 것으로 확인되었다.
Accordingly, it has been confirmed that nanosheets of the metal-containing layered compound which can exhibit various properties and can be used for various purposes can be preferably prepared. In particular, nanosheets of layered compounds including transition metals or transition metals such as metal chalcogen compounds, which can be preferably used for semiconductor devices, high-temperature lubricants, electrode materials for lithium ion batteries, catalyst materials, etc., It was confirmed that it can be produced with improved yield while exhibiting excellent properties more effectively.

한편, 이하에서는 일 구현예에 따른 나노시트의 제조 방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a nanosheet according to an embodiment will be described in more detail.

상술한 일 구현예의 나노시트 제조 방법에서는, 먼저, 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물 및 분산제를 포함한 분산액을 형성할 수 있다. In the method of manufacturing a nanosheet of one embodiment described above, a dispersion containing a layered compound and a dispersant having a transition metal element or a metal element after the transition can be formed first.

이때, 일 구현예의 방법에 의해 나노시트로 형성될 수 있는 원료로 되는 층상 구조 화합물의 종류는 특히 제한되지 않으며, 나노시트 형태로 제조되어 전기적 특성, 반도체 특성, 전도성 또는 촉매 활성 등을 나타내고 이러한 특성으로 인해 다양한 용도로 사용될 수 있는 전이 금속 또는 전이후 금속 함유 층상 구조 화합물이라면, 별다른 제한 없이 모두 원료로 사용하여 이러한 층상 구조 화합물의 나노시트를 적절히 제조할 수 있다. At this time, the kind of the layered structural compound which can be formed into a nanosheet by the method of one embodiment is not particularly limited, and it is manufactured in nanosheet form and exhibits electrical characteristics, semiconductor characteristics, conductivity or catalytic activity, , It is possible to appropriately prepare nanosheets of such layered compounds by using them as raw materials without any limitation, as long as they are a transition metal or a metal compound containing a post-transition metal that can be used for various purposes.

예를 들어, 이러한 층상 구조 화합물은 Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, Cu 및 Zr로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 것일 수 있다. 보다 구체적인 일 예에서, 상기 층상 구조 화합물은 금속 칼코젠 화합물로 될 수 있고, 이러한 금속 칼코젠 화합물의 예로는, MoS2, MoSe2, MoTe2, Bi2Te3, Bi2Se3, Bi2Te3, NbS2, NbSe2, WS2, WSe2, NiTe2, TaS2, TaSe2, TiS2, MoWS2, MoWSe2, ReS2, ReSe2, SnSe2, SnTe2, Sb2Se3, PbSnS2, GaSe, GaTe, GaTe, CuS, GeSe, FeTe, FeTeSe, FeSe2, CoSe2, InS, InSe, InTe, In2Se3 및 ZrS2로 이루어진 군에서 선택된 것들을 들 수 있다. For example, the layered compound may be at least one selected from the group consisting of Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, A transition metal element or a metal element after the transition. In a more specific example, the layered structural compound may be a metal chalcogen compound. Examples of the metal chalcogen compound include MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3, NbS 2, NbSe 2 , WS 2, WSe 2, NiTe 2, TaS 2, TaSe 2, TiS 2, moWS 2, MoWSe 2, reS 2, reSe 2, SnSe 2, SnTe 2, Sb 2 Se 3, PbSnS 2 , GaSe, GaTe, GaTe, CuS, GeSe, FeTe, FeTeSe, FeSe 2 , CoSe 2 , InS, InSe, InTe, In 2 Se 3 and ZrS 2 .

이러한 금속 칼코젠 화합물 등 층상 구조 화합물의 나노시트를 일 구현예의 방법으로 보다 얇은 두께 및 대면적으로 제조한 후, 이의 우수한 특성을 이용하여 이미 상술한 다양한 용도로 사용할 수 있다. Such a nanosheet of a layered compound such as a metal chalcogen compound can be prepared in a thinner thickness and a larger area by the method of one embodiment, and can be used for the above-mentioned various uses by taking advantage of its excellent properties.

그리고, 상기 분산액은 수용매 또는 극성 유기 용매 내에, 상기 층상 구조 화합물 및 분산제가 용해 또는 분산된 분산액으로 될 수 있다. 이러한 분산액에서는 분산제의 작용으로 인해, 상기 층상 구조 화합물이 균일하게 분산된 상태로 존재할 수 있으므로, 이러한 최적화된 분산 상태에서 이후의 박리 공정을 진행하여 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 나노시트, 예를 들어, 나노시트 플레이크 등이 효과적으로 형성될 수 있다. The dispersion may be a dispersion in which the layered structural compound and the dispersing agent are dissolved or dispersed in a water solvent or a polar organic solvent. In such a dispersion, the layered structural compound may exist in a uniformly dispersed state due to the action of the dispersing agent. Therefore, in the optimized dispersion state, the subsequent peeling step is carried out to form a nanosheet having a thinner thickness and a larger area, For example, nanosheet flakes and the like can be effectively formed.

그리고, 상기 원료로 사용되는 분산액에서, 상기 수용매 또는 극성 유기 용매로는, 물, N-메틸-2-피롤리돈 (N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP), 아세톤, N,N-디메틸포름아미드 (N,N-dimethylformamide; DMF), 디메틸술폭사이드 (Dimethyl sulfoxide; DMSO), 시클로헥실 피롤리디논 (Cyclohexyl-pyrrolidinone; CHP), N-도데실-피롤리돈 (N-dodecyl-pyrrolidone; N12P), 벤질 벤조에이트 (Benzyl Benzoate), N-옥틸-피롤리돈 (N-Octyl-pyrrolidone; N8P), 디메틸 이미다졸리디논 (dimethyl-imidazolidinone; DMEU), 시클로헥사논 (Cyclohexanone), 디메틸아세트아미드 (dimethylacetamide; DMA), N-메틸포름아미드 (N-Methyl Formamide; NMF), 브로모벤젠 (Bromobenzene), 클로로포름 (Chloroform), 클로로벤젠 (Chlorobenzene), 벤조니트릴 (Benzonitrile), 퀴놀린 (Qunioline), 벤질에테르 (Benzyl Ether), 에탄올, 이소프로필알코올, 메탄올, 부탄올, 2-에톡시 에탄올, 2-부톡시 에탄올, 2-메톡시 프로판올, THF (tetrahydrofuran), 에틸렌글리콜, 피리딘, N-비닐피롤리돈, 메틸에틸케톤(부탄온), 알파-터피놀, 포름산, 에틸아세테이트 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이외에도 다양한 극성 유기 용매, 수용매 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있다. In the dispersion used as the raw material, the water solvent or the polar organic solvent may be water, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acetone, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), cyclohexyl-pyrrolidinone (CHP), N-dodecyl-pyrrolidone N12P), benzyl benzoate, N-octyl-pyrrolidone (N8P), dimethylimidazolidinone (DMEU), cyclohexanone, dimethylacetate Amides such as dimethylacetamide (DMA), N-methylformamide (NMF), bromobenzene, chloroform, chlorobenzene, benzonitrile, quinolinone, Benzyl ether, ethanol, isopropyl alcohol, methanol, butanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, (1) selected from the group consisting of 2-methoxypropanol, tetrahydrofuran, THF, ethylene glycol, pyridine, N-vinylpyrrolidone, methyl ethyl ketone (butanone), alpha-terpineol, formic acid, ethyl acetate and acrylonitrile A variety of polar organic solvents, water solvents, and mixed solvents thereof may be used.

또한, 상기 분산제로는 저분자 파이렌계 유도체; 셀룰로우스계 고분자; 양이온계 계면활성제; 음이온계 계면활성제; 아라비아 검(Gum Arabic); n-도데실 b-D-말토사이드 (n-Dodecyl b-D-maltoside); 양쪽성 계면활성제; 폴리비닐피롤리돈계 고분자; 상품명 Triton X-100등으로 표시되는 분산제와 같은 폴리에틸렌옥사이드계 고분자; 상품명 Pluronics F-127 등으로 표시되는 분산제와 같은 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 (블록) 공중합체; 또는 탄닌산 등의 수용성 분산제를 사용할 수 있으며, 기타 이전부터 금속 함유 층상 구조 화합물 등을 극성 용매에 균일하게 분산시키기 위해 사용 가능한 것으로 알려진 임의의 물질 또는 수용성 분산제 등을 사용할 수 있다. Examples of the dispersing agent include low-molecular-weight pyrene-based derivatives; Cellulosic polymers; Cationic surfactants; Anionic surfactants; Gum Arabic; n-Dodecyl b-D-maltoside; Amphoteric surfactants; Polyvinylpyrrolidone type polymers; Polyethylene oxide type polymers such as a dispersing agent represented by trade name Triton X-100 and the like; Ethylene oxide-propylene oxide (block) copolymers such as a dispersant represented by Pluronics F-127, etc.; Or tannic acid. Any other substance or water-soluble dispersant known to be usable for previously uniformly dispersing the metal-containing layered compound in a polar solvent may be used.

추가로, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물로서, 분자량 약 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 약 60 중량% 이상의 함량으로 포함한 혼합물을 포함하는 분산제를 사용할 수도 있다. Further, as a mixture of plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides, a dispersant comprising a mixture containing a polyaromatic hydrocarbon oxide having a molecular weight of about 300 to 1000 in an amount of about 60% by weight or more may be used.

이러한 특정 분산제는 본 발명자들이 새로이 제조하여, 한국 특허 출원 제 10-2013-0091625 호(2013. 8. 1.)로 출원한 바 있는 것으로서, 이에 대해 구체적으로 설명하면 이하와 같다. This specific dispersant has been newly manufactured by the present inventors and filed in Korean Patent Application No. 10-2013-0091625 (filed on August 1, 2013), which will be described in detail as follows.

석유 또는 석탄 등 화석 연료의 정제 과정에서 찌꺼기 등으로 배출되는 피치(pitch)는 아스팔트 제조 등을 위해 사용되는 부산물로서, 다수의 방향족 고리를 갖는 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함하는 점성 있는 혼합물 형태를 띨 수 있다. 그런데, 이러한 피치 등에 대해 산화제를 사용한 산화 공정을 거치게 되면, 상기 피치에 포함된 폴리 방향족 탄화수소들 중 지나치게 큰 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 적어도 일부가 분해되고, 비교적 좁은 분자량 분포를 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 혼합물이 얻어지는 것으로 확인되었다. 이와 함께, 각 폴리 방향족 탄화수소의 방향족 고리에 하나 이상의 산소 함유 작용기가 도입되면서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 복수 종 포함하는 혼합물이 얻어지는 것으로 확인되었다. The pitch discharged from the residue in the refining process of fossil fuels such as petroleum or coal is a by-product used for the production of asphalt, and it is in the form of a viscous mixture containing a plurality of polyaromatic hydrocarbons having a plurality of aromatic rings . However, if such an oxidation process using an oxidizing agent is applied to such a pitch, at least a part of the polyaromatic hydrocarbons having an excessively large molecular weight among the polyaromatic hydrocarbons contained in the pitch is decomposed and the polyaromatic hydrocarbons having a relatively narrow molecular weight distribution It was confirmed that a mixture was obtained. In addition, it has been confirmed that a mixture containing a plurality of polyaromatic hydrocarbon oxides is obtained, with one or more oxygen-containing functional groups introduced into the aromatic rings of the polyaromatic hydrocarbons.

구체적으로, 이러한 방법으로 얻어지는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물은 MALDI-TOF MS로 분석하였을 때, 분자량이 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700인 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 약 60 중량% 이상, 혹은 약 65 중량% 이상, 혹은 약 70 내지 95 중량%로 포함함이 확인되었다. 이러한 혼합물 중에 포함되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 구체적인 종류, 구조 및 분포 등은 그 원료로 되는 피치의 종류나 그 유래, 혹은 산화제의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 적어도, 상기 분산제에 포함되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물은 5 내지 30개, 혹은 7 내지 20개의 벤젠 고리가 각각 포함된 폴리 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기가 하나 이상 도입된 구조를 갖는 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 복수 종 포함하며, 이러한 혼합물 중의 폴리 방향족 탄화수소 산화물은 상술한 분자량 분포, 즉, 분자량 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 산화물이 전체 혼합물의 약 60 중량% 이상으로 되는 분자량 분포를 갖게 된다. Specifically, the mixture of polyaromatic hydrocarbon oxides obtained by this method has a molecular weight of about 300 to 1000, or about 300 to 700, as measured by MALDI-TOF MS, of at least about 60% by weight, or about 65% By weight or more, or about 70 to 95% by weight. The specific kind, structure, and distribution of the polyaromatic hydrocarbon oxides contained in such a mixture may vary depending on the type and origin of the pitch of the raw material, the kind of the oxidizing agent, and the like. However, at least the mixture of polyaromatic hydrocarbon oxides contained in the dispersing agent is a polyaromatic hydrocarbon having a structure in which at least one oxygen-containing functional group is introduced into a polyaromatic hydrocarbon each containing 5 to 30, or 7 to 20 benzene rings The polyaromatic hydrocarbon oxide in such a mixture has a molecular weight distribution in which the above-mentioned molecular weight distribution, that is, an oxide having a molecular weight of about 300 to 1000, or about 300 to 700, is at least about 60 wt% do.

이때, 상기 산소 함유 작용기의 종류는 피치 등의 산화 공정에서 사용되는 산화제의 종류 등에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 및 술폰산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 될 수 있다. At this time, the type of the oxygen-containing functional groups may vary depending on the kind of the oxidizing agent used in the oxidation process such as pitch, and the like, but may be one or more selected from the group consisting of a hydroxyl group, an epoxy group, a carboxyl group, .

상술한 구조적 특성 및 분자량 분포 등을 충족하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들과, 이들의 혼합물은 방향족 고리들이 모인 소수성 π- 도메인과, 상기 방향족 고리 등에 결합된 산소 함유 작용기들에 의한 친수성 영역을 동시에 가질 수 있다. 이들 중 소수성 π- 도메인은 상술한 금속 함유 층상 구조 화합물 등의 표면과 상호 작용을 할 수 있으며, 친수성 영역은 각각의 층상 구조 화합물 입자들 간의 반발력이 발현되도록 할 수 있다. 그 결과, 상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물을 포함하는 상술한 분산제는 수용매나 극성 유기 용매 등 액상 매질 내에서 층상 구조 화합물의 분자들 사이에 존재하여 이러한 층상 구조 화합물을 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 상기 분산제는 상대적으로 작은 양이 사용되더라도 상기 층상 구조 화합물을 보다 균일하게 분산시키는 우수한 분산력을 나타낼 수 있음이 확인되었다. The polyaromatic hydrocarbon oxides satisfying the above-mentioned structural characteristics and molecular weight distribution and the like and the mixture thereof can simultaneously have a hydrophobic? -Domain in which aromatic rings are gathered and a hydrophilic region by oxygen-containing functional groups bonded to the aromatic ring or the like have. Among these, the hydrophobic? -Domain can interact with the surface of the metal-containing layered compound or the like, and the hydrophilic region can cause the repulsion between the respective layered compound particles to be expressed. As a result, the above-described dispersing agent comprising a mixture of the polyaromatic hydrocarbon oxides is present between the molecules of the layered compound in a liquid medium such as a water solvent or a polar organic solvent to uniformly disperse the layered compound. Therefore, it has been confirmed that the dispersant can exhibit an excellent dispersing ability to disperse the layered structural compound more uniformly even if a relatively small amount is used.

더구나, 상술한 분산제는 산소 함유 작용기 등에 의한 친수성 영역의 존재로 인해 그 자체로 수용성을 나타낼 수 있으므로, 친환경적인 수용매 내에서도 상기 층상 구조 화합물을 균일하게 분산시킬 수 있다. 특히, 상기 분산제는 친환경적인 수용매뿐 아니라, 다양한 극성 유기 용매 내에서, 상기 층상 구조 화합물을 균일하게 분산시킬 수 있는 우수한 분산력을 나타냄이 확인되었다. Furthermore, the above-mentioned dispersant can exhibit water solubility by itself due to the presence of a hydrophilic region by an oxygen-containing functional group or the like, so that the layered structural compound can be uniformly dispersed even in an environmentally friendly water solvent. Particularly, it has been confirmed that the above-mentioned dispersant exhibits an excellent dispersing power capable of uniformly dispersing the layered compound in various polar organic solvents as well as an environmentally friendly water solvent.

이러한 분산제의 우수한 분산력으로 인해, 일 구현예의 제조 방법에서 원료인 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소 함유 층상 구조 화합물을 보다 균일하게 분산시킬 수 있게 된다. 따라서, 이러한 최적화된 분산 상태로 원료를 박리함으로서, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 다양한 층상 구조 화합물의 나노시트가 더욱 용이하게 제조될 수 있다. Due to the excellent dispersing ability of such a dispersing agent, it becomes possible to more uniformly disperse the transition metal element as a starting material or the layered structural compound containing a metal element after the metal element in the manufacturing method of one embodiment. Therefore, nanosheets of various layered compound having a thinner thickness and a larger area can be more easily produced by stripping off the raw material in such an optimized dispersion state.

한편, 상술한 분산제는 이에 포함된 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 원소 분석하였을 때, 전체 혼합물에 포함된 산소 함량이 전체 원소 함량의 약 12 내지 50 중량%, 혹은 약 15 내지 45 중량%로 될 수 있다. 이러한 산소 함량은 상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물에서 산화 공정에 의해 산소 함유 작용기가 도입된 정도를 반영하는 것으로서, 이러한 산소 함량의 충족에 따라 상술한 친수성 영역이 적절한 정도로 포함될 수 있다. 그 결과, 상술한 일 구현예의 방법에서 이러한 분산제를 사용해 원료인 층상 구조 화합물을 보다 균일하게 분산시키고 이로부터 얇은 두께를 갖는 나노시트를 더욱 효과적으로 얻을 수 있다. On the other hand, when the above-mentioned dispersant is subjected to an elemental analysis of a plurality of polyaromatic hydrocarbon oxides contained therein, the oxygen content of the whole mixture is about 12 to 50 wt%, or about 15 to 45 wt% of the total element content . This oxygen content reflects the degree to which the oxygen-containing functional groups have been introduced by the oxidation process in the polyaromatic hydrocarbon oxide, and the hydrophilic region described above can be appropriately included depending on the satisfaction of such oxygen content. As a result, in the method of one embodiment described above, it is possible to more uniformly disperse the layered structural compound as a raw material by using such a dispersant, and to obtain nanosheets having a thin thickness therefrom more effectively.

상기 산소 함량은 상술한 혼합물에 포함된 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 원소 분석하여 산출할 수 있다. 즉, 상기 혼합물 시료(예를 들어, 약 1mg)를, 예를 들어, 얇은 호일 위에서 약 900℃ 내외의 고온으로 가열하면 호일이 순간적으로 녹으면서 그 온도가 약 1500 내지 1800℃까지 상승할 수 있고, 이러한 고온에 의해 상기 혼합물 시료로부터 기체가 발생하여 이를 포집 및 원소 함량을 측정 및 분석할 수 있다. 이러한 원소 분석 결과, 상기 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물에 포함된 탄소, 산소, 수소 및 질소의 총 원소 함량이 측정 및 분석될 수 있고, 이러한 총 원소 함량에 대한 산소 함량을 구할 수 있다. The oxygen content can be calculated by elemental analysis of plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides contained in the above mixture. That is, if the mixture sample (for example, about 1 mg) is heated to a high temperature, for example, about 900 ° C on a thin foil, the foil may instantaneously melt and its temperature may rise to about 1500 to 1800 ° C , Gas can be generated from the mixture sample by such a high temperature, and the trapping and the element content can be measured and analyzed. As a result of this elemental analysis, the total element content of carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen contained in the plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides can be measured and analyzed, and the oxygen content with respect to the total element content can be obtained.

한편, 상술한 분산제는 산화제의 존재 하에, 분자량 약 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물을 산화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. On the other hand, the above-mentioned dispersant can be prepared by a method comprising oxidizing a mixture containing polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight of about 200 to 1500 in the presence of an oxidizing agent.

이미 상술한 바와 같이, 석유 또는 석탄 등 화석 연료의 정제 과정에서 찌꺼기 등으로 배출되는 피치는 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함하고, 점성을 띠거나 분말 형태를 갖는 혼합물 상태로 될 수 있다. 물론, 피치의 원료나 유래 등에 따라 상기 폴리 방향족 탄화수소의 구체적 종류, 구조, 조성비 또는 분자량 분포 등이 달라질 수 있지만, 상기 피치는, 예를 들어, 5 내지 50개의 방향족 고리, 예를 들어, 벤젠 고리가 구조 중에 포함된 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함할 수 있으며, 대체로 분자량 약 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제의 제조 방법에서 출발 물질로 사용되는 분자량 약 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물(예를 들어, 피치)은 이러한 분자량 범위의 폴리 방향족 탄화수소들을 약 80 중량% 이상, 혹은 약 90 중량% 이상의 함량으로 포함할 수 있다. As already mentioned above, the pitch discharged from the residue in the refining process of fossil fuels such as petroleum or coal may include a plurality of polyaromatic hydrocarbons and may be in a mixture state having a viscous or powdery form. Of course, the specific kind, structure, compositional ratio, or molecular weight distribution of the polyaromatic hydrocarbon may vary depending on the raw material or the origin of pitch, but the pitch may be, for example, 5 to 50 aromatic rings, May contain a plurality of polyaromatic hydrocarbons contained in the structure and may include polyaromatic hydrocarbons generally having a molecular weight of about 200 to 1500. For example, a mixture (e.g., pitch) comprising polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight of about 200 to 1500 used as a starting material in the method of preparing the dispersant may comprise about 80 wt% or more of polyaromatic hydrocarbons in the molecular weight range, About 90% by weight or more.

그런데, 이러한 피치 등 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물에 대해 산화제를 사용한 산화 공정을 거치게 되면, 상기 피치에 포함된 폴리 방향족 탄화수소들 중에 지나치게 큰 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들이 분해되고, 비교적 좁은 분자량 분포를 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 혼합물이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 약 1000, 혹은 약 700을 초과하는 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들이 작은 분자량을 갖는 것으로 분해될 수 있다. 또한, 이와 함께 각 폴리 방향족 탄화수소의 방향족 고리에 하나 이상의 산소 함유 작용기가 도입되면서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 복수 종 포함하는 혼합물, 다시 말해서 일 구현예의 방법에서 사용되는 분산제가 매우 간단하게 제조될 수 있다. However, when an oxidation process using an oxidizing agent is applied to a mixture containing polyaromatic hydrocarbons such as pitch, polyaromatic hydrocarbons having an excessively large molecular weight among the polyaromatic hydrocarbons contained in the pitch are decomposed and a polyaromatic hydrocarbon having a relatively narrow molecular weight distribution Mixtures of polyaromatic hydrocarbons can be obtained. For example, polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight greater than about 1000, or greater than about 700, can be decomposed to have small molecular weights. Also, with the introduction of one or more oxygen-containing functional groups into the aromatic ring of each polyaromatic hydrocarbon, a mixture comprising a plurality of polyaromatic hydrocarbon oxides, i. E. The dispersant used in the method of one embodiment, can be prepared very simply .

이러한 분산제의 제조 방법에서, 산화제는 그 종류가 특히 제한되지 않고 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기를 도입하는 산화 반응을 일으킬 수 있는 것이라면 별다른 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 이러한 산화제의 구체적인 예로는, 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2), 암모늄 세륨 (IV) 황산염 (Ammonium cerium(IV) sulfate; (NH4)4Ce(SO4)4) 또는 암모늄 세륨 (IV) 질산염 (Ammonium cerium(IV) nitrate; (NH4)2Ce(NO3)6) 등을 들 수 있고, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있음은 물론이다. In the method for producing such a dispersant, the oxidizing agent is not particularly limited in its kind, and can be used without any limitation as far as it can cause an oxidation reaction to introduce oxygen-containing functional groups into aromatic hydrocarbons. Specific examples of such oxidizing agent is nitric acid (HNO 3), sulfuric acid (H 2 SO 4), hydrogen peroxide (H 2 O 2), ammonium cerium (IV) sulfate (Ammonium cerium (IV) sulfate; (NH 4) 4 Ce ( SO 4) 4) or ammonium cerium (IV) nitrate (ammonium cerium (IV) nitrate; that (NH 4) 2 Ce (NO 3) 6) and the like, may be of two or more thereof selected among these are Of course.

그리고, 이러한 산화 단계는 수용매 내에서, 약 10 내지 110℃의 반응 온도 하에 약 0.5 내지 20 시간 동안 진행될 수 있다. 구체적인 예에서, 황산 및/또는 질산 등의 용액상 산화제의 존재 하에, 상기 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물을 일정량 첨가하고, 상온, 예를 들어, 약 20℃ 혹은 80℃에서 약 1 내지 12 시간 동안 상기 산화 단계를 진행할 수 있다. 이러한 산화 단계의 반응 온도 또는 시간 등을 조절함에 따라, 상술한 분산제의 특성, 예를 들어, 폴리 방향족 탄화수소들이 산화되는 정도 등을 적절히 조절하여 원하는 특성을 갖는 분산제를 제조할 수 있다. This oxidation step may be carried out in a water solvent at a reaction temperature of about 10 to 110 DEG C for about 0.5 to 20 hours. In a specific example, a certain amount of the mixture containing the polyaromatic hydrocarbons is added in the presence of a solution phase oxidizing agent such as sulfuric acid and / or nitric acid, and the mixture is stirred at room temperature, for example, at about 20 DEG C or 80 DEG C for about 1 to 12 hours Oxidation step can proceed. By controlling the reaction temperature or time of the oxidation step, a dispersant having desired characteristics can be prepared by appropriately controlling the properties of the dispersant, for example, the degree of oxidation of the polyaromatic hydrocarbons.

또한, 이미 상술한 바와 같이, 상기 제조 방법의 출발 물질로 되는 분자량 약 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물은 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치(pitch)에서 유래할 수 있으며, 이러한 원료 등의 종류에 따라, 상기 폴리 방향족 탄화수소들의 종류, 구조 또는 분자량 분포 등은 서로 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 피치 등에서 유래한 분자량 약 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물에 대해 산화 공정을 진행함에 따라, 상기 금속 함유 층상 구조 화합물에 대해 우수한 분산력을 나타내는 상술한 분산제가 간단히 제조될 수 있다. Further, as already mentioned above, the mixture containing the polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight of about 200 to 1500 as a starting material of the above-mentioned production method may originate from a pitch obtained from the fossil fuel or its product, Depending on the kind, the kind, structure or molecular weight distribution of the polyaromatic hydrocarbons may be different from each other. Nevertheless, as the oxidation process is proceeded for a mixture containing polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight of about 200 to 1500 derived from the above-mentioned pitch and the like, the above-mentioned dispersant exhibiting an excellent dispersing ability for the metal-containing layered compound can be simply produced have.

한편, 상술한 제조 방법은, 산화 단계 후에, 그 결과물을 정제하여 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 얻는 단계를 더 포함할 수 있고, 이러한 정제 단계는 산화 단계의 결과물을 원심분리하는 단계를 포함하여 진행될 수 있다. 이러한 정제 단계의 진행으로, 이미 상술한 분자량 분포 등을 충족하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물을 보다 순도 높고 적절하게 얻을 수 있으며, 이를 포함하는 분산제를 사용해 일 구현예의 방법으로 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물의 나노시트를 더욱 효과적으로 제조할 수 있다. On the other hand, the above-mentioned production method may further include a step of purifying the resultant after the oxidation step to obtain a mixture of plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides, wherein the purification step comprises centrifuging the result of the oxidation step ≪ / RTI > With the progress of the purification step, it is possible to obtain a mixture of polyaromatic hydrocarbon oxides satisfying the above-mentioned molecular weight distribution and the like at a higher purity and suitably, and by using the dispersant containing the same, The nanosheet can be produced more effectively.

한편, 일 구현예의 나노시트 제조 방법에서, 상기 분산액을 형성 및 제공한 후에는, 소정의 구조를 갖는 고압 균질기(High Pressure Homogenizer)에 상기 분산액을 연속적으로 통과시켜, 분산액에 포함된 금속 함유 층상 구조 화합물을 박리할 수 있으며, 이를 통해 나노시트를 적절히 제조할 수 있다. On the other hand, in the nanosheet manufacturing method of one embodiment, after the dispersion is formed and provided, the dispersion is continuously passed through a high pressure homogenizer having a predetermined structure to form a metal-containing layer The structural compound can be peeled off, and the nanosheets can be appropriately prepared through this.

기존에는 볼밀 또는 초음파 조사기를 사용하여 상기 박리 공정을 진행하는 방법이 알려진 바 있다. 그러나, 이미 상술한 바와 같이, 이러한 기존의 방법으로는 보다 얇은 두께 및 대면적의 나노시트를 수율 높게 제조하기가 어려웠다. Conventionally, a method of performing the peeling process using a ball mill or an ultrasonic wave irradiator is known. However, as already mentioned above, with this conventional method, it has been difficult to produce nanosheets of a thinner thickness and a larger area at a higher yield.

이에 비해, 고압 균질기를 사용한 박리 공정을 진행할 경우, 보다 얇고 균일한 두께와, 비교적 넓은 면적을 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트를 용이하게 양산할 수 있어서 상술한 기존 방법의 문제점을 해결할 수 있는 것으로 확인되었다. On the contrary, when the peeling step using the high-pressure homogenizer is performed, it is possible to easily produce nanosheets of a layered compound having a thinner, uniform thickness and a relatively large area, thereby solving the problems of the existing methods described above .

도 1에는 일 구현예의 나노시트 제조 방법에서 사용 가능한 고압 균질기의 원리를 나타내는 개략적인 모식도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of a high pressure homogenizer usable in the nanosheet production method of one embodiment.

도 1을 참고하면, 고압 균질기는 원료의 유입부와, 나노시트 플레이크 등 박리 결과물의 유출부와, 상기 유입부와 유출부 사이를 연결하며 마이크로미터 스케일의 직경을 갖는 미세 유로를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 고압 균질기의 유입부를 통해, 예를 들어, 약 500 내지 3000 bar의 고압을 인가하면서 층상 구조 화합물을 포함하는 분산액 상태의 원료를 유입시키면, 이러한 원료가 미크론(㎛) 스케일, 예를 들어, 약 50 내지 300 ㎛, 혹은 약 50 내지 200㎛의 직경을 갖는 미세 유로를 통과하면서, 이러한 원료의 속도가 초음속으로 가속되며 높은 전단력(shear force)이 인가될 수 있다. 1, the high-pressure homogenizer includes a microfluidic channel having a micrometer scale diameter and connecting the inlet portion of the raw material, the outflow portion of the peeled product such as nanosheet flake, and the inflow portion and the outflow portion, Lt; / RTI > When a feedstock in the form of a dispersion containing a layered compound is introduced through the inlet of such a high pressure homogenizer while applying a high pressure of, for example, about 500 to 3,000 bar, the feedstock may have a micron (um) scale, While passing through a microfluidic channel having a diameter of about 50 to 300 占 퐉, or about 50 to 200 占 퐉, the speed of such a raw material can be accelerated to supersonic speed and a high shear force can be applied.

이러한 미세 유로의 통과 과정에서, 상기 유입부에서는 고압에 의해 발생하는 층상 구조 화합물들 상의 충돌로 인해, 이러한 층상 구조 화합물들이 2차원 판상 형태의 작은 플레이크 형태로 분쇄될 수 있고, 이러한 플레이크들이 미세 유로를 통과하는 과정에서, 빠른 유속과, 상기 2차원 판상 플레이크의 in-plane surface에서 발생하는 전단력으로 인해, 상기 2차원 판상 플레이크 등의 형태를 갖는 층상 구조 화합물에 대한 추가적 박리가 진행될 수 있다. 그리고, 유출부 측에서는 공동 현상(cavitation)으로 인해 상기 박리된 결과물, 예를 들어 나노시트 플레이크 등의 형태를 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트가 균일하게 분산될 수 있다. In the course of the passage of the microfluidic channels, due to the collision on the layered compounds caused by the high pressure at the inlet, these layered compounds can be crushed into a small flake form in the form of a two-dimensional plate, The additional peeling of the layered structural compound having the form of the two-dimensional flaky flake or the like can proceed due to the rapid flow rate and the shear force generated on the in-plane surface of the two-dimensional flaky flake. On the outlet side, the nanosheets of the layered compound having the form of the peeled product, for example, nanosheet flake, can be uniformly dispersed due to cavitation.

그 결과, 보다 얇은 두께 및 대면적을 갖는 전이금속 또는 전이후 금속을 갖는 다양한 층상 구조 화합물의 나노시트가 감소된 결함을 가지면서 높은 수율로 매우 용이하게 제조될 수 있다. As a result, nanosheets of various layered compounds having a thinner and larger area transition metal or a pre-metal can be prepared very easily with a high yield, with reduced defects.

한편, 상술한 일 구현예의 나노시트 제조 방법은, 상기 나노시트를 형성한 후에, 이를 포함하는 분산액으로부터 나노시트를 회수 및 건조하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 상기 회수 단계는 원심 분리, 감압 여과 또는 가압 여과로 진행될 수 있다. 또, 상기 건조 단계는 약 30 내지 200℃의 온도 하에 진공 건조하여 진행될 수 있다. Meanwhile, the nanosheet manufacturing method of one embodiment may further include a step of recovering and drying the nanosheet from the dispersion containing the nanosheet after the nanosheet is formed, and the recovering step may include centrifugation, Or by pressure filtration. The drying step may be conducted by vacuum drying at a temperature of about 30 to 200 ° C.

상술한 일 구현예의 방법에 따르면, 상기 층상 구조 화합물의 각 분자층 두께에 대응하는 매우 얇은 두께 및 비교적 큰 면적(직경)을 갖는 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물들의 나노시트가 높은 수율로 용이하게 양산될 수 있다. According to the method of one embodiment described above, nanosheets of various metal-containing layered compounds having a very thin thickness and a relatively large area (diameter) corresponding to the respective molecular layer thicknesses of the layered compound are easily mass-produced at a high yield .

예를 들어, 이러한 나노시트를 층상 구조 화합물의 하나 이상의 분자층이 적층된 플레이크, 플레이트 또는 시트 등의 다양한 형태를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 1 내지 50nm, 혹은 약 1 내지 25nm, 혹은 약 5 내지 20nm의 두께를 갖는 나노시트 플레이크의 형태로서 주로 제조될 수 있다. 더 나아가, 이러한 나노시트 플레이크는 약 0.1 내지 10㎛, 혹은 약 0.1 내지 5㎛의 큰 직경을 가질 수 있다. 또, 상기 나노시트 플레이크는 두께 대비 면적(직경)이 매우 크게되어, 약 50 내지 10000, 혹은 약 50 내지 6000, 혹은 약 50 내지 1000의 직경/두께비를 가질 수 있다. 이때, 상기 나노시트 플레이크의 "직경"이라 함은 "나노시트 플레이크의 각 입자를 가장 넓은 면적을 갖는 평면상에서 보았을 때, 각 입자의 평면상의 임의의 두 점을 연결하는 직선 거리 중 최장 거리"로 정의될 수 있다.For example, such nanosheets can have various forms, such as flakes, plates or sheets, in which one or more molecular layers of a layered compound are laminated, more specifically about 1 to 50 nm, or about 1 to 25 nm, or about Can be mainly manufactured in the form of nanosheet flakes having a thickness of 5 to 20 nm. Further, such nanosheet flakes can have a large diameter of about 0.1 to 10 占 퐉, or about 0.1 to 5 占 퐉. The nanosheet flakes can have a diameter / thickness ratio of about 50 to 10000, or about 50 to 6000, or about 50 to 1000, because the area (diameter) of the nanosheet flakes is very large. Here, the "diameter" of the nanosheet flake refers to "diameter " of the nanosheet flake as " the longest distance among straight lines connecting two arbitrary points on the plane of each particle when viewed on a plane having the widest area & Can be defined.

이와 같이, 일 구현예의 방법으로 보다 얇은 두께 및 큰 면적을 갖는 다양한 금속 함유 층상 구조 화합물의 나노시트가 제조됨에 따라, 이러한 나노시트는 이의 우수한 전도성, 전기적 또는 반도체적 특성을 보다 극대화하여 발현할 수 있다. Thus, as nanosheets of various metal-containing layered compounds having thinner and larger areas are produced by the method of one embodiment, such nanosheets can be expressed by maximizing their excellent conductivity, electrical or semiconductor properties have.

이러한 나노시트의 우수한 특성으로 인해, FET 등의 반도체 소자, 고온 윤활제, 리튬 이온 전지의 전극 소재 또는 촉매재 등의 다양한 분야 및 용도에 사용될 수 있으며, 이외에도 금속 칼코젠 등 전이금속 또는 전이후 금속 함유 층상 구조 화합물의 나노시트가 적용될 수 있는 것으로 알려진 임의의 분야나 용도에 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
Because of the excellent properties of such nanosheets, they can be used in various fields and applications such as semiconductor devices such as FETs, high-temperature lubricants, electrode materials or catalyst materials of lithium ion batteries, etc. In addition, transition metals such as metal chalcogenides, Nanosheets of layered compounds can be used very advantageously for any field or application known to be applicable.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described in more detail through specific examples of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

제조예 1: 분산제의 제조 Production Example 1: Preparation of dispersant

포스코로부터 입수한 석유 부산물인 피치(pitch)에 대해 다음과 같은 산화 공정 및 정제 공정을 진행하여 제조예 1의 분산제를 제조하였다. The following oxidation and purification processes were carried out on pitch, which is an oil byproduct obtained from POSCO, to prepare the dispersant of Preparation Example 1.

먼저, 황산/질산의 혼합 용액 (부피비 3:1)의 75 ml에 피치 0.5 내지 1.5 g을 첨가하고, 70℃에서 약 3.5 시간 동안 산화 반응을 진행하였다. First, 0.5 to 1.5 g of a pitch was added to 75 ml of a mixed solution of sulfuric acid / nitric acid (volume ratio 3: 1), and the oxidation reaction was conducted at 70 캜 for about 3.5 hours.

이후, 상기 산화 반응이 진행된 피치 반응 용액을 상온으로 냉각시킨 후, 5배 가량 증류수로 희석시킨 다음, 약 3500 rpm에서 30분간 원심분리하였다. 이어서, 상등액을 제거하고, 동일량의 증류수를 넣고 재분산한 후에, 동일 조건에서 다시 원심분리하여 최종적으로 침전물을 회수하고 건조하였다. 이를 통해, 제조예 1의 분산제를 제조하였다. After the oxidation reaction, the pitch reaction solution was cooled to room temperature, diluted with distilled water five times, and centrifuged at about 3500 rpm for 30 minutes. Subsequently, the supernatant was removed, and the same amount of distilled water was added thereto and re-dispersed. Then, the supernatant was centrifuged again under the same conditions, and the precipitate was finally recovered and dried. Thus, the dispersant of Preparation Example 1 was prepared.

먼저, 이러한 분산제의 제조 과정 중 원료로 사용된 피치의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 도 2a 및 도 2b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)에 도시하였고, 제조예 1의 분산제의 분자량 분포를 마찬가지로 분석하여 도 3a 및 도 3b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)에 도시하였다. 이러한 분석은 MALDI-TOF mass spectrum 장비 (Ultraflex II, Bruker)를 사용하여, 상기 피치 또는 분산제를 matrix에 넣고 혼합한 후에 건조하여 진행하였다. First, the molecular weight distribution of the pitch used as a raw material in the process of producing such a dispersant was analyzed by MALDI-TOF mass spectrum and shown in FIGS. 2A and 2B (an enlarged view of the molecular weight range of 400 to 500) The molecular weight distribution was similarly analyzed and shown in Figs. 3A and 3B (an enlarged view of the molecular weight range of 400 to 500). This analysis was carried out by using the MALDI-TOF mass spectrum equipment (Ultraflex II, Bruker), mixing the pitch or dispersant into the matrix, mixing and drying.

상기 도 2a 및 도 2b(확대도)를 참고하면, pitch의 경우 분자량 200 내지 1500의 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들을 포함하는 것으로 확인되었고, 특히 도 2b의 확대도에서 분자량 14Da 간격으로 큰 피크들이 검출되는 것으로부터 서로 다른 개수의 방향족 고리(벤젠 고리)들을 갖는 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소들이 aliphatic hydrocarbon에 의하여 연결되어 있음이 확인되었다. 이에 비해, 도 3a 및 도 3b(확대도)를 참고하면, 제조예 1의 분산제는 폴리 방향족 탄화수소들에 각각 44Da과 16D의 간격으로 존재하는 큰 피크들이 관찰되었는데 이는 이러한 방향족 탄화수소들에 ?OOH, ?H 또는 ?O3H 등 산소 함유 작용기들이 도입된 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물 형태로 존재함을 증명하는 것으로, 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 분자량을 갖는 산화물들이 60 중량% 이상으로 포함됨이 확인되었다. Referring to FIGS. 2A and 2B (enlarged view), it has been confirmed that pitch includes polyaromatic hydrocarbons having a molecular weight of 200 to 1500, particularly peaks at a molecular weight of 14 Da in an enlarged view of FIG. It was confirmed that aliphatic hydrocarbons were connected to plural kinds of polyaromatic hydrocarbons having different numbers of aromatic rings (benzene rings). 3A and 3B (enlarged view), large peaks were observed in the dispersant of Production Example 1 at intervals of 44 Da and 16D in the polyaromatic hydrocarbons, respectively. This indicates that these aromatic hydrocarbons have? OOH, ? H or? O3H in the form of a mixture of polyaromatic hydrocarbon oxides into which oxygen-containing functional groups have been introduced such that oxides having a molecular weight of about 300 to 1000, or about 300 to 700, .

또한, 상기 원료로 사용된 pitch (상단) 및 제조예 1의 분산제 (하단)를 각각 13C CPMAS NMR (Varian 400MHz Solid-State NMR)로 분석하여, 그 분석 결과를 도 4에 비교하여 나타내었다. 도 4를 참고하면, pitch에서는 방향족 탄화수소의 탄소 유래 피크와, 일부 지방족 탄화수소의 탄소 유래 피크가 확인되었으나, 산소 함유 작용기의 존재는 확인되지 않았다. 이에 비해, 제조예 1의 분산제에 대한 NMR 분석 결과, 산소 함유 작용기의 피크가 확인되었다. 이러한 산소 함유 작용기의 종류는 에폭시기, 히드록시기 또는 카르복시기 등인 것으로 확인되었다. Pitch (upper) used as the raw material and dispersant (lower) used in Production Example 1 were analyzed by 13C CPMAS NMR (Varian 400MHz Solid-State NMR), respectively, and the results of the analysis are shown in FIG. 4, the carbon-derived peak of the aromatic hydrocarbon and the carbon-derived peak of the aliphatic hydrocarbon were confirmed in the pitch, but the presence of the oxygen-containing functional group was not confirmed. On the other hand, as a result of NMR analysis for the dispersant of Production Example 1, a peak of an oxygen-containing functional group was confirmed. The kind of oxygen-containing functional groups was confirmed to be an epoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like.

부가하여, 상기 원료로 사용된 pitch 및 제조예 1의 분산제를 각각 분말 상태로서 FT-IR (Agilent 660-IR)로 분석하여 그 분석 결과를 도 5에 비교하여 나타내었다. 이러한 도 5를 통해서도, 제조예 1의 분산제에서 산소 함유 작용기의 피크가 생성됨을 확인하였다.
In addition, the pitch used as the raw material and the dispersant of Production Example 1 were analyzed by FT-IR (Agilent 660-IR) as a powder state, respectively, and the results of the analysis are shown in comparison with FIG. 5, it was confirmed that a peak of an oxygen-containing functional group was produced in the dispersant of Production Example 1. [

제조예 2 내지 4: 분산제의 제조 Production Examples 2 to 4: Preparation of dispersant

포스코로부터 입수한 석유 부산물인 피치(pitch; 단, 제조예 1과는 다른 샘플의 피치 사용)를 사용하고, 산화 반응 시간을 각각 1 시간(제조예 2), 3.5 시간(제조예 3) 및 7 시간으로 달리한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 진행하여 제조예 2 내지 4의 분산제를 각각 제조하였다. (Production Example 2), 3.5 hours (Production Example 3) and 7 (Production Example 3), respectively, using the pitch, which is an oil byproduct obtained from POSCO (using a pitch of a sample different from that of Production Example 1) The dispersants of Production Examples 2 to 4 were prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the time was changed.

이러한 분산제를 제조예 1과 동일한 방법으로 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여, 도 6에 비교하여 함께 나타내었다. 도 6을 참고하면, 산화 시간의 증가에 따라, 분산제 중 분자량 약 1000, 혹은 약 700 초과의 성분(폴리 방향족 탄화수소 산화물)의 함량이 줄어들어, 분자량 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 보다 높은 함량으로 포함하는 혼합물 형태의 분산제가 얻어짐이 확인되었다.
These dispersants were analyzed by MALDI-TOF mass spectrum in the same manner as in Production Example 1, and are shown together in comparison with FIG. Referring to FIG. 6, as the oxidation time increases, the content of components (polyaromatic hydrocarbon oxides) of about 1,000 or more than about 700 in the dispersant is reduced, and the polyaromatics having a molecular weight of about 300 to 1000, It was confirmed that a dispersant in the form of a mixture containing a higher content of hydrocarbon oxides was obtained.

시험예 1: 분산제의 산소 함량 측정 Test Example 1: Measurement of oxygen content of dispersant

제조예 3 및 4에서 얻어진 분산제 시료약 1mg을 얇은 호일 위에서 약 900℃ 내외의 고온으로 가열하였다. 이때, 호일이 순간적으로 녹으면서 그 온도가 약 1500 내지 1800℃까지 상승하였으며, 이러한 고온에 의해 상기 시료로부터 기체가 발생하였다. 이러한 기체를 포집 및 원소 분석하여 탄소, 산소, 수소 및 질소의 각 원소 함량을 측정 및 분석하였다. 이러한 분석 결과는 각 분산제 제조를 위해 사용된 피치에 대한 분석 결과와 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
About 1 mg of the dispersant sample obtained in Preparation Examples 3 and 4 was heated to a high temperature of about 900 캜 on a thin foil. At this time, as the foil melted momentarily, the temperature rose to about 1500 to 1800 ° C, and gas was generated from the sample at such a high temperature. The contents of carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen were measured and analyzed by trapping and elemental analysis of these gases. The results of this analysis are shown in Table 1 below in comparison with the analysis results of the pitches used for the preparation of each dispersant.

시료명 Name of sample C(wt%) C (wt%) H(wt%) H (wt%) N(wt%) N (wt%) O(wt%) O (wt%) pitchpitch 95.595.5 4.54.5 - - - - 제조예 3Production Example 3 40.040.0 1.81.8 7.67.6 38.038.0 제조예 4Production Example 4 40.040.0 1.51.5 7.87.8 39.239.2

상기 표 1을 참고하면, 제조예 3 및 4의 분산제 중에는, 각 원소의 함량을 분석하였을 때 산소의 함량이 전체 원소 함량의 약 12 내지 50 중량%, 혹은 약 30 내지 40 중량%로 됨이 확인되었다.
Referring to Table 1, when the content of each element in the dispersant of Production Examples 3 and 4 was analyzed, it was confirmed that the oxygen content was about 12 to 50% by weight or about 30 to 40% by weight of the total element content .

실시예 1 및 2: MoS2 나노시트 플레이크의 제조 Examples 1 and 2: Preparation of MoS 2 nanosheet flakes

제조예 1에서 얻어진 분산제(PAO)가 0.015g이 분산되어 있는 수분산액 100ml에 MoS2의 층상 구조 화합물 0.1g을 첨가하여 분산액을 형성하였다. 이와 별도로, 폴리비닐피롤리돈 분산제(Polyvinylpyrrolidone Mw 58,000) 1.0g이 분산되어 있는 수분산액 500ml에 MoS2의 층상 구조 화합물 2.5g을 첨가하여 분산액을 형성하였다. 이러한 각각의 분산액을 약1600 bar의 고압으로 고압 균질기의 유입부에 유입시켜 약 75㎛ 두께의 미세 유로를 통과시켰으며, 이러한 과정을 10회 반복하였다. 이를 통해, 상기 실시예 1및 2의 MoS2 나노시트 플레이크를 제조하였다. 0.1 g of MoS 2 layered compound was added to 100 ml of an aqueous dispersion in which 0.015 g of the dispersant (PAO) obtained in Production Example 1 was dispersed, to form a dispersion. Separately, 2.5 g of the layered compound of MoS 2 was added to 500 ml of an aqueous dispersion in which 1.0 g of polyvinylpyrrolidone Mw 58,000 was dispersed to form a dispersion. Each of these dispersions was introduced into the inlet portion of the high-pressure homogenizer at a high pressure of about 1600 bar to pass a micro channel having a thickness of about 75 μm. This process was repeated ten times. Thus, the MoS 2 nanosheet flakes of Examples 1 and 2 were prepared.

도 7a의 (a)에는 원료로 사용된 박리 전의 MoS2의 층상 구조 화합물의 전자 현미경 사진을 도시하였다. 도 7b의 (a)와 (b)에는 제조예 1의 분산제를 사용하여 박리된 후의 실시예 1의 MoS2 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 도시하였다. 또, 도 7c의 (a) 및 (d)에는 폴리비닐피롤리돈 분산제를 이용하여 박리된 후의 실시예 2의 MoS2나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 도시하였다. 이러한 도 7c의 (a) 및 (d)를 참고하면, 매우 얇은 두께 및 큰 면적을 가지며, 결함이 최소화된 나노시트 플레이크가 매우 양호하게 형성되었음이 확인되었다. FIG. 7A shows electron microscope photographs of the layered structural compound of MoS 2 before stripping used as a raw material. FIGS. 7 (a) and 7 (b) show SEM and TEM photographs of the MoS 2 nanosheet flakes of Example 1 after being peeled off using the dispersant of Production Example 1, respectively. 7C and 7D are SEM and TEM photographs of the MoS 2 nanosheet flakes of Example 2 after peeling off with a polyvinylpyrrolidone dispersant, respectively. Referring to FIGS. 7 (a) and 7 (d), it was confirmed that nanosheet flakes having very thin thickness and large area and minimized defects were formed very well.

부가하여, 실시예 2의 나노시트 플레이크를 AFM 분석하여 그 결과를 도 8 에 각각 도시하였다. 이를 참고하면, 실시예 2의 나노시트 플레이크는 약 5 내지 20nm의 매우 얇은 두께 및 직경 100 내지 500 nm의 대면적을 갖는 것으로 확인되었다.
In addition, the nanosheet flakes of Example 2 were subjected to AFM analysis and the results are shown in Fig. 8, respectively. Referring to this, it was confirmed that the nanosheet flakes of Example 2 had a very thin thickness of about 5 to 20 nm and a large area of 100 to 500 nm in diameter.

실시예 3: Bi2Te3 나노시트 플레이크의 제조 Example 3: Preparation of Bi 2 Te 3 nanosheet flakes

MoS2의 층상 구조 화합물 대신 Bi2Te3 층상 구조 화합물 2.5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로, 폴리비닐피롤리돈 분산제를 사용해 실시예 3의 Bi2Te3 나노시트 플레이크를 제조하였다. Instead of the layer structure compound of MoS 2 in the same manner as in Example 2 except for using Bi 2 Te 3 layer structure compound 2.5g, the polyvinylpyrrolidone used in the money dispersant Example 3 Bi 2 Te 3 nanosheets flakes .

도 7a의 (b) 에는 원료로 사용된 박리 전의 Bi2Te3 의 층상 구조 화합물의 전자 현미경 사진을 도시하였다. 또, 도 7c의 (b) 및 (e)에는 박리된 후의 실시예 3의 Bi2Te3 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 도시하였다. 이러한 도 7c의 (b) 및 (e)를 참고하면, 매우 얇은 두께 및 큰 면적을 가지며, 결함이 최소화된 나노시트 플레이크가 매우 양호하게 형성되었음이 확인되었다. Fig. 7 (b) shows an electron micrograph of the layered structural compound of Bi 2 Te 3 used as a raw material before peeling. 7B and 7E show SEM and TEM photographs of the Bi 2 Te 3 nanosheet flake of Example 3 after peeling, respectively. Referring to FIGS. 7 (b) and 7 (e), it has been confirmed that nanosheet flakes having very thin thicknesses and large areas and minimizing defects are formed very well.

부가하여, 실시예 3의 나노시트 플레이크를 AFM 분석하여 그 결과를 도 9 에 도시하였다. 이를 참고하면, 실시예 3의 나노시트 플레이크는 약 5 내지 20nm의 매우 얇은 두께 및 직경 100 내지 500 nm의 대면적을 갖는 것으로 확인되었다.
In addition, the nanosheet flakes of Example 3 were subjected to AFM analysis and the results are shown in Fig. Referring to this, it was confirmed that the nanosheet flakes of Example 3 had a very thin thickness of about 5 to 20 nm and a large area of 100 to 500 nm in diameter.

실시예 4: NbSe2 나노시트 플레이크의 제조 Example 4: Preparation of NbSe 2 nanosheet flakes

MoS2의 층상 구조 화합물 대신 NbSe2 층상 구조 화합물 2.5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로, 폴리비닐피롤리돈 분산제를 사용해 실시예 4의 NbSe2 나노시트 플레이크를 제조하였다. Instead of the layer structure compound of MoS 2, NbSe 2 was prepared in the layered structure in the same manner as in Example 2 except for using the compound 2.5g, polyvinylpyrrolidone performed using the money dispersing agent of Example 4 NbSe 2 nanosheets flakes.

도 7a의 (c) 에는 원료로 사용된 박리 전의 NbSe2 의 층상 구조 화합물의 전자 현미경 사진을 도시하였다. 또, 도 7c의 (c) 및 (f)에는 박리된 후의 실시예 4의 NbSe2 나노시트 플레이크의 SEM 및 TEM 사진을 각각 도시하였다. 이러한 도 7c의 (c) 및 (f)를 참고하면, 매우 얇은 두께 및 큰 면적을 가지며, 결함이 최소화된 나노시트 플레이크가 매우 양호하게 형성되었음이 확인되었다. FIG. 7 (c) shows an electron micrograph of the layered structural compound of NbSe 2 used as a raw material before peeling. 7C and 7F are SEM and TEM photographs of the NbSe 2 nanosheet flake of Example 4 after peeling, respectively. Referring to FIGS. 7C and 7F, it was confirmed that nanosheet flakes having very thin thicknesses and large areas and minimizing defects were formed very well.

부가하여, 실시예 4의 나노시트 플레이크를 AFM 분석하여 그 결과를 도 10 에 각각 도시하였다. 이를 참고하면, 실시예 4의 나노시트 플레이크는 약 5 내지 20nm의 매우 얇은 두께 및 직경 100 내지 500 nm의 대면적을 갖는 것으로 확인되었다.
In addition, the nanosheet flakes of Example 4 were subjected to AFM analysis and the results are shown in Fig. 10, respectively. Referring to this, it was confirmed that the nanosheet flakes of Example 4 had a very thin thickness of about 5 to 20 nm and a large area of 100 to 500 nm in diameter.

Claims (13)

전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물과, 분산제를 포함한 분산액을 형성하는 단계; 및
상기 분산액을 연속적으로, 유입부와, 유출부와, 유입부와 유출부 사이를 연결하며 마이크로미터 스케일의 직경을 갖는 미세 유로를 포함하는 고압 균질기(High Pressure Homogenizer)에 통과시키는 단계를 포함하고,
상기 층상 구조 화합물은 전단력의 인가 하에 상기 미세 유로를 통과하면서 박리되어 나노시트로 형성되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
Forming a dispersion containing a layered compound having a transition metal element or a metal element after the transition and a dispersant; And
Passing the dispersion continuously through an inlet, an outlet, a high pressure homogenizer comprising a microchannel having a micrometer scale diameter connecting between the inlet and outlet, ,
Wherein the layered structural compound is formed as a nanosheet by being peeled off while passing through the micro flow path under the application of a shear force.
제 1 항에 있어서, 상기 층상 구조 화합물은 Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, Cu 및 Zr로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전이 금속 원소 또는 전이후 금속 원소를 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the layered structural compound is selected from the group consisting of Mo, Bi, Nb, W, Ti, Ta, Fe, Co, Ni, Ga, In, Re, Sn, Sb, Pb, A method for producing a nanostructure of a layered compound having at least one transition metal element or a transition metal element.
제 1 항에 있어서, 상기 층상 구조 화합물은 금속 칼코젠 화합물인 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the layered structural compound is a metal chalcogen compound.
제 3 항에 있어서, 상기 금속 칼코젠 화합물은 MoS2, MoSe2, MoTe2, Bi2Te3, Bi2Se3, Bi2Te3, NbS2, NbSe2, WS2, WSe2, NiTe2, TaS2, TaSe2, TiS2, MoWS2, MoWSe2, ReS2, ReSe2, SnSe2, SnTe2, Sb2Se3, PbSnS2, GaSe, GaTe, GaTe, CuS, GeSe, FeTe, FeTeSe, FeSe2, CoSe2, InS, InSe, InTe, In2Se3 및 ZrS2로 이루어진 군에서 선택되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the metal chalcogen compound is selected from the group consisting of MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3 , NbS 2 , NbSe 2 , WS 2 , WSe 2 , NiTe 2 , TaS 2, TaSe 2, TiS 2, MoWS 2, MoWSe 2, ReS 2, ReSe 2, SnSe 2, SnTe 2, Sb 2 Se 3, PbSnS 2, GaSe, GaTe, GaTe, CuS, GeSe, FeTe, FeTeSe, Wherein the layered compound is selected from the group consisting of FeSe 2 , CoSe 2 , InS, InSe, InTe, In 2 Se 3 and ZrS 2 .
제 1 항에 있어서, 상기 분산액은 수용매 또는 극성 유기 용매 내에 상기 층상 구조 화합물 및 분산제가 용해 또는 분산된 분산액인 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the dispersion is a dispersion in which the layered compound and the dispersant are dissolved or dispersed in a water solvent or a polar organic solvent.
제 1 항에 있어서, 상기 분산제는 파이렌계 유도체; 셀룰로우스계 고분자; 양이온계 계면활성제; 음이온계 계면활성제; 아라비아 검(Gum Arabic); n-도데실 b-D-말토사이드 (n-Dodecyl b-D-maltoside); 양쪽성 계면활성제; 폴리비닐피롤리돈계 고분자; 폴리에틸렌옥사이드계 고분자; 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 공중합체; 탄닌산; 또는 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물로서, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함한 혼합물;을 포함하는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the dispersant is selected from the group consisting of a pyrene-based derivative; Cellulosic polymers; Cationic surfactants; Anionic surfactants; Gum Arabic; n-Dodecyl bD-maltoside; Amphoteric surfactants; Polyvinylpyrrolidone type polymers; Polyethylene oxide type polymers; Ethylene oxide-propylene oxide copolymer; Tannic acid; Or a mixture of plural kinds of polyaromatic hydrocarbon oxides, wherein the mixture contains a polyaromatic hydrocarbon oxide having a molecular weight of 300 to 1000 in an amount of 60 wt% or more.
제 1 항에 있어서, 상기 미세 유로는 50 내지 300㎛의 직경을 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the microchannel has a diameter of 50 to 300 mu m.
제 1 항에 있어서, 상기 분산액은 500 내지 3000 bar의 압력 인가 하에 상기 고압 균질기의 유입부로 유입되어 미세 유로를 통과하는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein the dispersion liquid flows into an inlet portion of the high-pressure homogenizer under a pressure of 500 to 3000 bar and passes through a microchannel.
제 1 항에 있어서, 상기 나노시트는 1 내지 50nm의 두께를 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트 플레이크를 포함하는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the nanosheet comprises a nanosheet flake of a layered compound having a thickness of 1 to 50 nm.
제 10 항에 있어서, 상기 나노시트 플레이크는 0.1 내지 10㎛의 직경을 가지며, 50 내지 10000의 직경/두께비를 갖는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
11. The method of claim 10, wherein the nanosheet flake has a diameter of 0.1 to 10 mu m and a diameter / thickness ratio of 50 to 10,000.
제 1 항에 있어서, 상기 나노시트를 형성한 후에, 이를 포함하는 분산액으로부터 나노시트를 회수 및 건조하는 단계를 더 포함하는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 1, further comprising, after forming the nanosheet, recovering and drying the nanosheet from the dispersion containing the nanosheet.
제 11 항에 있어서, 상기 회수 단계는 원심 분리, 감압 여과 또는 가압 여과로 진행되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
12. The method of claim 11, wherein the recovering step is carried out by centrifugation, vacuum filtration or pressure filtration.
제 11 항에 있어서, 상기 건조 단계는 30 내지 200℃의 온도 하에 진공 건조하여 진행되는 층상 구조 화합물의 나노시트 제조 방법.
The method of claim 11, wherein the drying step is performed by vacuum drying at a temperature of 30 to 200 ° C.
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