KR20210054405A - Graphene oxide-carbon nanotube composite, manufacturing method for the same and cement paste comprising the same - Google Patents

Graphene oxide-carbon nanotube composite, manufacturing method for the same and cement paste comprising the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a graphene oxide-carbon nanotube composite, a method for preparing the same and cement paste including the same. The method for preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to the present invention includes the steps of: mixing carbon nanotubes (CNT), graphite, sodium nitrate (NaNO_3) and a solvent to prepare a first solution; agitating the first solution and adding potassium permanganate (KMnO_4) thereto; agitating the first solution containing the potassium permanganate added thereto, and adding distilled water thereto so as to prepare a second solution; heating the second solution; adding hydrogen peroxide (H_2O_2) to the heated second solution to prepare a third solution; adjusting pH of the third solution; and ultrasonicating the pH-adjusted third solution to obtain a graphene oxide-carbon nanotube composite. The graphene oxide-carbon nanotube composite shows improved dispersibility in cement paste, and the cement paste including the graphene oxide-carbon nanotube composite shows improved strength.

Description

그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트{GRAPHENE OXIDE-CARBON NANOTUBE COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND CEMENT PASTE COMPRISING THE SAME}Graphene oxide-carbon nanotube composite, manufacturing method thereof, and cement paste containing the same {GRAPHENE OXIDE-CARBON NANOTUBE COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND CEMENT PASTE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene oxide-carbon nanotube composite, a method of manufacturing the same, and a cement paste including the same.

일반적으로 건축 재료에 혼합되어 사용되었던 탄소나노튜브 혹은 그래핀옥사이드는 콘크리트 복합 재료에 있어서 충진 효과 혹은 수화 촉진에 도움이 되는 것으로 알려져 있어 이와 관련된 많은 연구가 이루어졌다.In general, carbon nanotubes or graphene oxide, which have been mixed and used in building materials, are known to be helpful in the filling effect or hydration acceleration in concrete composite materials, and thus many studies have been conducted in this regard.

이러한 연구의 결과로 다양한 탄소나노튜브의 합성법이나 그래핀옥사이드의 합성법이 제시되었으며, 이를 이용하는 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다.As a result of these studies, a method for synthesizing various carbon nanotubes or a method for synthesizing graphene oxide has been suggested, and studies are being conducted in various fields using the same.

선행 연구와 관련하여, 1991년 일본 NEC 연구소의 물리학자 이지마 스미오(Sumio Iijima)가 탄소나노튜브에 대해 보고한 이후 관련 원자 구조와 성능에 대해 많은 과학자들로부터 관심을 받게 되었다.Regarding the previous work, the atomic structure and performance of the carbon nanotubes concerned have attracted attention from many scientists since 1991, when Sumio Iijima, a physicist at the NEC Institute in Japan, reported on carbon nanotubes.

탄소나노튜브 관련 소재는 단일 벽 탄소나노튜브와 다중 벽 탄소나노튜브로 나뉘게 되며, 탄소나노튜브는 매우 높은 비표면적과 기계적 물성 및 우수한 열전도성, 전기적 특성을 가지는 것으로 알려져 있다.Materials related to carbon nanotubes are divided into single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, and carbon nanotubes are known to have very high specific surface area, mechanical properties, excellent thermal conductivity, and electrical properties.

건축 분야에서 시멘트 페이스트의 기계적 특성을 향상시키는 가장 이상적인 재료로서 탄소나노튜브는 우수한 성능을 충분히 보여주었지만, 가늘고 긴 형상을 가져 탄소나노튜브 분자 사이의 강한 인력 작용(Van der Waal force)으로 인해 물에서 쉽게 응집되고, 복잡한 구조로 인하여 분산성이 좋지 않다는 문제점 이 있었다. As the most ideal material for improving the mechanical properties of cement pastes in the field of construction, carbon nanotubes have sufficiently shown excellent performance, but they have an elongated shape, so that water due to the strong attraction between carbon nanotube molecules (Van der Waal force) It is easily agglomerated in, and there is a problem that the dispersibility is poor due to the complex structure.

이를 해결하기 위해 물리적 혹은 화학적 방식으로 탄소나노튜브를 분산시키는 연구가 진행되었으나, 이러한 방법은 많은 시간과 경제적 비용을 지출하게 되는 단점이 있다.To solve this problem, research has been conducted to disperse carbon nanotubes in a physical or chemical manner, but this method has a disadvantage in that a lot of time and economic cost are spent.

반면, 그래핀옥사이드의 경우 탄소나노튜브보다 수내 분산성이 우수하나, 시멘트 페이스트에 사용될 경우 탄소나노튜브에 비해 기계적 성능 증진이 떨어지는 것으로 알려져 있다.On the other hand, graphene oxide has better dispersibility in water than carbon nanotubes, but it is known that mechanical performance improvement is inferior to carbon nanotubes when used in cement paste.

그래핀옥사이드와 탄소나노튜브는 구조적 차이점으로 인하여 적절한 합성에 대해 알려진 바가 없으며, 적정 혼합비나 방법에 대해서도 알려진 바가 없다.Because of the structural differences between graphene oxide and carbon nanotubes, there is no known information about the proper synthesis, nor is known about the proper mixing ratio or method.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0027232호, "건축물의 친환경 마감재 첨가제, 이를 포함하는 마감재 조성물 및 건축물의 친환경 마감재"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0027232, "Eco-friendly finishing material additives for buildings, finishing material compositions containing them, and eco-friendly finishing materials for buildings" 대한민국 등록특허공보 제10-1425536호, "탄소나노튜브를 함유한 시멘트 복합재료의 제조방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-1425536, "Method of manufacturing cement composite material containing carbon nanotubes"

본 발명의 실시예는 분산성이 우수한 그래핀옥사이드와 기계적 물성이 우수한 탄소나노튜브를 합성하여 시멘트 페이스트 내 분산성과 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is a graphene oxide-carbon nanotube composite capable of improving dispersibility in a cement paste and strength of a cement paste by synthesizing graphene oxide having excellent dispersibility and carbon nanotubes having excellent mechanical properties, and a method for producing the same And it is intended to provide a cement paste containing the same.

본 발명의 실시예에 따르면, 분산성이 우수한 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 시멘트 페이스트에 포함하여, 시멘트 페이스트 내 고르게 분산된 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 의해 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, the strength of the cement paste may be improved by including the graphene oxide-carbon nanotube composite having excellent dispersibility in the cement paste, and the graphene oxide-carbon nanotube composite evenly dispersed in the cement paste. It is intended to provide a possible graphene oxide-carbon nanotube composite, a method of manufacturing the same, and a cement paste including the same.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래보다 낮은 온도에서 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브를 합성할 수 있어, 열 및 화학적 처리에 의한 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 중량 손실을 최소화할 수 있는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, graphene that can synthesize graphene oxide and carbon nanotubes at a lower temperature than conventional graphene can minimize the weight loss of graphene oxide-carbon nanotube composites due to heat and chemical treatment. It is intended to provide an oxide-carbon nanotube composite, a method for manufacturing the same, and a cement paste including the same.

본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 처리를 통해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 다층 구조를 단층화하여 분산성을 향상시킬 수 있는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, a graphene oxide-carbon nanotube composite capable of improving dispersibility by monolayering a multilayer structure of a graphene oxide-carbon nanotube composite through ultrasonic treatment, a method of manufacturing the same, and a cement comprising the same I want to provide a paste.

본 발명에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite), 질산나트륨(NaNO3) 및 용매(H2SO4)를 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 용액을 교반한 후 과망간산칼륨(KMnO4)을 첨가하는 단계; 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반한 후 증류수를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계; 상기 제2 용액을 가열하는 단계; 상기 가열된 제2 용액에 과산화수소(H2O2)를 첨가하여 제3 용액을 제조하는 단계; 상기 제3 용액의 pH를 조절하는 단계; 및 상기 pH가 조절된 제3 용액을 초음파 처리하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the method for producing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to the present invention, a first solution by mixing carbon nanotubes (CNT), graphite, sodium nitrate (NaNO 3 ) and a solvent (H 2 SO 4) Manufacturing a; Adding potassium permanganate (KMnO 4 ) after stirring the first solution; Preparing a second solution by stirring the first solution to which potassium permanganate is added and then adding distilled water; Heating the second solution; Preparing a third solution by adding hydrogen peroxide (H 2 O 2) to the heated second solution; Adjusting the pH of the third solution; And ultrasonicating the third solution whose pH is adjusted to prepare a graphene oxide-carbon nanotube composite.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량비는 1:1 내지 1:4일 수 있다.According to the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the carbon nanotube and graphite may be 1:1 to 1:4.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 제2 용액을 가열하는 단계는 90℃ 내지 100℃에서 수행될 수 있다.According to the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the step of heating the second solution may be performed at 90°C to 100°C.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 제3 용액을 염산(HCl)으로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to the manufacturing method of the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the step of washing the third solution with hydrochloric acid (HCl) may be further included.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 제3 용액의 pH는 6.5 내지 7.2로 조절할 수 있다.According to the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the pH of the third solution may be adjusted to 6.5 to 7.2.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 초음파 처리는 30분 내지 50분 동안 수행될 수 있다.According to the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic treatment may be performed for 30 to 50 minutes.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따르면, 상기 초음파 처리는 20kHz 내지 50kHz의 주파수로 수행될 수 있다.According to the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic treatment may be performed at a frequency of 20 kHz to 50 kHz.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 따라 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.The graphene oxide-carbon nanotube composite may be prepared according to the method of manufacturing the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 따르면, 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브가 화학적으로 결합하여 3차원 구조를 가질 수 있다.According to the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, the graphene oxide-carbon nanotube composite may have a three-dimensional structure by chemically bonding graphene oxide and carbon nanotubes.

본 발명에 따른 시멘트 페이스트는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 시멘트 및 물을 포함할 수 있다.The cement paste according to the present invention may include a graphene oxide-carbon nanotube composite, cement, and water according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 시멘트 페이스트에 따르면, 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 하이드록시기(-OH)에 의해 상기 물 속에서 분산될 수 있다.According to the cement paste according to an embodiment of the present invention, the graphene oxide-carbon nanotube composite may be dispersed in the water by a hydroxyl group (-OH).

본 발명의 실시예에 따른 시멘트 페이스트에 따르면, 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 상기 시멘트 페이스트의 전체 중량 대비 0.01중량% 내지 1중량%로 포함될 수 있다.According to the cement paste according to an embodiment of the present invention, the graphene oxide-carbon nanotube composite may be included in an amount of 0.01% to 1% by weight based on the total weight of the cement paste.

본 발명의 실시예에 따르면, 분산성이 우수한 그래핀옥사이드와 기계적 물성이 우수한 탄소나노튜브를 합성하여 시멘트 페이스트 내 분산성과 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, graphene oxide having excellent dispersibility and carbon nanotubes having excellent mechanical properties may be synthesized to improve dispersibility in cement paste and strength of cement paste.

본 발명의 실시예에 따르면, 분산성이 우수한 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 시멘트 페이스트에 포함하여, 시멘트 페이스트 내 고르게 분산된 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 의해 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the strength of the cement paste may be improved by including the graphene oxide-carbon nanotube composite having excellent dispersibility in the cement paste, and the graphene oxide-carbon nanotube composite evenly dispersed in the cement paste. I can.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래보다 낮은 온도에서 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브를 합성할 수 있어, 열에 의한 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 중량 손실을 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, graphene oxide and carbon nanotubes can be synthesized at a lower temperature than the conventional one, so that the weight loss of the graphene oxide-carbon nanotube composite due to heat can be minimized.

본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 처리를 통해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 다층 구조를 단층화하여 분산성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, dispersibility may be improved by monolayering the multilayer structure of the graphene oxide-carbon nanotube composite through ultrasonic treatment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래파이트와 탄소나노튜브가 결합된 모습을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브의 결합 모습을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 모습을 도시한 모식도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 모습을 도시한 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 비교예 및 실시예의 FT-IR(Fourier transformed infrared spectroscopy) 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 비교예 및 실시예의 연소 온도에 따른 열중량을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예의 자외선-가시광선(UV-vis) 스펙트럼의 흡광도를 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 비교예 및 실시예의 시멘트 페이스트 도포 시간에 따른 압축강도를 도시한 그래프이며, 도 9b는 본 발명의 비교예 및 실시예의 시멘트 페이스트 도포 시간에 따른 인장강도를 도시한 그래프이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a state in which graphite and carbon nanotubes are combined according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a bonding state of graphene oxide and carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a state of a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are transmission electron microscopy (TEM) images showing the shape of a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are graphs showing Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR) measurement results of Comparative Examples and Examples of the present invention.
7 is a graph showing the heat weight according to the combustion temperature of Comparative Examples and Examples of the present invention.
8 is a graph showing absorbance of ultraviolet-visible light (UV-vis) spectrum of Comparative Examples and Examples of the present invention.
9A is a graph showing the compressive strength according to the application time of the cement paste of Comparative Examples and Examples of the present invention, and FIG. 9B is a graph showing the tensile strength according to the application time of the cement paste of Comparative Examples and Examples of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” do not exclude the presence or addition of one or more other elements or steps to the mentioned elements or steps.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, "an embodiment", "example", "side", "example", etc. should be construed as having any aspect or design described better than or having an advantage over other aspects or designs. It is not.

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term'or' means an inclusive OR'inclusive or' rather than an exclusive OR'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or unless clear from context, the expression'x uses a or b'means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression ("a" or "an") used in this specification and claims generally means "one or more" unless otherwise stated or unless it is clear from the context that it relates to the singular form. Should be interpreted as.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as illustrative terms for describing embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, detailed meanings of the terms will be described in the corresponding description. Therefore, terms used in the following description should be understood based on the meaning of the term and the contents throughout the specification, not just the name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express an embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of users or operators, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

본 발명의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법은 탄소나노튜브와 그래파이트를 이용하여 화학적 처리를 통해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위한 것이다.The method for preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite of the present invention is to prepare a graphene oxide-carbon nanotube composite through chemical treatment using carbon nanotubes and graphite.

이를 통해 제조된 본 발명의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브가 화학적으로 결합하여 3차원 구조를 가질 수 있으며, 시멘트 페이스트 내에 포함되어 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있다.The graphene oxide-carbon nanotube composite of the present invention prepared through this may have a three-dimensional structure by chemically bonding graphene oxide and carbon nanotubes, and may be included in the cement paste to improve the strength of the cement paste. .

또한, 본 발명의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 시멘트 페이스트 내에서 기존의 탄소나노튜브보다 우수한 분산성을 가질 수 있어 시멘트 페이스트의 강도를 향상시키는데 기여할 수 있다.In addition, the graphene oxide-carbon nanotube composite of the present invention may have better dispersibility than conventional carbon nanotubes in the cement paste, thereby contributing to improving the strength of the cement paste.

이하, 본 발명의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 시멘트 페이스트를 도면을 통해 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the graphene oxide-carbon nanotube composite of the present invention, a method of manufacturing the same, and a cement paste including the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법은 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite), 질산나트륨(NaNO3) 및 용매를 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계(S110), 상기 제1 용액을 교반한 후 과망간산칼륨(KMnO4)을 첨가하는 단계(S120), 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반한 후 증류수를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계(S130), 상기 제2 용액을 가열하는 단계(S140), 상기 가열된 제2 용액에 과산화수소(H2O2)를 첨가하여 제3 용액을 제조하는 단계(S150), 상기 제3 용액의 pH를 조절하는 단계(S160) 및 상기 pH가 조절된 제3 용액을 초음파 처리하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계(S170)를 포함한다.The method for preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention includes preparing a first solution by mixing carbon nanotubes (CNT), graphite, sodium nitrate (NaNO 3 ), and a solvent ( S110), adding potassium permanganate (KMnO 4 ) after stirring the first solution (S120), preparing a second solution by adding distilled water after stirring the first solution to which the potassium permanganate was added ( S130), heating the second solution (S140), preparing a third solution by adding hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to the heated second solution (S150), and adjusting the pH of the third solution A step of controlling (S160) and a step (S170) of preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite by ultrasonicating the third solution whose pH is adjusted.

단계 S110은 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위한 탄소 원료인 탄소나노튜브와 그래파이트를 이용하여 제1 용액을 제조한다.In step S110, a first solution is prepared using carbon nanotubes and graphite, which are carbon raw materials for preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite.

종래에는 그래파이트. 그래핀옥사이드 또는 탄소나노튜브를 원료로 하여 복합체를 제조하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법은 그래파이트와 탄소나노튜브를 원료로 하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.Conventionally, graphite. While a composite is manufactured using graphene oxide or carbon nanotubes as a raw material, the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention uses graphite and carbon nanotubes as raw materials to produce graphene oxide-carbon. Nanotube composites can be prepared.

상기 그래파이트는 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 포함된 그래핀옥사이드가 되는 물질로, 단계 S170에서 수행하는 초음파 처리에 의해 그래핀옥사이드가 될 수 있다.The graphite is a material that becomes graphene oxide contained in the graphene oxide-carbon nanotube composite, and may be graphene oxide by ultrasonic treatment performed in step S170.

상기 탄소나노튜브는 매우 높은 비표면적, 우수한 기계적 물성, 우수한 열전도성 및 전기적 특성을 가지는 물질로, 건축 분야에서 시멘트 페이스트의 기계적 특성을 향상시키는 재료이다.The carbon nanotube is a material having very high specific surface area, excellent mechanical properties, excellent thermal conductivity, and electrical properties, and is a material that improves the mechanical properties of a cement paste in the field of construction.

실시예에 따라서, 상기 탄소나노튜브는 단일 벽 또는 다중 벽을 가지는 탄소나노튜브일 수 있다.According to an embodiment, the carbon nanotubes may be single-walled or multi-walled carbon nanotubes.

상기 질산나트륨은 산화제로, 그래파이트와 탄소나노튜브를 산화시켜 하이드록시기(-OH) 및 카르복시기(-COOH)를 각각 생성할 수 있다.The sodium nitrate is an oxidizing agent, and may generate a hydroxy group (-OH) and a carboxy group (-COOH) by oxidizing graphite and carbon nanotubes, respectively.

상기 용매는 고농도의 강산일 수 있으며, 상기 제1 용액에 강산 조건을 제공할 수 있다.The solvent may be a strong acid having a high concentration, and a strong acid condition may be provided to the first solution.

고농도의 강산인 상기 용매는 하이드록시기(-OH) 및 카르복시기(-COOH)가 생성된 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브가 서로 결합되도록 환경을 제공할 수 있다.The solvent, which is a high concentration of a strong acid, may provide an environment such that the graphite and the carbon nanotubes in which the hydroxy group (-OH) and the carboxy group (-COOH) are generated are bonded to each other.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래파이트와 탄소나노튜브가 결합된 모습을 도시한 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a state in which graphite and carbon nanotubes are combined according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 그래파이트(111) 및 탄소나노튜브(110)에 생성된 하이드록시기 및 카르복시기는 그래파이트(111)와 탄소나노튜브(110)의 결합기로, 그래파이트(111)와 탄소나노튜브(110)가 하이드록시기 및 카르복시기의 수소 결합으로 인해 서로 결합될 수 있다.Referring to FIG. 2, the hydroxy group and carboxyl group generated in the graphite 111 and the carbon nanotube 110 are a bonding group between the graphite 111 and the carbon nanotube 110, and the graphite 111 and the carbon nanotube ( 110) may be bonded to each other due to hydrogen bonding of the hydroxy group and the carboxy group.

또한, 고농도 강산의 상기 용매는 탄소나노튜브(110)를 절단할 수 있다.In addition, the solvent of a high concentration strong acid can cut the carbon nanotubes 110.

이는 탄소나노튜브(110)의 길이를 짧게 만들어 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브(110) 복합체의 분산성을 향상시키기 위함이다.This is to improve the dispersibility of the graphene oxide-carbon nanotube 110 composite by shortening the length of the carbon nanotube 110.

실시예에 따라서, 상기 용매는 95% 이상의 고농도 황산(H2SO4)일 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.Depending on the embodiment, the solvent may be 95% or more high concentration sulfuric acid (H 2 SO 4 ), but is not limited to the material.

본 발명의 설명에서는 설명의 편의를 위해 상기 용매의 일 실시예인 황산을 대표적인 예로 들어 설명하도록 한다.In the description of the present invention, for convenience of explanation, sulfuric acid, which is an embodiment of the solvent, will be described as a representative example.

다시 도 1을 참조하면, 상기 단계 S110에서 상기 제1 용액에 포함된 탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량 비율을 조절하여 수내 분산성이 우수한 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.Referring back to FIG. 1, in step S110, a graphene oxide-carbon nanotube composite having excellent dispersibility in water may be prepared by adjusting the weight ratio of carbon nanotubes and graphite contained in the first solution.

구체적으로, 상기 제1 용액에 포함된 탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량비는 1:1 내지 1:4일 수 있다.Specifically, the weight ratio of carbon nanotubes and graphite included in the first solution may be 1:1 to 1:4.

탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량비가 1:1 미만일 경우 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에서 그래핀옥사이드에 비해 탄소나노튜브의 수가 많아지면서 분산성이 저하되는 문제점이 생길 수 있다.When the weight ratio of carbon nanotubes and graphite is less than 1:1, the number of carbon nanotubes in the graphene oxide-carbon nanotube composite increases compared to graphene oxide, resulting in a problem in that dispersibility is deteriorated.

탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량비가 1:4를 초과할 경우 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에서 탄소나노튜브 대비 그래핀옥사이드의 수가 많아져, 탄소나노튜브의 부족으로 인해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 사용한 시멘트 페이스트의 기계적 물성, 강도 증진 효과가 충분히 향상되지 않는 문제점이 생길 수 있다.When the weight ratio of carbon nanotubes and graphite exceeds 1:4, the number of graphene oxides compared to carbon nanotubes in the graphene oxide-carbon nanotube composite increases, and due to the lack of carbon nanotubes, graphene oxide-carbon nanotubes There may be a problem in that the mechanical properties and strength enhancement effects of the cement paste using the composite are not sufficiently improved.

단계 S120은 상기 제1 용액을 교반하여 상기 그래파이트와 상기 탄소나노튜브가 고르게 혼합할 수 있다.In step S120, the first solution may be stirred to evenly mix the graphite and the carbon nanotubes.

이를 통해 상기 과망간산칼륨을 첨가하면서 그래파이트와 탄소나노튜브를 골고루 산화시킬 수 있으며, 그래파이트와 탄소나노튜브의 화학적 결합이 고르게 발생되도록 유도할 수 있다.Through this, while the potassium permanganate is added, graphite and carbon nanotubes can be oxidized evenly, and a chemical bond between graphite and carbon nanotubes can be induced to occur evenly.

실시예에 따라서, 상기 제1 용액을 교반하는 과정은 전자기 혼합기(electromagnetic mixer)를 이용하여 1,000rpm의 속도로 수행될 수 있다.According to an embodiment, the process of stirring the first solution may be performed at a speed of 1,000 rpm using an electromagnetic mixer.

상기 교반된 제1 용액에 첨가되는 과망간산칼륨은 강산화제로 상기 제1 용액에 포함된 그래파이트와 탄소나노튜브를 산화시킬 수 있다.Potassium permanganate added to the stirred first solution may be a strong oxidizing agent to oxidize graphite and carbon nanotubes contained in the first solution.

구체적으로, 상기 과망간산칼륨은 상기 단계 S110의 질산나트륨과 같이 그래파이트와 탄소나노튜브를 산화시켜 하이드록시기와 카르복시기를 생성할 수 있다.Specifically, the potassium permanganate may generate a hydroxy group and a carboxyl group by oxidizing graphite and carbon nanotubes like sodium nitrate in step S110.

이때, 본 발명에서는 하이드록시기 및 카르복시기가 생성된 탄소나노튜브도 탄소나노튜브로 통칭하도록 한다.At this time, in the present invention, carbon nanotubes in which hydroxyl groups and carboxyl groups are generated are also collectively referred to as carbon nanotubes.

상기 단계 S110의 질산나트륨과 상기 과망간산칼륨은 상기 단계 S110에서 제조된 제1 용액의 용매에 의한 강산 조건에서 더욱 강력한 산화 반응을 일으킬 수 있기 때문에 상기 그래파이트와 상기 탄소나노튜브를 산화시켜 하이드록시기와 카르복시기를 효과적으로 생성할 수 있다.Since the sodium nitrate and the potassium permanganate in the step S110 can cause a stronger oxidation reaction under a strong acid condition by the solvent of the first solution prepared in the step S110, the graphite and the carbon nanotubes are oxidized to form a hydroxyl group and a carboxyl group. Can be produced effectively.

상기 탄소나노튜브는 상기 과망간산칼륨에 의해 길이가 상대적으로 짧아지면서 분자 간 인력이 약해지게 되어 기존 탄소나노튜브보다 수내 분산성이 향상될 수 있다.As the length of the carbon nanotubes is relatively shortened by the potassium permanganate, the attractive force between molecules is weakened, so that dispersibility in water may be improved than that of the existing carbon nanotubes.

이에 따라, 상기 과망간산칼륨이 첨가된 제1 용액에는 하이드록시기 및 카르복시기에 의해 결합된 그래파이트 및 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.Accordingly, the first solution to which potassium permanganate is added may include graphite and carbon nanotubes bonded by a hydroxyl group and a carboxyl group.

단계 S130은 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반하여 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액 내에 그래파이트 및 탄소나노튜브를 고르게 분산시켜 그래파이트와 탄소나노튜브의 화학적 결합이 고르게 발생함에 따라 분산성이 높은 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.In step S130, the first solution to which potassium permanganate is added is stirred to evenly disperse graphite and carbon nanotubes in the first solution to which potassium permanganate is added, so that the chemical bonding between graphite and carbon nanotubes is evenly generated, so that the dispersibility is High graphene oxide-carbon nanotube composites can be prepared.

실시예에 따라서, 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반하는 과정은 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액이 담긴 용기를 얼음물에 담가 20℃ 이하의 환경을 조성한 후 전자기 혼합기(electromagnetic mixer)를 이용하여 2시간 동안 1,000rpm의 속도로 수행될 수 있다.According to an embodiment, the stirring of the first solution to which potassium permanganate is added is performed by immersing a container containing the first solution to which potassium permanganate is added to ice water to create an environment of 20° C. or less, and then using an electromagnetic mixer. It can be carried out at a speed of 1,000 rpm for 2 hours.

또한 실시예에 따라서, 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액이 담긴 용기를 얼음물로부터 빼낸 후 35℃의 온도에서 전자기 혼합기를 이용하여 30분 동안 추가 교반을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment, after the container containing the first solution to which potassium permanganate is added is removed from the ice water, additional stirring may be performed for 30 minutes using an electromagnetic mixer at a temperature of 35°C.

단계 S130은 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반한 후 증류수를 첨가하여 제2 용액을 제조할 수 있다.In step S130, after stirring the first solution to which potassium permanganate is added, distilled water may be added to prepare a second solution.

상기 증류수는 상기 그래파이트의 흑연 층 간에 존재하는 용매인 황산을 배출하고, 황산염을 가수분해하기 위한 용매이다.The distilled water is a solvent for discharging sulfuric acid, which is a solvent present between the graphite layers of the graphite, and hydrolyzing sulfate.

상기 제1 용액에서 사용된 강산의 용매는 상기 단계 S110 및 상기 단계 S120에 의해 상기 그래파이트의 흑연 층 사이에 존재할 수 있는데, 상기 증류수는 이러한 강산의 용매를 그래파이트의 흑연 층으로부터 배출할 수 있다.The solvent of the strong acid used in the first solution may exist between the graphite layer of the graphite by the steps S110 and S120, and the distilled water may discharge such a solvent of the strong acid from the graphite layer of the graphite.

또한, 상기 그래파이트의 흑연 층 사이에 존재하는 용매인 황산은 상기 증류수에 의해 가수분해되면서 증류수로부터 생성된 수산화 이온(OH-)이 황산수소이온(HSO4 -)과 교환되어 그래파이트 흑연 층의 탄소 원자와 수산화이온이 결합하고, 흑연 층의 층간 간격이 증류수에 의해 증가되며, 이는 후술할 단계 S170의 초음파 처리에 의해 그래파이트의 흑연 층 분리가 더욱 용이하도록 한다.Further, the solvent is sulfuric acid that is present between the graphite layers of the graphite while being hydrolyzed by the distilled water and the hydroxide ion produced from distilled water (OH -) the hydrogen sulfate ion (HSO 4 -) and an exchange of carbon atoms of graphite, the graphite layer And hydroxide ions are combined, and the interlayer spacing of the graphite layer is increased by distilled water, which makes it easier to separate the graphite layer of graphite by the ultrasonic treatment in step S170, which will be described later.

즉, 상기 수산화 이온은 그래파이트의 흑연 층 간에 존재하는 황산수소이온을 제거하고 그래파이트의 흑연 층 간에 존재하게 되고, 상기 증류수는 그래파이트의 층 간 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.That is, the hydroxide ions remove hydrogen sulfate ions present between graphite layers of graphite and exist between graphite layers of graphite, and the distilled water may serve to increase the distance between layers of graphite.

상기 초음파 처리에 의한 그래파이트의 흑연 층 분리에 대한 상세한 설명은 후술할 단계 S170에서 자세히 다루도록 한다.A detailed description of the separation of the graphite layer of graphite by the ultrasonic treatment will be described in detail in step S170 to be described later.

실시예에 따라서, 상기 단계 S130은 상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반한 후 증류수를 첨가한 다음 교반 과정을 더 수행하여 제2 용액을 제조할 수 있다.According to an embodiment, in step S130, the first solution to which potassium permanganate is added is stirred, then distilled water is added, and then a stirring process is further performed to prepare a second solution.

단계 S140은 상기 제2 용액을 가열하여, 상기 제2 용액에 포함된 상기 그래파이트 흑연 층 간에 존재하는 용매인 황산이 증류수에 의해 가수분해가 충분히 이루어지도록 하여 그래파이트의 층간 분리가 용이하도록 한다.In step S140, by heating the second solution, sulfuric acid, a solvent present between the graphite graphite layers included in the second solution, is sufficiently hydrolyzed by distilled water to facilitate the separation of the graphite layers.

구체적으로, 상기 단계 S140은 가수분해가 효과적으로 수행되도록 90℃ 내지 100℃에서 상기 제2 용액을 가열할 수 있다.Specifically, in step S140, the second solution may be heated at 90°C to 100°C so that hydrolysis is effectively performed.

이에 따라, 상기 가열된 제2 용액은 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 포함할 수 있다.Accordingly, the heated second solution may include a graphene oxide-carbon nanotube composite.

단계 S150은 상기 가열된 제2 용액에 잔여하는 과망간산칼륨을 제거하기 위해 과산화수소를 첨가하여 제3 용액을 제조할 수 있다.In step S150, a third solution may be prepared by adding hydrogen peroxide to remove potassium permanganate remaining in the heated second solution.

구체적으로, 상기 과산화수소는 상기 가열된 제2 용액에 과포화 상태로 잔여하는 과망간산칼륨을 제거할 수 있다.Specifically, the hydrogen peroxide may remove potassium permanganate remaining in a supersaturated state in the heated second solution.

단계 S160은 상기 제3 용액의 pH를 조절할 수 있다.Step S160 may adjust the pH of the third solution.

일반적으로 시멘트는 강염기성 상태이므로, 상기 단계 S160은 산성 상태의 제3 용액의 pH를 중성 상태로 조절하여 후술할 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 포함하는 시멘트 페이스트가 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 pH 조건에 의해 기계적 물성 및 성능에 영향을 끼치지 않도록 할 수 있다.In general, since the cement is in a strongly basic state, in step S160, the pH of the third solution in the acidic state is adjusted to a neutral state, so that the cement paste containing the graphene oxide-carbon nanotube complex, which will be described later, is graphene oxide-carbon nanotubes. The pH condition of the composite can be prevented from affecting the mechanical properties and performance.

구체적으로, 상기 제3 용액의 pH를 조절하는 단계는 상기 제3 용액에 염기성 용액을 첨가하여 pH를 중성으로 조절할 수 있다.Specifically, in the step of adjusting the pH of the third solution, the pH may be adjusted to neutral by adding a basic solution to the third solution.

실시예에 따라서, 상기 염기성 용액은 수산화나트륨(NaOH)일 수 있으나 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.Depending on the embodiment, the basic solution may be sodium hydroxide (NaOH), but is not limited to the material.

실시예에 따라서, 상기 단계 S160은 후술할 시멘트 페이스트 내에서 우수한 분산성을 가질 수 있도록 상기 제3 용액의 pH를 6.5 내지 7.2로 조절할 수 있다.According to an embodiment, in step S160, the pH of the third solution may be adjusted to 6.5 to 7.2 so as to have excellent dispersibility in the cement paste to be described later.

단계 S170은 상기 제3 용액을 초음파 처리하여 상기 제3 용액 내 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 분산성을 향상시킬 수 있다.Step S170 may improve the dispersibility of the graphene oxide-carbon nanotube composite in the third solution by ultrasonicating the third solution.

구체적으로, 상기 단계 S170은 초음파 처리를 통해 다층 구조의 그래파이트 흑연층을 박리시키고 단층 구조의 그래핀옥사이드 구조를 생성하여 최종적으로 분산성이 향상된 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.Specifically, in the step S170, a graphene oxide-carbon nanotube composite having improved dispersibility may be prepared by peeling the graphite graphite layer having a multilayer structure through ultrasonic treatment and generating a graphene oxide structure having a single-layer structure.

실시예에 따라서, 상기 초음파 처리는 30분 내지 50분 동안 수행될 수 있다.Depending on the embodiment, the ultrasonic treatment may be performed for 30 to 50 minutes.

상기 초음파 처리가 30분 미만으로 수행되면 그래파이트의 층간 박리가 충분히 일어나지 않아 단층 구조의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체가 잘 형성되지 않고 이로 인해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 분산성이 저하될 수 있다.If the ultrasonic treatment is performed for less than 30 minutes, the graphite layer does not sufficiently peel off, so that the single-layered graphene oxide-carbon nanotube composite is not well formed, and thus the dispersibility of the graphene oxide-carbon nanotube composite decreases I can.

상기 초음파 처리가 50분 초과하여 수행되면 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체가 분해되는 문제점이 발생할 수 있다.If the ultrasonic treatment is performed for more than 50 minutes, a problem in that the graphene oxide-carbon nanotube composite is decomposed may occur.

또한 실시예에 따라서, 상기 초음파 처리는 20kHz 내지 50kHz의 주파수로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 20kHz 이상 단위로 60~70W로 초음파 처리가 수행될 수 있다.In addition, according to an embodiment, the ultrasonic treatment may be performed at a frequency of 20 kHz to 50 kHz, and preferably, ultrasonic treatment may be performed at 60 to 70 W in units of 20 kHz or more.

상기 단계 S170은 상기 제3 용액을 초음파 처리한 후 여과 및 건조시켜 최종적으로 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 수득할 수 있다.In the step S170, the third solution is ultrasonicated, filtered, and dried to finally obtain a graphene oxide-carbon nanotube composite.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법은실시예에 따라서 상기 단계 S150 이후에 상기 제3 용액을 염산으로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an exemplary embodiment of the present invention may further include washing the third solution with hydrochloric acid after step S150 according to an exemplary embodiment.

상기 제3 용액을 염산으로 세척하여, 상기 제3 용액에 포함된 금속 이온 및 상기 황산을 제거할 수 있다.By washing the third solution with hydrochloric acid, metal ions and the sulfuric acid contained in the third solution may be removed.

실시예에 따라서, 상기 염산은 묽은 염산일 수 있으나 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.Depending on the embodiment, the hydrochloric acid may be dilute hydrochloric acid, but is not limited to the material.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법에 의해 제조된 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 도면과 함께 설명하도록 한다.Hereinafter, a graphene oxide-carbon nanotube composite manufactured by a method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브의 결합 모습을 도시한 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a bonding state of graphene oxide and carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 하이드록시기와 카르복시기를 포함하는 그래핀옥사이드 및 탄소나노튜브가 화학적으로 결합하여 카르보닐기(C=O)가 형성되면서 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체가 합성될 수 있다.Referring to FIG. 3, graphene oxide and carbon nanotubes including a hydroxy group and a carboxyl group are chemically bonded to each other to form a carbonyl group (C=O), so that a graphene oxide-carbon nanotube composite can be synthesized.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 모습을 도시한 모식도이다.4 is a schematic diagram showing a state of a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체(100)는 탄소나노튜브(110) 표면에 그래핀옥사이드(120)가 화학적 결합을 하여 3차원 구조를 가질 수 있다.4, the graphene oxide-carbon nanotube composite 100 according to the embodiment of the present invention may have a three-dimensional structure by chemically bonding the graphene oxide 120 to the surface of the carbon nanotube 110. have.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체(100)는 그래핀옥사이드(120)와 탄소나노튜브(110)가 화학적 결합하여 단층 형상의 그래핀옥사이드(120)가 탄소나노튜브(110)에 의해 연결되어 3차원 구조를 가질 수 있다.Specifically, in the graphene oxide-carbon nanotube composite 100 according to an embodiment of the present invention, the graphene oxide 120 and the carbon nanotube 110 are chemically bonded to each other so that the single-layered graphene oxide 120 is carbon It may be connected by the nanotubes 110 to have a three-dimensional structure.

종래 기술은 그래파이트를 산화시켜 2차원 구조의 그래핀옥사이드(120)를 제조하나, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체(100)는 3차원 구조로 인해 후술할 시멘트 페이스트 내에서 우수한 분산성을 유지하면서 높은 기계적 강도를 가질 수 있다.In the prior art, graphene oxide 120 having a two-dimensional structure is prepared by oxidizing graphite, but the graphene oxide-carbon nanotube composite 100 according to an embodiment of the present invention is in a cement paste to be described later due to the three-dimensional structure. It can have high mechanical strength while maintaining excellent dispersibility.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 탄소나노튜브의 우수한 기계적 물성으로 인해 건축 분야에서 활용될 수 있다.The graphene oxide-carbon nanotube composite according to the embodiment of the present invention can be used in the construction field due to the excellent mechanical properties of the carbon nanotube.

종래에는 탄소나노튜브만을 시멘트 페이스트에 첨가하여 사용하였으나, 가늘고 긴 형상의 탄소나노튜브는 복잡한 구조를 가지고 각 분자 사이에 강한 인력 작용인 반 데르 발스 힘(Van der Waals force)에 의해 물에서 쉽게 응집되어 시멘트 페이스트 내에서 분산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.Conventionally, only carbon nanotubes were added to the cement paste and used, but the elongated carbon nanotubes have a complex structure and are easily agglomerated in water due to the strong attractive force between each molecule, Van der Waals force. As a result, there is a problem that the dispersibility in the cement paste is poor.

또한, 그래핀옥사이드는 우수한 분산성을 가지나 시멘트 페이스트에 사용될 경우 탄소나노튜브에 비해 시멘트 페이스트의 기계적 특성이 향상되지 못한다는 문제점이 있었다.In addition, graphene oxide has excellent dispersibility, but when used in a cement paste, there is a problem that mechanical properties of the cement paste cannot be improved compared to carbon nanotubes.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 기존의 탄소나노튜브의 길이보다 짧으면서 그래핀옥사이드와 화학적 결합을 하기 때문에 반 데르 발스 힘을 적게 받아 수내 분산성이 우수하다.However, the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention is shorter than the length of the conventional carbon nanotube and chemically bonds with the graphene oxide, so that it receives less Van der Waals force and has excellent dispersibility in water. .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 분산성이 우수한 그래핀옥사이드의 장점과 기계적 특성이 우수한 탄소나노튜브의 장점을 모두 발휘할 수 있도록 탄소나노튜브와 그래핀옥사이드를 합성하여, 시멘트 페이스트 내에서 우수한 분산성을 가지면서 시멘트 페이스트의 강도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention uses carbon nanotubes and graphene oxide to exhibit both the advantages of graphene oxide having excellent dispersibility and carbon nanotubes having excellent mechanical properties. By synthesizing, it is possible to improve the strength of the cement paste while having excellent dispersibility in the cement paste.

본 발명의 실시예에 따른 시멘트 페이스트는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 시멘트 및 물을 포함할 수 있다.The cement paste according to an embodiment of the present invention may include a graphene oxide-carbon nanotube composite, cement, and water.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 시멘트 페이스트는 구체적으로 상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체와 상기 물을 먼저 혼합하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 분산시킨 후 시멘트를 혼합하여 제조될 수 있다.At this time, the cement paste according to the embodiment of the present invention may be prepared by first mixing the graphene oxide-carbon nanotube composite and the water to disperse the graphene oxide-carbon nanotube composite, and then mixing the cement. .

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 포함하는 시멘트 페이스트는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 포함된 하이드록시기가 물 속에서 높은 분산성을 가지므로, 결과적으로 시멘트 페이스트 내에서 우수하게 분산될 수 있다.In the cement paste containing the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, since the hydroxyl groups contained in the graphene oxide-carbon nanotube composite have high dispersibility in water, as a result, in the cement paste Can be excellently dispersed in.

실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 상기 시멘트의 전체 중량 대비 0.01중량% 내지 1중량%로 포함될 수 있어, 종래 시멘트 페이스트에 포함된 탄소나노튜브 양보다 적은 양으로 시멘트 페이스트 내에 첨가될 수 있다.Depending on the embodiment, the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention may be included in an amount of 0.01% to 1% by weight relative to the total weight of the cement, so that the amount of carbon nanotubes contained in the conventional cement paste It can be added in the cement paste in small amounts.

본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 시멘트 페이스트에 첨가되어, 종래보다 적은 양을 첨가하여도 우수한 분산성을 가질 수 있으며, 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체에 포함된 우수한 기계적 물성의 탄소나노튜브가 고르게 분산됨에 따라 시멘트 페이스트의 강도 역시 향상될 수 있다. The graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention is added to the cement paste, and can have excellent dispersibility even if it is added in a smaller amount than before. As the carbon nanotubes of mechanical properties are evenly dispersed, the strength of the cement paste can also be improved.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법을 통해 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하고, 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체와 이를 포함하는 시멘트 페이스트의 특성 평가를 수행하였다.Hereinafter, a graphene oxide-carbon nanotube composite is prepared through a method of preparing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention, and the properties of a graphene oxide-carbon nanotube composite and a cement paste including the same Evaluation was performed.

실시예Example

[실시예 1-1][Example 1-1]

비커를 얼음물에 담그고, 비커 내에 그래파이트(Alfa aesar: grahite flake natural, 325mesh, 99.8%) 0.5g, 탄소나노튜브(Hengqiu Graphene Technology(Suzhou)), China) 0.5g, 질산나트륨 0.5g, 95% 황산 30mL를 혼합 후 3분 동안 교반하여 제1 용액을 제조하였다. 이때, 그래파이트와 탄소나노튜브의 중량비는 1:1이다.Dip a beaker in ice water, 0.5 g of graphite (Alfa aesar: grahite flake natural, 325 mesh, 99.8%), 0.5 g of carbon nanotubes (Hengqiu Graphene Technology (Suzhou), China), 0.5 g of sodium nitrate, 95% sulfuric acid 30 mL was mixed and stirred for 3 minutes to prepare a first solution. At this time, the weight ratio of graphite and carbon nanotubes is 1:1.

제1 용액에 과망간산칼륨을 첨가한 후 20℃에서 2시간 동안 1,000rpm 속도로 교반한 후 온도를 35℃로 승온시켜 30분 동안 교반하였다After adding potassium permanganate to the first solution, the mixture was stirred at a rate of 1,000 rpm for 2 hours at 20° C., and the temperature was raised to 35° C. and stirred for 30 minutes.

이후, 증류수 50mL를 첨가한 후 30분 동안 교반하여 제2 용액을 제조하였다.Thereafter, 50 mL of distilled water was added and stirred for 30 minutes to prepare a second solution.

이후, 제2 용액을 98℃에서 가열시킨 후 20분 동안 교반하였다.Thereafter, the second solution was heated at 98° C. and stirred for 20 minutes.

가열된 제2 용액에 30% 과산화수소 5g을 첨가하여 제3 용액을 제조한 후 묽은 염산 용액으로 세척하였다.A third solution was prepared by adding 5 g of 30% hydrogen peroxide to the heated second solution, followed by washing with a diluted hydrochloric acid solution.

세척된 제3 용액의 pH가 7이 될 때까지 수산화나트륨 용액을 첨가하였다.Sodium hydroxide solution was added until the pH of the washed third solution became 7.

이후, pH 7의 제3 용액을 여과한 후 잔여물에 증류수를 넣은 다음 진폭 50%(진폭 범위 22~50μm), 파워 70W 조건에서 30분 동안 초음파 처리하였다.Thereafter, after filtering the third solution of pH 7, distilled water was added to the residue, and then ultrasonicated for 30 minutes under the condition of an amplitude of 50% (amplitude range of 22 to 50 μm) and a power of 70 W.

이후, 초음파 처리된 용액을 여과한 후 건조하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 수득하였다.Thereafter, the sonicated solution was filtered and dried to obtain a graphene oxide-carbon nanotube composite.

[실시예 1-2][Example 1-2]

그래파이트 0.666g 및 탄소나노튜브 0.334g를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 그래파이트와 탄소나노튜브의 중량비는 2:1이다.A graphene oxide-carbon nanotube composite was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that 0.666 g of graphite and 0.334 g of carbon nanotubes were used. At this time, the weight ratio of graphite and carbon nanotubes is 2:1.

[실시예 1-3][Example 1-3]

그래파이트 0.8g 및 탄소나노튜브 0.2g를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 그래파이트와 탄소나노튜브의 중량비는 4:1이다.A graphene oxide-carbon nanotube composite was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that 0.8 g of graphite and 0.2 g of carbon nanotubes were used. At this time, the weight ratio of graphite and carbon nanotubes is 4:1.

[비교예 1-1][Comparative Example 1-1]

탄소나노튜브(CNT).Carbon nanotubes (CNT).

[비교예 1-2][Comparative Example 1-2]

그래파이트.Graphite.

[비교예 1-3][Comparative Example 1-3]

그래파이트(Alfa aesar: grahite flake natural, 325mesh, 99.8%)로부터 합성된 그래핀옥사이드(GO).Graphene oxide (GO) synthesized from graphite (Alfa aesar: grahite flake natural, 325mesh, 99.8%).

[비교예 1-4][Comparative Example 1-4]

상기 비교예 1-3의 그래핀옥사이드와 황산을 이용하여 탄소나노튜브를 산화시킨 기능화된 탄소나노튜브(functionalized CNT, FCNT) 각각 0.5g을 합성하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브의 중량비는 1:1이다. (GO+FCNT=1:1)A graphene oxide-carbon nanotube composite was prepared by synthesizing 0.5 g each of functionalized CNTs (FCNTs) obtained by oxidizing carbon nanotubes using graphene oxide and sulfuric acid of Comparative Example 1-3. At this time, the weight ratio of graphene oxide and carbon nanotubes is 1:1. (GO+FCNT=1:1)

[비교예 1-5][Comparative Example 1-5]

상기 비교예 1-3의 그래핀옥사이드 0.666g과 기능화된 탄소나노튜브(functionalized CNT, FCNT) 0.334g을 합성하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브의 중량비는 2:1이다. (GO+FCNT=2:1)0.666 g of graphene oxide of Comparative Example 1-3 and 0.334 g of functionalized CNT (FCNT) were synthesized to prepare a graphene oxide-carbon nanotube composite. At this time, the weight ratio of graphene oxide and carbon nanotubes is 2:1. (GO+FCNT=2:1)

[비교예 1-6][Comparative Example 1-6]

상기 비교예 1-3의 그래핀옥사이드 0.8g과 기능화된 탄소나노튜브(functionalized CNT, FCNT) 0.2g을 합성하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브의 중량비는 4:1이다. (GO+FCNT=4:1)0.8 g of graphene oxide of Comparative Example 1-3 and 0.2 g of functionalized CNT (FCNT) were synthesized to prepare a graphene oxide-carbon nanotube composite. At this time, the weight ratio of graphene oxide and carbon nanotubes is 4:1. (GO+FCNT=4:1)

[비교예 1-7][Comparative Example 1-7]

상기 비교예 1-4의 기능화된 탄소나노튜브(FCNT).Functionalized carbon nanotubes (FCNT) of Comparative Example 1-4.

[실시예 2-1][Example 2-1]

상기 실시예 1-1의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체 0.05g, 시멘트 100g 및 물 30mL를 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였다.A cement paste was prepared by mixing 0.05 g of the graphene oxide-carbon nanotube composite of Example 1-1, 100 g of cement, and 30 mL of water.

[실시예 2-2][Example 2-2]

상기 실시예 1-2의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 시멘트 페이스트를 제조하였다.A cement paste was prepared in the same manner as in Example 2-1, except that the graphene oxide-carbon nanotube composite of Example 1-2 was used.

[실시예 2-3][Example 2-3]

상기 실시예 1-3의 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 시멘트 페이스트를 제조하였다.A cement paste was prepared in the same manner as in Example 2-1, except that the graphene oxide-carbon nanotube composite of Example 1-3 was used.

[비교예 2][Comparative Example 2]

천마표 시멘트에서 구매한 제1종 포틀랜드 시멘트(ordinary Portland cement, OPC).Ordinary Portland cement (OPC) purchased from Cheonmapyo Cement.

상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-3의 물질 및 중량비를 요약하면 아래의 표와 같다.The materials and weight ratios of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 are summarized in the table below.

[표][table]

Figure pat00001
Figure pat00001

특성 평가Property evaluation

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 모습을 도시한 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지이다.5A and 5B are transmission electron microscopy (TEM) images showing the shape of a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 실시예 1-1의 그래핀옥사이드(GO)가 탄소나노튜브(CNT)에 의해 연결되어 서로 결합된 것을 확인할 수 있다.5A and 5B, it can be seen that the graphene oxide (GO) of Example 1-1 is connected to each other by carbon nanotubes (CNT).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법을 통해 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브를 서로 합성하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체가 형성될 수 있다.Therefore, the graphene oxide-carbon nanotube composite may be formed by synthesizing graphene oxide and carbon nanotubes with each other through the method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 비교예 및 실시예의 FT-IR(Fourier transformed infrared spectroscopy) 측정 결과를 도시한 그래프이다.6A to 6C are graphs showing Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR) measurement results of Comparative Examples and Examples of the present invention.

도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2), 실시예 1-3(GC3)는 1900cm-1과 1600cm-1 사이에서 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.When Fig. 6a to refer to Figure 6c, the Example 1-1 (GC1), Example 1-2 (GC2), Example 1-3 (GC3) is that it has a peak between 1900cm -1 and 1600cm -1 I can confirm.

이에 따라, 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2), 실시예 1-3(GC3)는 카보닐기(C=O)를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브가 서로 카보닐기를 가지며 결합되어 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체가 성공적으로 제조된 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that Example 1-1 (GC1), Example 1-2 (GC2), and Example 1-3 (GC3) have a carbonyl group (C=O), through which graphene oxide It can be seen that the graphene oxide-carbon nanotube composite was successfully prepared by combining the carbon nanotubes with each other having a carbonyl group.

또한, 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2), 실시예 1-3(GC3)는 약 3330cm-1과 3400cm-1 사이에 피크가 형성된 것으로 보아, 하이드록시기를 포함하는 것을 확인할 수 있다.In addition, Examples 1-1 (GC1), Example 1-2 (GC2), and Example 1-3 (GC3) included a hydroxy group as a peak was formed between about 3330 cm-1 and 3400 cm-1. You can confirm that.

이에 따라, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3은 하이드록시기에 의해 분산성이 우수한 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that Examples 1-1 to 1-3 have excellent dispersibility due to a hydroxyl group.

도 7은 본 발명의 비교예 및 실시예의 연소 온도에 따른 열중량을 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the heat weight according to the combustion temperature of Comparative Examples and Examples of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 비교예 1-1(CNT) 500℃부터 질량 손실이 발생하나, 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2), 실시예 1-3(GC4), 비교예 1-3(GO)은 100℃ 미만에서 질량이 손실되기 시작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, a mass loss occurs from 500° C. in Comparative Example 1-1 (CNT), but Example 1-1 (GC1), Example 1-2 (GC2), and Example 1-3 (GC4) ), Comparative Example 1-3 (GO) it can be seen that the mass begins to lose less than 100 ℃.

상기 비교예 1-1(CNT)의 경우에는 탄소만으로 이루어지기 때문에 고온에서 연소되어 질량 손실이 발생하며, 100℃ 미만에서 질량이 손실되기 시작하는 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2), 실시예 1-3(GC4), 비교예 1-3(GO)의 질량 손실은 하이드록시기 및 카르복시기의 연소로 인한 것이다.In the case of Comparative Example 1-1 (CNT), since it is composed of only carbon, it is burned at a high temperature to cause mass loss, and the mass is started to be lost at less than 100° C. Example 1-1 (GC1), Example 1 The mass loss of -2 (GC2), Example 1-3 (GC4), and Comparative Example 1-3 (GO) is due to combustion of the hydroxy group and the carboxyl group.

구체적으로, 비교예 1-1(CNT)의 경우 탄소 구조가 분해되면서 500℃이후부터 급격한 질량 감소가 발생하나, 상기 비교예 1-7(FCNT)의 경우 수산화 이온(-OH)이 열에 의해 물로 분해되며, 카르복실기(COOH-)의 분해는 수산화 이온 분해 이후에 발생하여 CO2 형태로 분해됨에 따라 중량 감소가 이루어진다.Specifically, in the case of Comparative Example 1-1 (CNT), as the carbon structure was decomposed, a rapid mass decrease occurred after 500°C, but in the case of Comparative Example 1-7 (FCNT), hydroxide ions (-OH) were converted to water by heat. The decomposition is decomposed, and the decomposition of the carboxyl group (COOH-) occurs after the decomposition of hydroxide ions and decomposes in the form of CO 2, resulting in weight reduction.

200℃이후 분해에 따른 중량 감소는 그래핀옥사이드의 구조가 분해되어 나타나는 현상이다.Weight loss due to decomposition after 200°C is a phenomenon that occurs due to decomposition of the structure of graphene oxide.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 하이드록시기 및 카르복시기를 포함하며, 이로 인해 우수한 수내 분산성을 가지는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the graphene oxide-carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention includes a hydroxyl group and a carboxyl group, and thus has excellent dispersibility in water.

도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예의 자외선-가시광선(UV-vis) 스펙트럼의 흡광도를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing absorbance of ultraviolet-visible light (UV-vis) spectrum of Comparative Examples and Examples of the present invention.

도 8은 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3과 상기 비교예 1-1을 물 속에 분산시킨 후 자외선-가시광선 스펙트럼을 도시한 결과이다.8 is a result showing an ultraviolet-visible light spectrum after dispersing Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Example 1-1 in water.

도 8을 참조하면, 상기 실시예 1-1(GC1), 실시예 1-2(GC2) 및 실시예 1-3(GC4)의 흡광도는 상기 비교예 1-1(CNT)의 흡광도보다 큰 것을 확인할 수 있다.8, the absorbance of Example 1-1 (GC1), Example 1-2 (GC2), and Example 1-3 (GC4) was greater than that of Comparative Example 1-1 (CNT). I can confirm.

또한, 상기 실시예 1-2, 실시예 1-1, 실시예 1-3 순으로 흡광도의 값이 큰 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the value of the absorbance is large in the order of Example 1-2, Example 1-1, and Example 1-3.

특정 물질이 물에서 균일하게 분산된 경우 자외선의 흡수가 가능하므로, 일반적으로는 물에서 분산이 잘 될수록 자외선-가시광선 스펙트럼의 흡광도 값이 커진다.When a specific substance is uniformly dispersed in water, ultraviolet rays can be absorbed. In general, the better the dispersion is in water, the greater the absorbance value of the ultraviolet-visible light spectrum.

이러한 현상을 비추어 볼 때, 상기 비교예 1-1의 경우 흡광도 값이 가장 작아 물에서 분산이 좋지 않은 것을 알 수 있었으며, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3의 경우 흡광도 값이 큰 것으로 보아 수내 분산성이 우수한 것을 알 수 있으며, 실시예 1-2, 실시예 1-1, 실시예 1-3 순으로 분산성이 우수한 것을 알 수 있다.In view of this phenomenon, in the case of Comparative Example 1-1, the absorbance value was the smallest, and it was found that dispersion in water was not good, and in the case of Examples 1-1 to 1-3, the absorbance value was large. It can be seen that dispersibility in water is excellent, and it can be seen that the dispersibility is excellent in the order of Example 1-2, Example 1-1, and Example 1-3.

도 9a는 본 발명의 비교예 및 실시예의 시멘트 페이스트 도포 시간에 따른 압축강도를 도시한 그래프이며, 도 9b는 본 발명의 비교예 및 실시예의 시멘트 페이스트 도포 시간에 따른 인장강도를 도시한 그래프이다.9A is a graph showing the compressive strength according to the application time of the cement paste of Comparative Examples and Examples of the present invention, and FIG. 9B is a graph showing the tensile strength according to the application time of the cement paste of Comparative Examples and Examples of the present invention.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 실시예 2-1(GC1), 실시예 2-2(GC2), 실시예 2-3(GC4)의 압축강도 및 인장강도가 상기 비교예 2(OPC)보다 큰 것을 확인할 수 있다.9A and 9B, the compressive strength and tensile strength of Example 2-1 (GC1), Example 2-2 (GC2), and Example 2-3 (GC4) were compared with the Comparative Example 2 (OPC). You can see that it is larger.

결과적으로, 상기 비교예 2보다 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 포함하는 상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-3이 시멘트의 강도를 증진시키는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that Examples 2-1 to 2-3 including the graphene oxide-carbon nanotube composite than Comparative Example 2 enhance the strength of the cement.

또한, 상기 실시예 2-2, 실시예 2-1, 실시예 2-3 순으로 압축강도 및 인장강도 값이 큰 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the compressive strength and tensile strength values are high in the order of Example 2-2, Example 2-1, and Example 2-3.

이는 상술한 도 8에서 상기 실시예 1-2, 실시예 1-1, 실시예 1-3 순으로 분산성이 우수한 것과 관련이 있으며, 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 분산성이 우수하면 이를 포함하는 시멘트 페이스트의 강도를 증진시키는 것을 알 수 있다.This is related to the excellent dispersibility in the order of Example 1-2, Example 1-1, and Example 1-3 in FIG. 8 described above. It can be seen that it improves the strength of the cement paste containing it.

또한, 시멘트 페이스트에 포함되는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 함량이 소량이어도 우수한 분산성에 의해 기계적 성능이 개선되는 것을 알 수 있으며, 이는 종래 시멘트 페이스트에 비해 상대적으로 매우 적은 양이 들어가기 때문에 비용 절감과 더불어 성능향상에 크게 이바지하는 것을 알 수 있다.In addition, even if the content of the graphene oxide-carbon nanotube composite contained in the cement paste is small, it can be seen that the mechanical performance is improved by excellent dispersibility, and this is a relatively small amount compared to the conventional cement paste, which reduces cost. In addition, it can be seen that it greatly contributes to performance improvement.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions for those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by the claims to be described later as well as those equivalent to the claims.

100: 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체
110: 탄소나노튜브
111: 그래파이트
120: 그래핀옥사이드
100: graphene oxide-carbon nanotube composite
110: carbon nanotube
111: graphite
120: graphene oxide

Claims (12)

탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite), 질산나트륨(NaNO3) 및 용매를 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계;
상기 제1 용액을 교반한 후 과망간산칼륨(KMnO4)을 첨가하는 단계;
상기 과망간산칼륨을 첨가한 제1 용액을 교반한 후 증류수를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계;
상기 제2 용액을 가열하는 단계;
상기 가열된 제2 용액에 과산화수소(H2O2)를 첨가하여 제3 용액을 제조하는 단계;
상기 제3 용액의 pH를 조절하는 단계; 및
상기 pH가 조절된 제3 용액을 초음파 처리하여 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
Preparing a first solution by mixing carbon nanotubes (CNT), graphite, sodium nitrate (NaNO 3 ), and a solvent;
Adding potassium permanganate (KMnO 4 ) after stirring the first solution;
Preparing a second solution by stirring the first solution to which potassium permanganate is added and then adding distilled water;
Heating the second solution;
Preparing a third solution by adding hydrogen peroxide (H 2 O 2) to the heated second solution;
Adjusting the pH of the third solution; And
Producing a graphene oxide-carbon nanotube composite by ultrasonicating the third solution whose pH is adjusted
Graphene oxide, characterized in that it comprises a-method for producing a carbon nanotube composite.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 및 그래파이트의 중량비는 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of producing a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that the weight ratio of the carbon nanotubes and graphite is 1:1 to 1:4.
제1항에 있어서,
상기 제2 용액을 가열하는 단계는 90℃ 내지 100℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of heating the second solution is a method of producing a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that carried out at 90 ℃ to 100 ℃.
제1항에 있어서,
상기 제3 용액을 염산(HCl)으로 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
Graphene oxide-carbon nanotube composite manufacturing method, characterized in that it further comprises the step of washing the third solution with hydrochloric acid (HCl).
제1항에 있어서,
상기 제3 용액의 pH는 6.5 내지 7.2로 조절하는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that the pH of the third solution is adjusted to 6.5 to 7.2.
제1항에 있어서,
상기 초음파 처리는 30분 내지 50분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that the ultrasonic treatment is performed for 30 to 50 minutes.
제1항에 있어서,
상기 초음파 처리는 20kHz 내지 50kHz의 주파수로 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The ultrasonic treatment is a method of producing a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that performed at a frequency of 20 kHz to 50 kHz.
제1항에 따라 제조된 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체.
Graphene oxide prepared according to claim 1-carbon nanotube composite.
제8항에 있어서,
상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 그래핀옥사이드와 탄소나노튜브가 화학적으로 결합하여 3차원 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체.
The method of claim 8,
The graphene oxide-carbon nanotube composite is a graphene oxide-carbon nanotube composite, characterized in that the graphene oxide and the carbon nanotube are chemically bonded to each other to have a three-dimensional structure.
제8항에 따른 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체, 시멘트 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트.
A cement paste comprising the graphene oxide-carbon nanotube composite according to claim 8, cement, and water.
제10항에 있어서,
상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 하이드록시기(-OH)에 의해 상기 물 속에서 분산되는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트.
The method of claim 10,
Cement paste, characterized in that the graphene oxide-carbon nanotube composite is dispersed in the water by a hydroxy group (-OH).
제10항에 있어서,
상기 그래핀옥사이드-탄소나노튜브 복합체는 상기 시멘트의 전체 중량 대비 0.01중량% 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트.
The method of claim 10,
Cement paste, characterized in that the graphene oxide-carbon nanotube composite is contained in an amount of 0.01% to 1% by weight based on the total weight of the cement.
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