权利要求：
청구항 1
그래핀 기반 탄소 섬유를 생산하는 방법으로,상기 방법은그래핀 분말, 그래핀 플레이크, 그래핀 산화물 분말 및 그래핀 산화물 플레이크의 적어도 하나의 일정량을 계면 활성제와 함께 용매 용액에 분산시키는 단계;나노셀룰로오스 섬유, 폴리머 및 수지의 적어도 하나의 소량을 용매에 첨가하는 단계; 발포제를 용매에 첨가하는 단계로, 발포제는 송진, 헬륨, 탄산 암모늄, 이산화탄소, 테트라메틸 아세트산 암모늄, 수소, 질소, 중탄산 나트륨, 아세트산 암모늄, 과산화물, 질산 암모늄 및 염기성 탄산 구리의 적어도 하나인 단계;혼합물을 교반하여 균일한 점도 용액을 얻는 단계;용액으로부터 일정량의 탄소 섬유를 형성하는 단계;탄소 섬유를 20℃ 내지 400℃에서 가열함으로써 시트로 형성하는 단계로, 시트는 기공을 포함하며, 기공 크기는 1nm 내지 8㎛ 범위인 단계; 및 가열 후 400℃ 내지 2000℃의 온도에서 시트를 어닐링하는 단계를 포함하고, 용액으로부터 탄소 섬유를 형성하는 단계는 3D 프린팅 기계를 사용하여 수행되는 것인 방법.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 3D 프린팅 기계는 컴퓨터화되고, 용액이 노즐을 통해 기판상에 가해지도록 구성되고, 얻어진 프린트된 탄소 섬유를 20℃ 내지 400℃에서 경화하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
청구항 3
제 1 항에 있어서, 용매는 물, 알코올, 아세톤, 케톤, 다이메틸 포름아마이드(DMF), 에틸렌 글리콜(EG), DMSO 및 이들의 공용매의 하나인 방법.
청구항 4
제 1 항에 있어서, 폴리머는 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리스티렌, 아스팔트 부분, 에폭시, 폴리카보네이트, 및 임의의 종류의 셀룰로오스, 폴리바이닐 알코올(PVA), 폴리우레탄, 폴리바이닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 글리콜, 나일론, 폴리다이메틸실록산, 폴리아크릴아마이드 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)의 하나인 방법.
청구항 5
제 1 항에 있어서, 수지는 폴리바이닐 수지, 폴리에스터 수지, 에폭시, 폴리카보네이트 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 수지 및 에폭시 실록산 수지의 하나인 방법.
청구항 6
제 1 항에 있어서,첨가제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하며, 첨가제는 금속 또는 강 나노분말의 나노입자 또는 나노와이어 및 금속 산화물, 탄소 나노튜브 중의 적어도 하나인 방법.
청구항 7
제 1 항에 있어서,첨가제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하며, 첨가제는 탄소 나노튜브, Mg, Al, 강 합금 분말, ZrO2, Fe3O4, MoS2, WS2, MgO, Al2O3및 이들의 조합 중의 적어도 하나인 방법.
청구항 8
삭제
청구항 9
삭제
청구항 10
제 1 항에 있어서, 유동 가스 환경에서 200℃ 내지 2000℃의 온도에서 4시간 동안 형성된 일정량의 탄소 섬유를 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
청구항 11
제 1 항에 있어서, 운반 수단에 형성된 양의 탄소 섬유를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
청구항 12
제 1 항에 있어서, 운반 수단에 3D 인쇄된 양의 탄소 섬유 복합체를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
청구항 13
제 1 항에 있어서, 운반 수단에 탄소 섬유 시트를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
청구항 14
제 2 항에 있어서, 노즐을 통과하는 용액은 그래핀 기반 복합체 필라멘트를 포함하는 방법.
背景技术：
[0002]도로에서 가장 최근의 운반 수단, 특히 대형 트레일러, 기차 및 트럭을 운행하는 것은 엄청난 양의 화석 연료를 연소시켜 대량의 대기 오염을 일으킨다. 이것은 많은 국가에서 PM 2.5, PM 10 등과 같은 대기 오염 문제를 유발한다. 환경 및 에너지 연구원(EESI)의 2015년 8월 26일자 보고서에 따르면, "사람과 물자 수송은 1조 8천억톤, 또는 미국 온실 가스(GHG) 배출량의 27% 및 미국 전체 석유의 사용의 대략 70%(또는 바이오 연료를 제외하고 하루 약 1,310만 배럴의 석유)에 해당한다. 운송 부문 배출량의 각각 59% 및 24%에 해당하는 휘발유와 디젤의 연소로 인해, 자동차와 트럭 배출의 현저한 감소가 기후 변화 완화 노력에 필수적이다". (참고: http://www.eesi.org/papers/view/fact-sheet-vehicle-efficiency-and-emissions-standards, 2016년 4월 7일 오후 3시 16분 동부 시간). 현재 운반 수단 연료 효율은 약 40% 정도로 낮다. 진보된 디자인은 효율을 80%까지 높일 수 있다. 공기역학 및 탄소 섬유와 경량 금속을 사용하는 경량 소재를 통한 중량 감소는 제조업체가 내구성과 강도를 유지하면서 운반 수단 중량을 줄이고 엔진 효율을 높이게 한다. 한편, 더 얇고 더 작은 바퀴 및 낮은 회전 저항 타이어는 도로 마찰과 공기 항력을 감소시켜, 연비를 증가시킨다.
[0003]한편, 자동차, 항공기, 보트, 해양 선박 및 저개발 지능형 로봇 인간 기계뿐만 아니라 컴퓨터 및 스포츠 부품 분야에서 기계적 강도를 유지하면서 무게를 줄이는 것에 대한 엄청난 요구가 있다. 제조업체는 상기 트레일러 및 트럭, 자동차 및 기계에 무거운 강판/보드를 대체하기 위해 탄소 섬유를 사용하기 시작하였다. 탄소 섬유 강화 부품은 가볍고 견고하며 하중을 견디는 구조 부품이다. 자동차 제조 회사가 2025년까지 54.5mpg 초과의 기업 표준 평균 연비 표준을 달성하기 위해 노력하면서 자동차로부터 무게를 감소시키는 것이 중요하다. 전통적인 트레일러의 일부 부품을 대체하기 위해 탄소 섬유를 사용하면 운반 수단의 중량을 40%까지 줄일 수 있음이 입증되었다. 그러나, 현재 상업화된 탄소 섬유는 일반적으로 폴리아크릴로나이트릴(PAN)(US8808597, 2014)과 같은 탄소가 풍부한 폴리머로 제조되며, 이는 석유 정제 공정을 통해 석유 제품으로부터 합성되기 때문에 현재 생산 비용이 매우 비싸서, 탄소 섬유 차량은 초기 단계의 마케팅 컨셉의 상태로 있게 하였다. 종래의 탄소 섬유 제조 방법의 요소인 현저한 오염, 높은 에너지 수요 및 시간 소모 문제를 극복하기 위해 PAN 또는 PAN 생성 탄소 섬유의 대체물을 찾아야 할 시급한 요구가 있다.
[0004]본 발명은 전통적인 PAN 생성 탄소 섬유와 결합하거나 이를 대체하기 위해 그래핀 기반 탄소 섬유 및 그래핀 복합체를 사용하는 혁신적인 기술을 제공하여 제조 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
해결하려는 과제
[0005]본 발명은 그래핀 기반 탄소 섬유 및 그래핀 기반 3차원 나노구조 복합체를 사용하여 대부분 천연 흑연으로부터 얻어지는 운반 수단 및 기계용 부품을 유연하게 형성한다. 특정 기능 및 특성을 얻기 위해, 그래핀과 함께 금속 산화물 또는 금속 나노 와이어의 나노 분말 및 나노-셀룰로오스와 같은 나노재료의 이용은 복합체 섬유 또는 복합체 혼합물을 형성하는데 사용된다. 일단 섬유가 생산되면, 적절한 수지로 성형하거나 3D 적층 제조 프린팅에 의해 직접 통합하여 원하는 기계 부품을 형성하는데 사용될 수 있다. 그래핀 탄소 섬유는 특수 가스 및 불활성 환경 또는 환원성 환경에서 적절한 어닐링을 통해 처리될 수 있어서, 고품질의 지능형 섬유 복합체를 생성하며, 전체 공정에서 비용이 크게 절감된다. 이 간편한 방법은 다량의 경량 금속 복합체 및 독특한 응용분야를 위해 결합된 적절한 금속 산화물 나노 상을 가진 기능성 나노섬유의 대량 형성을 혁신한다. 이는 최종 제품의 특성을 유리하게 향상시키는 반면에 탄소 섬유 비용을 감소시킨다. 또한, 본 발명은 부식 방지 플랫폼의 제작 및 향상뿐 아니라 전기 운반 수단 및 기계를 위한 향상된 높은 기계적 특성의 바디 부품을 위해 다량의 새로운 그래핀 복합체를 생산한다. 본 발명은 에너지 절감, 환경 친화적인 화학 제조 공정 및 전기 운반 수단, 항공기 부품 및 해양 선박 비용에 대한 더 낮은 비용을 제공하는 기회를 설명한다.
[0006]본 발명은 그래핀 탄소 섬유 및 나노복합체 재료 및 이들의 조합의 사용을 통해 고품질의 그래핀 기반 성형 부품을 형성하는 한 단계를 사용함으로써 작동한다.
[0007]본 발명의 목적은 성형 및 환경친화 화학적 3D 적층 제조 프린팅 공정을 통해 그래핀 지능형 탄소 섬유 또는 다공성 3차원 그래핀 기반 나노복합체 시트 또는 그래핀 나노복합체 현탁액을 사용하여 그래핀 기반 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
[0008]본 발명의 다른 목적은 지능형 로봇 인간, 트럭, 트레일러, 기차, 버스, 트램, 밴, 자동차, 비행기, 컴퓨터 케이스 및 마더 보드뿐만 아니라 보트 및 해양 선박 및 화학 물질 및 정유 파이프와 같은 액체 수송용 부식 방지 파이프를 위한 새로운 분야 응용을 위한 그래핀 기반 나노카본 복합체의 다량의 설계된 부품을 제공하는 것이다.
[0009]본 발명의 추가 목적은 저온에서 자동차 부품을 제조할 수 있게 하는 것이며, 이는 현재의 방법과 같이 환경에 많은 폐기물 및 오염을 방출하지 않는다.
[0010]본 발명의 다른 목적은 설계된 부품을 제조하는데 필요한 제조 시간을 현저하게 감소시키는 것이다.
[0011]본 발명의 추가 목적은 적층 제조 3D 프린팅을 통해 운반 수단용 기계 부품 및 제품의 제조를 위한 장비의 필요 요건을 감소시키는 것이다.
[0012]본 발명의 추가 목적은 열 전도성, 전기 전도성, 내식성과 같은 광범위의 독특하고 강화된 기능적 특성 및 전자 제품, 에너지 효율, 더 낮은 환경 영향 및 증가된 제품 수명을 개선하는데 사용될 수 있는 다른 요소 또는 복합체의 첨가에 의해 생성될 수 있는 그래핀 기반 부품 또는 물품을 생산하는 것이다.
[0013]본 발명의 추가 목적은 탄소 섬유를 생성하는데 오일 및 석유에 대한 의존성을 감소시키는 것이다.
과제의 해결 수단
[0014]상기 목적은 각각 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어되는 적층 제조 3D 프린팅 기술을 통한 용액 프린팅을 위한 그래핀 기반 탄소 섬유, 그래핀 기반 다공성 나노복합체 플레이트 또는 그래핀 기반 나노복합체 현탁액을 사용하는 본 발명에 의해 성취된다. 다음 섹션은 기계 및 운반 수단에 대한 그래핀 응용을 위한 혁신적인 기술을 입증하는 세 가지 접근법을 제공한다.
발명의 효과
[0015]본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
具体实施方式：
[0017]접근법 I
[0018]그래핀 기반 탄소 섬유를 출발 재료로 사용
[0019]그래핀 플레이크 분말 또는 그래핀 산화물 분말을 이 공정을 시작하기 위한 그래핀 재료로서 사용한다. 그래핀 분말을 계면 활성제의 도움으로 용매에 분산시키고, 소량의 나노셀룰로오스 섬유, 폴리머 또는 수지에 더해 첨가제를 용액에 교반하면서 첨가하여 방적용 균일 점도 혼합물을 얻는다.
[0020]위에 및 본 발명의 다른 곳에서 언급된 바와 같이 본 발명에서 사용될 수 있는 용매의 예는 물, 알코올, 아세톤, 케톤, 다이메틸 포름아마이드(DMF), 에틸렌 글리콜(EG), DMSO 및 이들의 공용매를 포함하나 이에 제한되지 않으며, 환경친화적 화학적 제조를 위해 물과 알코올을 선호한다.
[0021]위에 및 본 발명의 다른 곳에서 언급된 바와 같이 본 발명에 사용될 수 있는 폴리머의 예는 첨가제인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는 고 탄소 함량의 폴리머를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 폴리머는 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리스티렌, 아스팔트 부분, 에폭시, 폴리카보네이트, 및 임의의 종류의 셀룰로오스, 폴리바이닐 알코올(PVA), 폴리우레탄, 폴리바이닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 글리콜, 나일론, 폴리다이메틸실록산, 폴리아크릴아마이드 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 등일 수 있다.
[0022]위에 및 본 발명의 다른 곳에서 언급된 바와 같이 사용될 수 있는 수지의 예는 폴리바이닐 수지, 폴리에스터 수지, 에폭시, 폴리카보네이트 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 수지 및 에폭시 실록산 수지를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
[0023]그래핀 기반 탄소 섬유를 솜사탕 기계와 같은 용액 방적기를 통해 용액 방적을 사용하여 제조할 수 있다. 그런 다음 솜사탕 제조(cotton-candy-made) 그래핀 탄소 섬유를 200 내지 2000℃, 바람직하게는 1800℃의 온도에서 약 4시간 동안 프로그래밍 제어에 의해 어닐링을 위한 환원/기능성 가스 유동 환경에서 먼저 처리한다. 유동 가스는 메테인, 벤젠, 알케인 및 수소, 암모니아 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이 공정은 탄소 섬유의 기계적 성질 및 작용기가 계면 화학 작용기 형성을 향상시키는 표면 처리를 향상시키는 것이다. 일부 경우에, 그래핀 기반 탄소 섬유상에 패시베이션 층을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 폴리머가 표면 처리에 사용될 것이다.
[0024]그래핀 섬유 시트는 처리된 솜사탕 그래핀 섬유를 진공 상태로 놓음으로써 얻을 수 있다. 그래핀 탄소 섬유 시트는 또한 2017년 2월 24일자로 출원된 비 가출원 미국 특허출원 15/441,972의 본 발명자의 이전 발명으로 제조될 수 있다. 2017년 2월 24일자로 출원된 본 출원은 전문이 참조로 및 본 발명에서 완전히 설명된 바와 같이 임의의 및 모든 목적을 위해 본 발명에 포함된다. 유사하게, 2016년 4월 13일자로 출원된 미국 가출원 62/322,084는 전문이 참조로 및 본 발명에서 완전히 설명된 바와 같이 임의의 및 모든 목적을 위해 본 발명에 포함된다.
[0025]운반 수단 및 기계용 그래핀 기반 탄소 섬유 부품 또는 물품을 제조하기 위해, 처리된 그래핀 탄소 섬유 시트를 원하는 형상으로 절단하고 원하는 모델로 성형하기 위해 진공 상태로 둔다. 두께 요구에 따라, 3 내지 5개 이상의 시트가 모델에 함께 적층될 수 있다. 그런 다음, 진공 상태하에서, 위에서 논의한 것과 같이 수지를 주입하여 그래핀 탄소 섬유 시트 전체를 적시게 될 것이다. 그런 다음, 수지는 약 20 내지 400℃, 바람직하게는 250℃에서 경화될 수 있고, 그래핀 기반 탄소 섬유 부품 또는 물품이 형성되어, 기계 또는 운반 수단에 사용될 준비가 된다. 이 물품은 강과 비슷한 기계적 강도를 갖는다.
[0026]접근법 II
[0027]그래핀 플레이크 또는 그래핀 산화물 플레이크를 출발 재료로 사용
[0028]그래핀 플레이크 분말 또는 그래핀 산화물 분말을 이 공정을 시작하기 위한 그래핀 재료로서 사용한다. 그래핀 분말을 계면 활성제의 도움으로, 위에서 논의한 것과 같이, 용매에 분산시키고, 위에서 논의한 것과 같은 소량의 나노 셀룰로오스 섬유, 폴리머 또는 위에서 논의한 것과 같은 수지에 첨가제를 더해 교반하에서 용액에 첨가하여 용액 인쇄를 위한 균일한 점도 혼합물을 얻는다. 이러한 재료는 접근법 I에서 언급한 옵션과 유사하거나 동일할 수 있다.
[0029]다음으로, 적층 제조 3D 프린팅용 혼합 용액을 분사하고 노즐을 통해 잉크로 인쇄하여 로봇, 차량, 트램(예를 들어, 측벽 또는 후드) 및 선박 부품 또는 전기 자동차, 비행기 또는 철도가 있는 기차 또는 트랙 철도 없는 개량형 기차(예를 들어, 미국에서 개발중인 비 철도 트랙 자기 기차)용 설계된 부품 또는 물품을 형성한다. 한 특정 실시태양에서, 그래핀 기반 탄소 섬유 재료는 3D 프린터에서 사용하기 위한 필라멘트로 형성될 수있다. 이와 같이, 지능형 물품은 3D 프린터를 통해 그래핀 기반 복합 필라멘트를 사용하거나 3D 인쇄 또는 광 경화를 사용하여 3D 프린팅을 위한 비 용매 그래핀 에폭시 복합체를 사용하는 3D 프린팅에 의해 제조될 수 있다.
[0030]셋째, 프린팅 후, 인쇄된 습식 부품을 약 20 내지 400℃(바람직하게는 250℃)로 약간 가열하면, 습식 부품은 그래핀 나노복합체에서 혼합물로부터 수지의 경화에 의해 단단해진다. 경화 후 화학 결합을 통한 3D 네트워크의 형성은 기계적 강도 및 기타 특성을 현저하게 향상시킨다. 이런 유형의 그래핀 기반 나노복합체의 구조는 나노구조 내부의 3차원 화학 결합 네트워크이며, 이것이 복합 재료체를 분자 수준에서 균일하게 하고, 단단히 가교되어 중장비 운반 수단의 부품에 필수적인 강에 필적하는 기계적 강도를 가져서 내구성과 수명을 보장한다.
[0031]또한, 예상치 못한 새로운 특성을 얻기 위해, 혼합물은 금속 또는 비금속, 또는 강 나노분말의 나노입자 또는 나노와이어 및 금속 산화물과 같은 소량의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 예는 탄소 나노튜브, Mg, Al, 강 합금 분말, ZrO2, Fe3O4, 또는 MoS2, WS2를 포함하나 이에 제한되지 않으며, 이들의 조합은 그래핀 플레이크, 적절한 폴리머 및 셀룰로오스와 혼합하여 인쇄하기 전에 혼합 현탁액을 형성하는데 사용될 수 있다.
[0032]운반 수단용 그래핀 나노복합체 부품 또는 물품의 고유한 특성을 얻기 위한 소량의 첨가제의 예는 금속 또는 강 나노분말의 나노입자 또는 나노와이어 및 금속 산화물을 포함하나 이에 제한되지 않을 수 있으며, 예는 탄소 나노튜브, Mg, Al, 강 합금 분말, ZrO2, Fe3O4, 또는 MoS2, WS2, MgO, Al2O3또는 이의 조합에 제한되지 않는다. 이들 첨가제는, 다른 용도 중에서, 그래핀 플레이크, 적절한 폴리머 및 나노셀룰로오스와 혼합하여 인쇄하기 전에 혼합 현탁액을 형성하는데 사용될 수 있다.
[0033]접근법 III
[0034]그래핀 기반 다공성 나노복합체를 출발 재료로 사용
[0035]처리 온도와 첨가제에 따라, 상이한 기계적 특성의 그래핀 기반 탄소 나노다공성 복합체 시트가 접근법 II의 혼합물에 추가 발포제를 첨가함으로써 현탁액의 사용을 통해 형성될 수 있다. 다공성 시트는 기공 형성제 함유 현탁액을 주형에 직접 붓고, 방지하거나 실온 20 내지 400℃, 바람직하게는 250℃로 가열하여 다공성 시트를 제조함으로써 제조될 수 있다. 다공성 시트는 불활성 또는 유동 가스 및 특수 환원 가스 흐름에서 400℃ 내지 2000℃의 온도 범위, 바람직하게는 1800℃에서 어닐링된다. 제조된 그래핀 다공성 시트는 높은 표면적, 매우 높은 인장률 및 영률을 갖는다. 기공 크기는 1nm 내지 8㎛ 범위이다.
[0036]발포제/기공 형성제의 예는 일반적으로 가스를 방출하는 임의의 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이들은 유기 폴리머 재료 또는 2000℃ 미만의 분해 온도를 갖는 유기 소형 분자 재료 또는 무기 소형 분자일 수 있고; 송진, 헬륨, 탄산 암모늄, 이산화탄소, 테트라메틸 아세트산 암모늄, 수소, 질소, 중탄산 나트륨, 아세트산 암모늄, 과산화물, 질산 암모늄, 염기성 탄산 구리 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
[0037]운반 수단 및 기계용 그래핀 기반 탄소 나노복합체 부품 또는 물품을 제조하기 위해, 처리된 그래핀 다공성 탄소 시트를 원하는 형상으로 절단하고 원하는 주형으로 성형하기 위해 진공 상태로 둔다. 두께 요구에 따라, 3 내지 5개 이상의 시트가 주형에 함께 적층될 수 있다. 그런 다음, 진공 상태하에서, 위에서 논의한 것과 같이 수지를 주입하여 그래핀 탄소 섬유 시트 전체를 적시게 될 것이다. 수지가 실온 내지 약 400℃(바람직하게는 250℃)에서 경화된 후, 그래핀 기반 탄소 섬유 부품 또는 물품이 형성되어, 기계 또는 운반 수단에 사용될 준비가 된다. 이 물품은 강에 필적하는 기계적 강도, Al-Mg의 합금 보다 훨씬 가볍고 탄소 섬유과 같이 가벼운 중량 및 다양한 독특성 특성을 갖는다. 이것은 강도와 같은 우수한 기계적 특성 및 열과 전기 전도성, 차폐 복사에너지 및 전자기파에 대한 조절가능한 특성, 내부식성 및 더욱 독특한 특성을 가진다.
[0038]요약하면, 본 발명은 강에 필적하는 기계적 강도, Al-Mg의 합금 보다 훨씬 가볍고 탄소 섬유과 같이 가벼운 중량 및 다양한 독특성 특성을 갖는 기계, 로봇, 항공기, 선박 및 운반 수단(자동차, 트럭, 트레일러, 밴 등) 및 트램 및 열차용으로 형성된 다수의 그래핀 기반 나노복합체 부품 또는 물품이다. 이것은 강도와 같은 우수한 기계적 특성 및 열과 전기 전도성, 차폐 복사에너지 및 전자기파에 대한 조절가능한 특성, 내부식성 등을 가진다.
[0039]이제 본 발명에 따른 방적을 통해 솜사탕 기계에 의해 그래핀 기반 탄소 섬유 및 이의 시트를 제조하는 방법의 작업 흐름도를 나타내는 도 1을 참조한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 일반적으로 그래핀 플레이크 또는 그래핀 산화물을 얻는 단계(S10), 솜사탕 기계 또는 방적용 유사한 설비를 통해 섬유를 형성하는 단계(S20) 및 200℃ 내지 2000℃, 바람직하게는 1800℃ 열 처리를 가하는 단계(S30)를 포함한다. 가해진 열처리를 변경함으로써, 생성된 탄소 섬유의 품질이 처리되고 향상될 수 있다. 최종적으로 그래핀 기반 탄소 섬유는 제조된 그래핀 탄소 섬유를 진공 주형에 넣음으로써 제조된다(S40).
[0040]도 2는 본 발명에 따른 운반 수단 부품 또는 물품을 형성하기 위한 그래핀 탄소 섬유 시트의 제조 방법의 작업 흐름도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 일반적으로 주형에서 그래핀 탄소 섬유 시트를 얻는 단계(S10), 이를 적층함으로써 섬유 시트 적층체를 형성하는 단계(S20), 주형에 진공을 가하고 수지를 주입하여 20 내지 400℃, 바람직하게는 250℃로 경화하여 부품 또는 물품을 형성하는 단계(S30) 및 부품 또는 물품을 원하는 운반 수단에 적용하는 단계(S40)를 포함한다. 한 바람직한 실시태양 및 경화에서, 가열 공정은 섬유를 공기 중에서 400℃까지, 바람직하게는 250℃로 가열한다(S30).
[0041]도 3은 본 발명에 따른 적층 제조 3D 프린팅을 통한 그래핀 기반 나노복합체 부품 또는 물품의 제조 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 일반적으로 그래핀 플레이크 또는 그래핀 산화물을 얻는 단계(S10), 소량의 수지 및 다른 첨가제로 용매에 균일한 현탁액을 형성하는 단계(S20),컴퓨터를 통한 디지털 제어를 갖는 적응형 3D 프린터를 통해적응형 3D 프린팅 기술을 적용하는 단계(S30), 경화를 위해 20 내지 400℃, 바람직하게는 250℃ 추가 열 처리를 가하는 단계(S40) 및 불활성/유동 가스 환경에서 400 내지 2000℃, 바람직하게는 1800℃로 가열된 추가 열 처리를 가하여 나노복합체 내부에 추가의 정교한 가교를 형성하는 단계(S50)를 포함한다.
[0042]도 4는 본 발명에 따른 다공성 그래핀 나노복합체 시트 또는 플레이트 제조 방법의 작업 흐름도를 나타낸다. 본 발명의 방법은 일반적으로 그래핀 플레이크 또는 그래핀 산화물을 얻는 단계(S10), 첨가제 및 중합체 및 기공 형성제와의 혼합물을 형성하는 단계(S20) 및 현탁액을 주형에 주입하고, 환원 가스 유동 환경에서 먼저 400℃ 열 처리를 가한 후, 2000℃, 바람직하게는 1800℃ 열 처리를 가하는 단계(S30)를 포함한다. 높은 표면적, 매우 높은 인장률 및 영률을 갖는 그래핀 기반 다공성 탄소 나노복합체 시트가 제조된다. 기공 크기는 1nm 내지 8㎛의 범위이다.
[0043]도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 일반적으로 주형에 다공성 그래핀 탄소 플레이트 또는 시트를 가하는 단계(S10), 이를 적층함으로써 섬유 시트 적층체를 형성하는 단계(S20), 주형에 진공을 가하고 수지를 주입하여 20 내지 400℃, 바람직하게는 250℃로 경화하여 부품 또는 물품을 형성하는 단계(S30) 및 부품 또는 물품을 원하는 운반 수단에 적용하는 단계(S40)를 포함한다. 본 발명의 한 바람직한 실시태양 및 경화에서, 가열 공정은 섬유를 공기 중에서 400℃까지, 바람직하게는 250℃로 가열한다(S30).
[0044]도 6은 PAN 종래의 탄소 섬유를 사용했을 때와 같이 일부 지능형 기계 부품을 형성하는데 사용될 수 있는 그래핀 복합체 화합물 펠렛 및 상응하는 그래핀 기반 탄소 섬유를 제공한다. 이러한 섬유의 처리는 PAN 탄소 섬유와 비교하여 낮은 제조 비용을 가진다. 본 발명의 지능형 물품만이 선택될 것이며 이의 기계적 강도는 알루미늄/마그네슘(Al-Mg) 합금 및 강과 동일한 부품의 일부와 일치한다.
[0045]도 7은 그래핀 분말을 에폭시와 혼합하여 형성된 그래핀 겔을 나타낸다. 그런 다음 낮은 가열 조건에서, 열처리하여 경화시키고 3D 성형으로 기계 물품을 형성한다. 부식을 피하기 위해 유사한 설계된 물품 및 처리가 지능형 기계 또는 운반 수단 부품 또는 화학 플랜트 및 해양에서의 작업과 같은 액체 이송 파이프에 사용될 수 있다. 그래핀 기반 복합체는 우수한 기계적 특성을 유지하면서 내부식성이 우수하다.
[0046]도 8은 데모용 3D 프린트 트롤리 또는 왜건 모델이다. 3D 프린팅 재료는 그래핀 기반 ABS 복합체 필라멘트이다. 이 모델은 10cm x 4cm x 2cm의 몸체 크기를 가지며 프린팅 두께는 1mm이나 무게가 0.5 그램이다. 강의 동일한 부피 크기는 종래의 강 왜건 중량의 80%가 감소하여, 무게가 약 30 그램이다.
[0047]도 9는 그래핀 겔에 첨가된 발포제를 통해 본 발명으로부터 생산된 일부 사진을 제공한다. 이런 그래핀 발포체는 원하는 형상으로 절단될 수 있고 에폭시를 사용하여 자외선 또는 가열에 의해 경화한 후 기계 물품을 제조할 수 있다.