(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子をピリジンを含む置換源から生成される置換原子に置換することにより第１サイズを有する第１細孔が形成された第１グラフェンフィルタを形成する工程と、
グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子をピリジンを含む置換源から生成される置換原子で置換することにより前記グラフェンに前記第１サイズよりも大きな第２サイズを有する第２細孔が形成された第２グラフェンフィルタを形成する工程と、
前記第１及び第２グラフェンフィルタを流入口及び排出口を備えるフィルタ本体の内部に配置する工程と
を含む多孔質グラフェンフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記第１グラフェンフィルタを形成する工程における前記置換源の供給量は、前記第２グラフェンフィルタを形成する工程における前記置換源の供給量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の多孔質グラフェンフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記炭素源が、メタン（ＣＨ4）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ペンテン（Ｃ5Ｈ10）、シクロペンタジエン（Ｃ5Ｈ6）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）からなる群より選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の多孔質グラフェンフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記第１または第２グラフェンフィルタが形成されるとき、前記炭素源及び前記置換源が同時に気化されて、前記第１及び第２グラフェンフィルタが形成される蒸着炉に提供されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質グラフェンフィルタの製造方法。
【請求項５】
グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部をピリジンを含む置換源から生成された窒素原子で置換することにより形成される第１サイズを有する第１細孔が形成されている第１グラフェンフィルタと、
グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部をピリジンを含む置換源から生成された窒素原子で置換することにより前記第１サイズよりも大きな第２サイズを有する第２細孔が形成されている第２グラフェンフィルタと、
複数の物質の混合物がフィルタ本体に導入された後に前記混合物が移動する経路上に前記第１及び第２グラフェンフィルタが固定されているフィルタ本体と
を備える多孔質グラフェンフィルタ。
【請求項６】
前記第１及び第２グラフェンフィルタが、それぞれ独立して、フィルム状又は円筒状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の多孔質グラフェンフィルタ。
【請求項７】
互いに異なるサイズを有する物質を含む所定の量の混合物を逐次供給する混合物供給装置と、
前記混合物が導入されるための流入口および側面上の少なくとも２つの排出口を備えるフィルタ本体と、前記フィルタ本体内の排出口のあいだに配置され、前記混合物に含まれている個々の物質を分離するためのグラフェンフィルタであって、
グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部をピリジンを含む置換源から生成された窒素原子で置換することにより形成される第１サイズを有する第１細孔が形成されている第１グラフェンフィルタと、グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部をピリジンを含む置換源から生成された窒素原子で置換することにより前記第１サイズよりも大きな第２サイズを有する第２細孔が形成されている第２グラフェンフィルタと、を含むグラフェンフィルタと、
前記排出口に連結され、前記混合物から分離された各物質を回収するための回収ユニットと
を備えるフィルタ装置。
【請求項８】
前記混合物供給装置が、
前記混合物を提供するための混合物提供ユニットと、
所定量の前記混合物を受容する収納容器と、
前記収納容器から前記混合物を排出するための排出ユニットと
を備えることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ装置。
【請求項９】
前記排出ユニットが、前記収納容器に空気又は不活性ガスを供給するブローワを備えることを特徴とする請求項８に記載のフィルタ装置。
【請求項１０】
前記混合物供給装置、前記グラフェンフィルタ及び前記回収ユニットに結合されている電子バルブと、
前記電子バルブを制御するバルブコントローラと
を更に備えることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質グラフェンフィルタの製造方法及びこれを用いて製造される多孔質グラフェンフィルタに関し、より具体的には、本発明は、少なくとも２つの互いに異なる物質が混合されている混合物から特定の物質を多孔質グラフェンを用いて選択的にフィルタリングできる多孔質グラフェンフィルタの製造方法及びこれを用いて製造される多孔質グラフェンフィルタ及びこれを用いたフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素単原子層を含むグラフェン（graphene）の技術開発が急速に進んでいる。
【０００３】
グラフェンは、一層の炭素原子で形成された単原子層を含む、銅に比べて非常に優れた導電性、シリコン（silicon）に比べて高い電子移動度、鋼鉄に比べて非常に高い強度などを有する多様な長所を有する新素材であって、超高速半導体、透明電極を活用したフレキシブルディスプレイ、コンピュータの部品、高効率太陽電池など多様な分野に適用されている。
【０００４】
特許文献１は、グラフェンを含む溶液を使用してグラフェン-ポリマー複合体フィルタを製造するための方法を開示している。
【０００５】
従来の半導体、ディスプレイ、コンピュータ部品及び太陽電池などに用いられるグラフェンは、グラフェンに空孔（through hole）などのような欠陥が形成されないようにする方向で技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１３−００３３７９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、炭素単原子層構造を有するグラフェン形成のあいだにグラフェンに人為的に非常に小さなサイズの細孔を形成させたグラフェンを含む多孔質グラフェンフィルタ、複数の物質が混合されている混合物から特定の物質を選択的にフィルタリングするための複数の多孔質グラフェンフィルタ、多孔質グラフェンフィルタの製造方法、及びこれを用いるフィルタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態において、多孔質グラフェンフィルタの製造方法は、グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子を置換源から生成される置換原子に置換することにより第１サイズを有する第１細孔が形成された第１グラフェンフィルタを形成する工程と、グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子を置換源から生成される置換原子で置換することによりグラフェンに第１サイズよりも大きな第２サイズを有する第２細孔が形成された第２グラフェンフィルタを形成する工程と、第１及び第２グラフェンフィルタを流入口及び排出口を備えるフィルタ本体の内部に配置する工程とを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、第１グラフェンフィルタに第１細孔を形成する置換源、及び、第２グラフェンフィルタに第２細孔を形成する置換源は、窒素原子を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、第１グラフェンフィルタを形成する工程における置換源の供給量は、第２グラフェンフィルタを形成する工程における置換源の供給量よりも少ない。
【００１１】
いくつかの実施形態において、炭素源は、メタン（ＣＨ4）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ペンテン（Ｃ5Ｈ10）、シクロペンタジエン（Ｃ5Ｈ6）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）からなる群より選択される少なくとも１つを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態において、置換源は、アンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）、ピロール（Ｃ4Ｈ5Ｎ）、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）、硝酸（ＨＮＯ3）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド（（ＣＨ3）2ＮＣＨＯ）、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）及び塩化シアヌル（Ｃ3Ｃｌ3Ｎ3）からなる群より選択される少なくとも１つを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態において、第１または第２グラフェンフィルタが形成されるとき、炭素源及び置換源は、同時に気化されて第１または第２グラフェンフィルタが形成される蒸着炉に供給される。
【００１４】
一実施形態の多孔質グラフェンフィルタは、グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部を置換原子で置換することにより形成される第１サイズを有する第１細孔が形成されている第１グラフェンフィルタと、グラフェン中の共有結合部分に結晶欠陥を有する炭素原子の一部を置換原子で置換することにより形成される第２サイズを有する第２細孔が形成されている第２グラフェンフィルタと、複数の物質の混合物がフィルタ本体に導入された後に混合物が移動する経路上に第１及び第２グラフェンフィルタが固定されているフィルタ本体と、を備える。
【００１５】
いくつかの実施形態において、多孔質グラフェンフィルタの第１及び第２グラフェンフィルタは、それぞれ独立して、フィルム状又は円筒状に形成される。
【００１６】
一実施形態として、本発明は、互いに異なるサイズを有する物質を含む所定の量の混合物を逐次供給する混合物供給装置と、そこを通って混合物が導入されるための注入口および側面上の少なくとも２つの排出口を備えるフィルタ本体と、混合物中の個々の物質をそれぞれ分離するための、フィルタ本体内の排出口のあいだに配置されている、その中に細孔が形成されている少なくとも１つのグラフェン薄膜と、排出口に連結され、混合物から分離された各物質を回収するための回収ユニットと、を備えるフィルタ装置を提供する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、フィルタ装置の混合物供給装置は、混合物を提供するための混合物提供ユニットと、所定量の混合物を受容する収納容器と、収納容器から混合物を排出するための排出ユニットとを備える。
【００１８】
いくつかの実施形態において、フィルタ装置の排出ユニットは、収納容器に空気又は不活性ガスを提供するブローワを備える。
【００１９】
いくつかの実施形態において、フィルタ装置は、混合物供給装置、グラフェンフィルタ及び回収ユニットに結合されている電子バルブと、電子バルブを制御するバルブコントローラとを更に備える。
【００２０】
いくつかの実施形態において、フィルタ装置のグラフェンフィルタは、フィルタ本体の内部に配置され、第１サイズを有する第１細孔が形成されている第１グラフェンフィルタと、フィルタ本体の内部で第１グラフェンフィルタと対向するように配置され、第２サイズを有する第２細孔が形成されている第２グラフェンフィルタとを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による多孔質グラフェンフィルタの製造方法及びこれを用いて製造された多孔質グラフェンフィルタは、炭素単原子層構造を有するグラフェン薄膜であって、グラフェン形成のあいだにグラフェン薄膜に人為的に非常に小さなサイズの細孔が形成されるような方法で製造され得るグラフェン薄膜を有することにより、複数の物質からなる混合物から特定の物質を選択的にフィルタリング及び分離できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る多孔質グラフェンフィルタの製造方法を示す流れ図である。
【図２】図１の第１グラフェンフィルタを示す平面図である。
【図３】図１の第２グラフェンフィルタを示す平面図である。
【図４】図１に示す第１グラフェンフィルタ又は第２グラフェンフィルタを製造する装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る多孔質グラフェンフィルタを示す断面図である。
【図６】図５の多孔質グラフェンフィルタのフィルタ工程を示す概念図である。
【図７】フィルム状の第１または第２グラフェンフィルタの斜視図である。
【図８】円筒状の第１または第２グラフェンフィルタの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るフィルタ装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
下記の説明では、本発明の実施形態を理解するために必要な部分のみ説明され、それ以外の部分の説明は、本発明の要旨を不明確にしないように省略されるということに留意すべきである。
【００２４】
以下で説明される本明細書及び請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的、又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最も最善の方法で説明するために、用語の概念により適切に定義できるという原則に即して本発明の技術的な思想に整合する意味と概念で解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は、本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を何れも代弁するものではないので、本出願時点においてそれらに代えられる多様な均等物と変形例が存在し得ることが理解できるはずである。
【００２５】
本発明で頻繁に用いられる技術用語である「グラフェン（graphene）」は、炭素原子の単原子層（one atomic layer）の構造であって、単原子層を構成する炭素原子が基本的な反復単位として６角形のリング状骨格で共有結合されているものとして定義される。
【００２６】
しかしながら、本発明では５つの炭素原子が一緒に共有結合して基本的な反復単位を構成する又は７つの炭素原子が一緒に共有結合して基本的な反復単位を構成する単原子層構造も「グラフェン」として定義され得る。
【００２７】
また、本発明で頻繁に用いられる技術用語である「結晶欠陥（crystal defect）又は欠陥（defect）」は、グラフェンを形成している炭素原子を窒素原子などに置換することを目的として、グラフェンを形成しているいくつかの炭素原子間の共有結合のうちの少なくとも１つの切断として定義される。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る多孔質グラフェンフィルタの製造方法を示す流れ図である。図２は、図１の第１グラフェンフィルタを示す平面図である。図３は、図１の第２グラフェンフィルタを示す平面図である。
【００２９】
図１及び図２を参照して、多孔質グラフェンフィルタを製造するために、まず、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１が形成される（工程Ｓ１０）。
【００３０】
工程Ｓ１０で、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１を形成するために、まず、高温で炭素原子及び水素原子に分解され得る炭素前駆体を含む炭素源（carbon source）を、グラフェン薄膜を形成させるために気化させる工程が行われる。
【００３１】
本発明の一実施形態において、炭素源を気化させて蒸着炉などに提供する場合、従来に比べて非常に単純な工程によって多孔質グラフェンフィルタを製造できるという長所を有する。
【００３２】
本発明の一実施形態において、第１グラフェンフィルタ１を形成するための炭素源として使用され得る物質の例としては、メタン（ＣＨ4）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ペンテン（Ｃ5Ｈ10）、シクロペンタジエン（Ｃ5Ｈ6）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）などの、熱によって炭素原子及び水素原子に分解される炭化水素（hydrocarbon）が挙げられる。
【００３３】
また、炭素源の気化によって生成される炭素原子によるグラフェンの形成のあいだ、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1をグラフェンに形成させるために、グラフェン中の炭素原子のうちの一部の炭素原子に結晶欠陥を生じさせ、及び結晶欠陥によって切断された共有結合部分に置換原子を置換して結合させるための置換源（又はドーピング源）を気化させる工程が行われる。
【００３４】
本発明の一実施形態において、置換源としては、窒素化合物を含む窒素前駆体が使用され得る。
【００３５】
第１グラフェンフィルタ１に第１細孔Ｈ1を形成するための置換源として使用され得る窒素化合物の例としては、アンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）、ピロール（Ｃ4Ｈ5Ｎ）、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）、硝酸（ＨＮＯ3）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド（（ＣＨ3）2ＮＣＨＯ）、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）、塩化シアヌル（Ｃ3Ｃｌ3Ｎ3）などの、窒素化合物が挙げられる。
【００３６】
本発明の一実施形態において、第１グラフェンフィルタ１を形成する炭素原子を提供する炭素源、及び、第１グラフェンフィルタ１を形成するあいだに、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1を形成するための置換源は、良質の第１グラフェンフィルタを製造するために、それぞれ別の容器内で同時気化方式で気化される。
【００３７】
第１グラフェンフィルタ１を形成するために、同時気化方式で気化された炭素源及び置換源は、それぞれ第１グラフェンフィルタ１が形成されるのに適した工程条件とされた蒸着炉（deposition furnace）の内部にそれぞれ導入され、蒸着炉の内部で混合される。
【００３８】
蒸着炉の内部に導入された炭素源は、蒸着炉の内部で炭素原子及び水素原子に熱分解され、水素原子は蒸着炉の外部に排気され、炭素原子は蒸着炉の内部に配置された基板に単原子層構造を形成するように堆積される。
【００３９】
蒸着炉の内部で炭素原子が基板上に成膜されているあいだ、蒸着炉の内部に導入された置換源は、蒸着炉の内部で窒素原子に分解され、窒素原子は、炭素原子のうち一部の共有結合されている部分に作用（又はドーピング）して結晶欠陥を誘発し、結晶欠陥が発生した炭素原子の切断された共有結合部分に窒素原子が結合される。
【００４０】
炭素原子の共有結合が切断された部分が窒素原子に置換されることによって蒸着炉の内部に配置された基板には、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１が形成される。
【００４１】
本発明の一実施形態において、炭素原子の共有結合が切断された部分の個数が増加し、より多くの窒素原子が結晶欠陥部分に結合される場合、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の第１サイズＳ１が大きくなる。
【００４２】
即ち、第１グラフェンフィルタ１に形成される第１細孔Ｈ1の個数及び第１細孔Ｈ1の平均した第１サイズＳ１は、炭素源及び置換源の割合又は置換源の濃度によって決定される。
【００４３】
一定量の炭素源に対して置換源の量を増加させる場合、グラフェン中のより多い個数の炭素原子に関して結晶欠陥が発生して、炭素原子に代わって窒素原子が結合されるため、第１細孔Ｈ1の個数が増加し、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均した第１サイズＳ１は増加する。
【００４４】
反対に、一定量の炭素源に対して置換源の量を減少させる場合、グラフェン中のより少ない個数の炭素原子に関して結晶欠陥が発生して、炭素原子に代わって窒素原子が結合されるため、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の個数および平均した第１サイズＳ１は減少する。
【００４５】
本発明の一実施形態において、グラフェンに形成される第１細孔Ｈ1の平均した第１サイズＳ１のデータ、第１細孔Ｈ1の第１サイズＳ１の偏差データは、炭素源及び置換源の割合を変更しながら実験することによって求めることができる。
【００４６】
図１及び図３を参照して、第１グラフェンフィルタ１が製造された後又は第１グラフェンフィルタ１の製造のあいだ、平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２が形成される（工程Ｓ２０）。
【００４７】
図１の工程Ｓ２０で、平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２を形成するために、まず、第２グラフェンフィルタ２を形成するための炭素前駆体を含む炭素源を気化させる工程が行われる。
【００４８】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２を形成するための炭素源として使用され得る物質の例としては、メタン（ＣＨ4）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ペンテン（Ｃ5Ｈ10）、シクロペンタジエン（Ｃ5Ｈ6）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）などの、熱によって炭素原子及び水素原子に分解される炭化水素（hydrocarbon）が挙げられる。
【００４９】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２を形成する際に用いられる炭素源は、第１グラフェンフィルタ１を形成する際に用いられる炭素源と同一であってもよく、また異なっていてもよい。
【００５０】
また、炭素源の気化によって生成される炭素源による第２グラフェンフィルタ２の製造のあいだ、平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2を形成させるために、グラフェン中の炭素原子のうちの一部の炭素原子に結晶欠陥を生じさせ、及び結晶欠陥によって切断された共有結合部分に置換原子を置換して結合させるための置換源（又はドーピング源）を気化させる工程が行われる。
【００５１】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２の置換源としては、窒素化合物を含む窒素前駆体が使用され得る。
【００５２】
第２グラフェンフィルタ２の置換源として使用され得る窒素化合物の例としては、アンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）、ピロール（Ｃ4Ｈ5Ｎ）、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）、硝酸（ＨＮＯ3）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド（（ＣＨ3）2ＮＣＨＯ）、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）、塩化シアヌル（Ｃ3Ｃｌ3Ｎ3）などの、窒素化合物が挙げられる。
【００５３】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２を形成するための置換源及び第１グラフェンフィルタ１を形成するための置換源は、同一であってもよく、また異なっていてもよい。
【００５４】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２の形成において使用される炭素原子を提供する炭素源及び第２グラフェンフィルタ２の形成のあいだ、平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2の形成において使用される置換源は、第２グラフェンフィルタ２を大量生産するために、それぞれ他の容器で同時気化方式で気化される。
【００５５】
第２グラフェンフィルタ２を形成するために、同時気化方式で気化された炭素源及び置換源は、それぞれ第２グラフェンフィルタ２が形成されるのに適した工程条件とされた蒸着炉の内部にそれぞれ導入され、蒸着炉の内部で混合される。
【００５６】
蒸着炉の内部に導入された炭素源は、蒸着炉の内部で炭素原子及び水素原子に熱分解され、水素原子は蒸着炉の外部に排気され、炭素原子は蒸着炉の内部に配置された基板に単原子層構造を形成するように堆積される。
【００５７】
蒸着炉の内部で炭素原子が基板上に成膜されるあいだ、蒸着炉の内部に導入された置換源は、蒸着炉の内部で窒素原子に分解され、窒素原子は、炭素原子のうち一部の共有結合されている部分に作用（又はドーピング）して結晶欠陥を誘発し、窒素原子は結晶欠陥が発生した炭素原子の切断された共有結合部分に結合される。
【００５８】
炭素原子の共有結合が切断された部分が窒素原子に置換されることによって蒸着炉の内部に配置された基板には、平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２が形成される。
【００５９】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２に形成される第２細孔Ｈ2の個数及び第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２は、炭素源及び置換源の割合又は置換源の濃度によって決定される。
【００６０】
具体的に、一定量の炭素源に対して置換源の供給量を増加させる場合、グラフェン中のより多くの個数の炭素原子が窒素原子に置換されて第２細孔Ｈ2の個数が増加し、結果として、第２細孔Ｈ2の平均的な第２サイズＳ２は増加する。
【００６１】
反対に、一定量の炭素源に対して置換源の量を減少させる場合、グラフェン中のより少ない個数の炭素原子が窒素原子に置換されるため、第２細孔Ｈ2の個数が減少し、結果として、第２細孔Ｈ2の平均的な第２サイズＳ２は減少する。
【００６２】
本発明の一実施形態において、グラフェンに形成される第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２のデータ、第２細孔Ｈ2の第２サイズＳ２の偏差データは、炭素源及び置換源の割合を変更しながら実験することによって求めることができる。
【００６３】
本発明の一実施形態において、工程Ｓ２０で形成された第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の平均した第２サイズＳ２は、工程Ｓ１０で形成された第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均的な第１サイズＳ１より小さくされてもよい。
【００６４】
このとき、第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2のうち最も大きなサイズの第２細孔Ｈ2は、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1のうち最も小さなサイズ以下で形成され得る。
【００６５】
たとえ本発明の一実施形態において、工程Ｓ２０で形成された第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２が、工程Ｓ１０で形成された第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均の第１サイズＳ１よりも小さいことが図示及び説明されていたとしても、この態様とは異なり、第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２が第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均の第１サイズＳ２以上であってもよい。
【００６６】
本発明の一実施形態において、平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１及び平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２は、１つの蒸着炉で順次形成又は互いに異なる蒸着炉で個別に形成され得る。
【００６７】
工程Ｓ１０で平均して第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１が形成され、工程Ｓ２０で平均して第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｓ２が形成された第２グラフェンフィルタ２が形成された後、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２は、フィルタ本体に装着されて多孔質グラフェンフィルタが製造される（工程Ｓ３０）。
【００６８】
フィルタ本体は、少なくとも２つの物質が混合されている混合物が通過する経路を提供し、工程Ｓ１０で製造された第１グラフェンフィルタ１及び工程Ｓ２０で製造された第２グラフェンフィルタ２が、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の第１細孔Ｈ1及び第２細孔Ｈ2を通して対象物質をフィルタで取り除くために経路内に配置される。
【００６９】
例えば、多孔質グラフェンフィルタは、空気から二酸化炭素を、水から不純物、自動車排気ガスから特定の物質を、血液から不純物又は特定の物質を選択的にフィルタリングするために適用され得る。
【００７０】
図４は、図１に示す第１グラフェンフィルタ又は第２グラフェンフィルタを製造する装置を示すブロック図である。
【００７１】
図４を参照して、多孔質グラフェンフィルタ製造装置７００は、図１に示す第１グラフェンフィルタ及び第２グラフェンフィルタを製造する。
【００７２】
本発明の一実施形態において、第１グラフェンフィルタ１及び第２グラフェンフィルタ２の両方が、１つの多孔質グラフェンフィルタ製造装置７００から製造され得る。これとは異なり、第１グラフェンフィルタ１又は第２グラフェンフィルタ２が、互いに異なる多孔質グラフェンフィルタ製造装置７００から製造されてもよい。
【００７３】
多孔質グラフェンフィルタ製造装置７００は、試料供給装置２００、同時気化器３００及び蒸着炉４００を備える。これに加えて、多孔質グラフェンフィルタ製造装置７００は、キャリアガス供給部５００を更に備えていてもよい。
【００７４】
試料供給装置２００は、第１試料供給装置２１０及び第２試料供給装置２２０を備える。
【００７５】
第１試料供給装置２１０は、後述するように、グラフェンを形成するための炭素源を同時気化器３００の第１気化器３１０に供給する。
【００７６】
第１試料供給装置２１０から第１気化器３１０に供給される炭素源は、蒸着炉４００の内部で炭素原子及び水素原子に分解される炭化水素を含む炭素前駆体であり得る。
【００７７】
第１試料供給装置２１０から供給される炭素前駆体の例としては、メタン（ＣＨ4）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ペンテン（Ｃ5Ｈ10）、シクロペンタジエン（Ｃ5Ｈ6）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）などの、熱によって炭素原子及び水素原子に分解される炭化水素（hydrocarbon）が挙げられ得る。
【００７８】
本発明の一実施形態において、炭素前駆体が、第１試料供給装置２１０に気相として貯蔵される場合、第１試料供給装置２１０から供給される炭素前駆体は、同時気化器３００の第１気化器３１０をバイパスして蒸着炉４００に供給され得る。
【００７９】
第２試料供給装置２２０は、グラフェンに細孔（through-hole）を形成する置換源（又はドーピング源）を、同時気化器３００の第２気化器３２０に供給する。
【００８０】
本発明の一実施形態において、置換源を気化器３００に供給する第２試料供給装置２２０には、置換源の濃度、置換源の供給量を精密に制御する試料調節装置２２５が結合される。
【００８１】
試料調節装置２２５を用いて、第２気化器３２０に供給される置換源の供給量を変更できるようにすることで、図２に示される第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１及び図３に示される第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２が形成され得る。
【００８２】
たとえ本発明の一実施形態では、第２試料供給装置２２０から第２気化器３２０に供給される置換源の濃度及び置換源の供給量を試料調節装置２２５によって制御することが図示及び説明されていても、これとは異なり、第１及び第２試料供給装置２１０、２２０に、炭素源及び置換源の供給量を個別に調節するための電子バルブ又は流量制御器（ＭＦＣ）がそれぞれ設置されてもよい。
【００８３】
第２試料供給装置２２０から第２気化器３２０に供給される置換源は、窒素化合物を含む窒素前駆体であり得る。
【００８４】
図４に示す第２試料供給装置２２０から供給される置換源である窒素前駆体の例としては、アンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）、ピロール（Ｃ4Ｈ5Ｎ）、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）、硝酸（ＨＮＯ3）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド（（ＣＨ3）2ＮＣＨＯ）、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）、塩化シアヌル（Ｃ3Ｃｌ3Ｎ3）などが挙げられる。
【００８５】
本発明の一実施形態において、窒素前駆体が、第２試料供給装置２２０から気相で供給される場合、第２試料供給装置２２０から供給される窒素前駆体は、同時気化器３００の第２気化器３２０をバイパスして蒸着炉４００に供給され得る。
【００８６】
同時気化器３００は、第１気化器３１０及び第２気化器３２０を備える。
【００８７】
第１気化器３１０は、第１試料供給装置２１０と連通され、これによって第１気化器３１０には第１試料供給装置２１０から、例えば、炭素源である炭素前駆体が供給される。
【００８８】
第１気化器３１０は、気化される炭素前駆体がそれを通って容器へと導入される流入口と、気化された炭素前駆体がそれを通って容器から放出される排出口をと備える容器を備え、そして後述するように、流入口は第１試料供給装置２１０に連通され、排出口は蒸着炉４００の内部と連通される。
【００８９】
第１気化器３１０に供給された炭素前駆体を熱によって気化させるために、第１気化器３１０の外側には第１加熱炉３１５が配置され、第１加熱炉３１５の内側には熱を発生させる熱線３１６が配置され得る。第１加熱炉３１５には、熱線３１６以外に多様な熱発生装置が配置され得る。
【００９０】
第２気化器３２０は、第２試料供給装置２２０と連通され、これによって第２気化器３２０には第２試料供給装置２２０から、置換源、例えば窒素前駆体が供給される。
【００９１】
第２気化器３２０は、気化される窒素前駆体がそれを通って容器へと導入される流入口と、気化された窒素前駆体がそれを通って容器から放出される排出口とを備える容器を備え、そして後述するように、流入口は第２試料供給装置２２０に連通され、排出口は蒸着炉４００の内部と連通される。
【００９２】
第２気化器３２０に供給された窒素前駆体を熱によって気化させるために、第２気化器３２０の外側には第２加熱炉３２５が配置され、第２加熱炉３２５の内側には熱を発生させる熱線３２６が配置される。第２加熱炉３２５には、熱線３２６以外に多様な熱発生装置が配置されてもよい。
【００９３】
たとえ本発明の一実施形態では、第１及び第２気化器３１０、３２０に供給された炭素前駆体及び窒素前駆体をそれぞれ気化させるために、熱線３１６、３２６を備える第１及び第２加熱炉３１５、３２５が用いられていても、これとは異なり、炭素前駆体及び窒素前駆体に反応ガスを供給して化学的に炭素前駆体及び窒素前駆体が気化されてもよい。
【００９４】
一方、キャリアガスが第１気化器３１０から気化された炭素前駆体及び第２気化器３２０から気化された窒素前駆体をそれぞれ蒸着炉４００に運搬できるように、キャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部５００は、第１気化器３１０及び第２気化器３２０の両方と連通される。
【００９５】
キャリアガス供給部５００は、窒素、アルゴンのような不活性ガスを第１気化器３１０及び第２気化器３２０に供給し、第１気化器３１０で気化された炭素前駆体及び第２気化器３２０で気化された窒素前駆体のそれぞれは、キャリアガス供給部５００から供給された不活性ガスによって蒸着炉４００に運搬される。
【００９６】
本発明の一実施形態において、キャリアガス供給部５００及び第１気化器３１０、キャリアガス供給部５００及び第２気化器３２０は、それぞれ不活性ガス供給配管５１０、５２０によって連通される。不活性ガス供給配管５１０、５２０には、それぞれ不活性ガスの流量を制御するための流量制御器（Mass Flow Controller、ＭＦＣ）が連結され得る。
【００９７】
本発明の一実施形態では、キャリアガス供給部５００で第１気化器３１０及び第２気化器３２０に供給される不活性ガスの流量が異なるように制御することによって、図２に示される第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1が形成された第１グラフェンフィルタ１及び図３に示される第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2が形成された第２グラフェンフィルタ２が形成され得る。
【００９８】
図４を更に参照すれば、第１気化器３１０において気化された炭素前駆体がそこから放出される第１気化器３１０の排出口は、第１配管３１７と連通され、第２気化器３２０において気化された窒素前駆体がそこから放出される第２気化器３２０の排出口は、第２配管３２７と連通される。
【００９９】
第１配管３１７及び第２配管３２７は、共通配管３３０に合流され、共通配管３３０は、蒸着炉４００と連通される。
【０１００】
第１配管３１７によって供給される気化された炭素前駆体及び第２配管３２７によって供給される気化された窒素前駆体は、共通配管３３０で混合された後、蒸着炉４００に供給されるため、気化された炭素及び窒素前駆体は、均一な混合物の形状で蒸着炉４００に向かって送られ得る。
【０１０１】
本発明の一実施形態において、第１配管３１７によって共通配管３３０に供給される気化された炭素前駆体及び第２配管３２７によって共通配管３３０に供給される気化された窒素前駆体の温度変化によって、気化された炭素及び窒素前駆体が再び液化されること、または、第１及び第２配管３１７、３２７の内壁に被着されることを防止するために、共通配管３３０には、ヒーティングユニット３３５が備えられていてもよい。
【０１０２】
ヒーティングユニット３３５は、例えば、電気エネルギーを消費して熱を発生させる熱線を備えていてもよく、ヒーティングユニット３３５は、共通配管３３０を加熱して、気化された炭素及び窒素前駆体の温度変化を最小限のものとする。
【０１０３】
本発明の一実施形態では、気化された炭素前駆体及び気化された窒素前駆体が混合される共通配管３３０にヒーティングユニット３３５が備えられることが図示及び説明されているが、これとは異なり、ヒーティングユニット３３５が、第１配管３１７及び第２配管３２７のそれぞれにさらに備えられていてもよい。
【０１０４】
図４を更に参照して、蒸着炉４００は、第１気化器３１０から第１配管３１７及び共通配管３３０を通って供給される炭素前駆体、ならびに、第２気化器３２０から第２配管３２７及び共通配管３３０を通って供給される窒素前駆体を用いて、図２及び図３に示される第１及び第２グラフェンフィルタ１、２が製造されるためのプロセス条件及び雰囲気を確立するように機能する。
【０１０５】
第１及び第２グラフェンフィルタ１、２を形成するためのプロセス条件及び雰囲気を確立する蒸着炉４００としては、例えば、化学気相蒸着装置（Chemical Vapor Deposition equipment）、熱化学気相蒸着装置（Thermal Chemical Vapor Deposition equipment）、急速熱化学気相蒸着設備（Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition equipment）、誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置（Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition equipment）、原子層蒸着装置（Atomic Layer Deposition equipment）のうち何れか１つが用いられてもよい。
【０１０６】
本発明の一実施形態では、単原子層が蒸着炉４００の内部に配置された基板上に形成されるため、原子層蒸着法（ＡＬＤ）を用いることが好ましい。
【０１０７】
蒸着炉４００の内部に配置され、その上に第１及び第２グラフェンフィルタ１、２が堆積される基板は、例えば、基板上に蒸着によって形成された第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の基板からの容易な分離を可能にし、及び高温の熱で形状変形が発生しない金属材料で作製され得る。
【０１０８】
蒸着炉４００の内部に配置された金属材料は、例えば、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２に対して弱い付着力を有する銅板又は銅メッキ板を含むことができる。
【０１０９】
たとえ本発明の一実施形態では、蒸着炉４００の内部に配置されて第１及び第２グラフェンフィルタ１、２がその上に形成される基板が銅板又は銅メッキ板であることが説明されていても、これとは異なり、蒸着炉４００の内部に配置された基板が第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の基板からの容易な剥離を可能としている限り、多様な金属材料が使用され得る。
【０１１０】
図５は、本発明の一実施形態に係る多孔質グラフェンフィルタを示す断面図である。図６は、図５の多孔質グラフェンフィルタのフィルタプロセスを示す概念図である。
【０１１１】
図５及び図６を参照して、多孔質グラフェンフィルタ８００は、第１グラフェンフィルタ１、第２グラフェンフィルタ２及びフィルタ本体７５０を備える。
【０１１２】
図２及び図５を参照すれば、第１グラフェンフィルタ１は、図１に示される第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の製造方法によって、図４に示される多孔質グラフェンフィルタを製造するための装置を用いて製造され得、第１グラフェンフィルタ１は、図２に示される構造を有する。
【０１１３】
第１グラフェンフィルタ１は、炭素源の分解によって生成された炭素原子を用いたグラフェンの形成のあいだに、置換源が、炭素原子のうち一部の炭素原子に結晶欠陥を引き起こし、結晶欠陥が発生した炭素原子を置換する置換原子、すなわち窒素原子を生成するために気化されるという方法で製造される。
【０１１４】
第１グラフェンフィルタ１は、図２に示されるように、第１サイズＳ１を有する第１細孔Ｈ1を含む。
【０１１５】
第１グラフェンフィルタ１は、図７に示されるように、フィルム状に形成され得、第１グラフェンフィルタ１がフィルム状に形成される場合、第１グラフェンフィルタ１の枠には、矩形のフレームが結合される。
【０１１６】
矩形のフレームに第１グラフェンフィルタ１を結合させることによって、第１グラフェンフィルタ１は、非常に高い引張強度及び圧縮強度を有するようになる。
【０１１７】
本発明の一実施形態において、第１グラフェンフィルタ１は、図８に示されるように、円筒状に形成され得、第１グラフェンフィルタ１が円筒状に形成される場合、第１グラフェンフィルタ１の両側端部には、リング状のフレームが結合され得る。
【０１１８】
リング状のフレームに円筒状の第１グラフェンフィルタ１を結合することによって、第１グラフェンフィルタは、非常に高い引張強度及び圧縮強度を有するようになる。
【０１１９】
図２及び図５を参照して、第２グラフェンフィルタ２は、図１に示される第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の製造方法によって、図４に示される多孔質グラフェンフィルタを製造するための装置を用いて製造され得、第２グラフェンフィルタ２は、図３に示されるような構造を有する。
【０１２０】
第２グラフェンフィルタ２は、炭素源の分解によって生成された炭素原子を用いたグラフェンの形成のあいだに、置換源が、炭素原子のうち一部の炭素原子に結晶欠陥を引き起こし、結晶欠陥が発生した炭素原子を置換する置換原子、すなわち窒素原子を生成するために気化されるという方法で製造される。
【０１２１】
第２グラフェンフィルタ２は、図３に示されるように、第２サイズＳ２を有する第２細孔Ｈ2を有し、第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の第２サイズＳ２は、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の第１サイズＳ１よりも大きなサイズで形成される。
【０１２２】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の第２サイズＳ２は、炭素源に対する置換源の濃度及び置換源の供給速度を調整することによって変更され得る。
【０１２３】
第２グラフェンフィルタ２は、図７に示されるように、フィルム状に形成され得、第２グラフェンフィルタ２がフィルム状に形成される場合、第２グラフェンフィルタ２の枠には、矩形のフレームが結合され得る。矩形のフレームに第２グラフェンフィルタ２を結合させることによって、第２グラフェンフィルタ２は、非常に高い引張強度及び圧縮強度を有するようになる。
【０１２４】
本発明の一実施形態において、第２グラフェンフィルタ２は、図８に示されるように、円筒状に形成され得、第２グラフェンフィルタ２が円筒状に形成される場合、第２グラフェンフィルタ２の両側端部には、リング状のフレームが結合され得る。
【０１２５】
リング状のフレームに円筒状の第２グラフェンフィルタ２を結合することによって、第２グラフェンフィルタ２は、非常に高い引張強度及び圧縮強度を有するようになる。
【０１２６】
本発明の一実施形態において、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の両方が、例えば、図７に示すように、フィルム状に形成され、フィルム状の第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の枠には、それぞれ矩形のフレームが結合される。
【０１２７】
本発明の一実施形態では、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２がそれぞれ矩形のフィルム状に形成され、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２の枠に矩形のフレームが結合されたことが図示及び説明されているが、これとは異なり、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２が、円形に形成され、円形の第１及び第２グラフェンフィルタ１、２にそれぞれ円形フレームが結合されてもよい。
【０１２８】
対応するフレームに結合された第１及び第２グラフェンフィルタ１、２は、フィルタ本体７５０内部で互いに所定の距離で離間して配置され得る。
【０１２９】
フィルタ本体７５０は、両方の端部が開口された筒状又は一方の端部のみが開口された筒状に形成され得る。
【０１３０】
フィルタ本体７５０は、例えば、両方の端部が開口されて、それぞれが流入部７５２及び流入部７５２と反対側の吐出部７５４を構成している筒状の形状に形成されてもよい。フィルタ本体７５０は、例えば、剛性の高い金属材料又は合成樹脂材料から形成されてもよい。
【０１３１】
フィルタ本体７５０の流入部７５２を通って、少なくとも２つの物質の混合物がフィルタ本体内に導入され、混合物からのフィルタリングの結果得られる物質が、フィルタ本体７５０の吐出部７５４から吐出される。
【０１３２】
図６を参照して、第１及び第２グラフェンフィルタ１、２が互いに所定の距離で離間して配置されているフィルタ本体７５０内に、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均の第１サイズＳ１よりも大きな物質Ａ、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1の平均の第１サイズＳ１よりは小さいが第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２よりは大きい物質Ｂ、及び第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2の平均の第２サイズＳ２よりも小さい、フィルタリングの標的物質である物質Ｃが混合されている混合物が、フィルタ本体７５０の流入部７５２から導入される場合、標的物質である物質Ｃは、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1及び第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2を通過する一方、物質Ａ及び物質Ｂは、第１グラフェンフィルタ１の第１細孔Ｈ1または第２グラフェンフィルタ２の第２細孔Ｈ2を通過することができない。
【０１３３】
図９は、本発明の他の実施形態に係るフィルタ装置を示すブロック図である。
【０１３４】
図９に示されるフィルタ装置は、互いに異なるサイズを有する少なくとも２つの物質の混合物を各物質に分離することを可能にする。
【０１３５】
フィルタ装置９００は、混合物供給装置９１０、グラフェンフィルタ９５０、回収ユニット９６０及びバルブコントローラ９８０を備える。
【０１３６】
混合物供給装置９１０は、後述するように、互いに異なるサイズを有する少なくとも２つの物質の混合物をグラフェンフィルタ９５０に供給する。
【０１３７】
混合物供給装置９１０は、混合物を提供するための混合物提供ユニット９１２、収納容器９１４、排出ユニット９１６及び電子バルブ９１８、９１９を備える。
【０１３８】
混合物提供ユニット９１２は、例えば、平均して第１サイズを有する物質Ａ、平均して第１サイズよりも小さな第２サイズを有する物質Ｂ及び平均して第２サイズよりも小さな第３サイズを有する物質Ｃの混合物の外部からの供給を受けて、混合物を収納容器９１４に提供する。
【０１３９】
混合物提供ユニット９１２及び収納容器９１４は、配管９１３によって互いに連結され、配管９１３には、収納容器９１４に混合物を提供する又は収納容器９１４への混合物の提供を遮断するための電子バルブ９１８が備えられ、電子バルブ９１８は、後述されるように、バルブコントローラ９８０からの制御信号によって開閉される。
【０１４０】
収納容器９１４は配管９１３に連結され、収納容器９１４は所定の量の混合物を仮貯蔵するように機能する。
【０１４１】
収納容器９１４には、仮貯蔵された所定の量の混合物を放出するための排出管９１５が連結され、排出管９１５には、電子バルブ９１９が備えられる。電子バルブ９１９は、後述されるように、収納容器９１４に仮貯蔵された混合物のグラフェンフィルタ９５０への供給を調整する。
【０１４２】
電子バルブ９１９は同様に、後述されるように、バルブコントローラ９８０からの制御信号によって開閉される。
【０１４３】
排出ユニット９１６は、収納容器９１４内に仮貯蔵されている混合物をグラフェンフィルタ９５０に供給するように機能する。
【０１４４】
排出ユニット９１６は、例えば、配管９１３に連結され得、および、収納容器９１４内に貯蔵されている混合物をグラフェンフィルタ９５０中に強制的に提供するために空気又は不活性ガスを吐出するブローワを備えていてもよい。
【０１４５】
グラフェンフィルタ９５０は、収納容器９１４の排出管９１５に連結される流入口９２１及び排出口９２２、９２４、９２６を備えるフィルタ本体９２０と、フィルタ本体９２０内に配置されるグラフェン薄膜９３０、９４０と、を備える。
【０１４６】
フィルタ本体９２０は、両方の端部が閉鎖された筒状に形成されてもよく、フィルタ本体９２０の上端部に流入口９２１が形成されて、収納容器９１４の排出管９１５と連通される。収納容器９１４内に貯蔵された混合物は、流入口９２１を通ってフィルタ本体９２０内に導入される。
【０１４７】
フィルタ本体９２０には、混合物中に存在する物質の数に対応する数の排出口が形成される。
【０１４８】
本発明の一実施形態において、混合物は、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃから構成されているため、フィルタ本体９２０には、３つの排出口９２２、９２４、９２６が備えられており、排出口９２２、９２４、９２６は、それぞれ互いに所定の間隔で離間して配置される。
【０１４９】
グラフェン薄膜９３０、９４０は、前述の図１〜図４に図示及び説明された方法によって製造され得、したがってグラフェン薄膜９３０、９４０の構成及びその製造方法に関して重複する説明は省略される。
【０１５０】
グラフェン薄膜９３０、９４０のうちの１つのグラフェン薄膜９３０は、フィルタ本体９２０の内部に、フィルタ本体９２０を通り抜ける経路をブロックする形態で配置される。
【０１５１】
グラフェン薄膜９３０は、例えば、混合物に含まれている物質Ａは通過できないが、物質Ｂ及び物質Ｃは通過することのできる第１サイズの第１細孔を有する。
【０１５２】
グラフェン薄膜９３０は、排出口９２２と排出口９２４との間に配置される。
【０１５３】
グラフェン薄膜９３０、９４０のうちの１つのグラフェン薄膜９４０は、フィルタ本体９２０の内部でグラフェン薄膜９３０に対向して、同様にフィルタ本体９２０を通り抜ける経路をブロックする形態で配置される。
【０１５４】
グラフェン薄膜９４０は、例えば、混合物に含まれている物質Ｂは通過できないが、物質Ｃは通過することのできる第２サイズの第２細孔を有する。
【０１５５】
グラフェン薄膜９４０は、排出口９２４と排出口９２６との間に配置される。回収ユニット９６０は、排出口９２２、９２４、９２６と連通して、混合物から物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃを分離して回収し及び貯蔵する。
【０１５６】
回収ユニット９６０は、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃを選択的に回収し及び貯蔵するために使用される電子バルブ９６２、９６４、９６６を備える。
【０１５７】
バルブコントローラ９８０は、混合物から各物質を選択的に分離するために、電子バルブ９１８、９１９、９６２、９６４および９６６の開閉のための制御信号を提供する。
【０１５８】
図６に示されるグラフェンフィルタは、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃの何れか１つの物質を混合物から選択的にフィルタリング又は分離するのに適する反面、物質Ａ、Ｂ及びＣのそれぞれを個別に分離することは難しいが、図９に図示及び説明されるフィルタ装置は、互いに異なるサイズを有する物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃを個別にフィルタリング又は分離することを可能にする。
【０１５９】
以下、図９に示されるフィルタ装置によって混合物から各物質を個別に分離又はフィルタリングする工程を説明する。
【０１６０】
まず、混合物供給装置９１０の混合物提供ユニット９１２から、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃの混合物が、配管９１３を通って収納容器９１４に提供される。
【０１６１】
このとき、バルブコントローラ９８０は、所定の期間の電子バルブ９１８の開放を指示するための制御信号を電子バルブ９１８に適用して、その所定の期間のあいだ所定の量の混合物が配管９１３を通って収納容器９１４内に提供されるようにする。
【０１６２】
収納容器９１４に所定の量の混合物が提供されると、バルブコントローラ９８０は、電子バルブ９１８に制御信号を適用して電子バルブ９１８を閉鎖し、収納容器９１４への混合物の提供を遮断する。
【０１６３】
一方、収納容器９１４に所定の量の混合物が提供されると、バルブコントローラ９８０は、収納容器９１４の排出管９１５に連結された電子バルブ９１９を開放し、これによって排出ユニット９１６から空気又は不活性ガスが収納容器９１４に提供され、同時に収納容器９１４内部の混合物がグラフェンフィルタ９５０の内部に送られる。
【０１６４】
流入部９２１を通って収納容器９１４からグラフェンフィルタ９５０の内部に入った後、混合物は、第１サイズを有する第１細孔が形成されているグラフェン薄膜９３０に到達する。混合物中の物質Ｂ及び物質Ｃは、グラフェン薄膜９３０の第１細孔を通過できるが、物質Ａはグラフェン薄膜９３０を通過できず、グラフェン薄膜９３０上に残る。
【０１６５】
グラフェン薄膜９３０を通過した混合物を形成する物質Ｂ及び物質Ｃは、第２サイズの第２細孔が形成されているグラフェン薄膜９４０に到達する。物質Ｃはグラフェン薄膜９４０の第２細孔を通過し、物質Ｂはグラフェン薄膜９４０上に残る。
【０１６６】
従って、収納容器９１４からグラフェンフィルタ９５０に所定の量の混合物が提供される限り、グラフェンフィルタ９５０の各グラフェン薄膜９３０、９４０によって、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃはそれぞれ分離された状態で残る。
【０１６７】
このようにグラフェン薄膜９３０、９４０によってそれぞれ物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃが分離された状態で分配されており、物質Ａは排出口９２２、物質Ｂは排出口９２４、物質Ｃは排出口９２６を通ってそれぞれ回収ユニット９６０へと回収される。バルブコントローラ９８０は、各排出口９２２、９２４および９２６にそれぞれ連結された電子バルブ９６２、９６４および９６６の開閉のための制御信号を提供して、各電子バルブ９６２、９６４および９６６の開閉を個別に制御する。
【０１６８】
本発明の一実施形態において、混合物は互いに異なるサイズを有する、気体状、液体状又は固体状物質を含んでいてもよい。
【０１６９】
本発明の一実施形態において、フィルタ装置は、例えば血液の透析などの医療分野、特定の気体の分離などのフィルタ分野などで幅広く使用され得る。
【０１７０】
以上の詳細な説明によれば、炭素単原子層構造を有するグラフェン薄膜の形成のあいだに、グラフェン薄膜に非常に小さなサイズの細孔を人為的に形成し、グラフェン中に人為的に形成した細孔を有する多孔質グラフェンフィルタを用いることにより、複数の物質からなる混合物から特定の物質を選択的にフィルタリング及び分離できるようにするという効果を奏する。
【０１７１】
一方、本図面に開示された実施形態は、理解を促進するために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。ここに開示された実施形態以外にも本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であるということは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には自明である。
【符号の説明】
【０１７２】
２００    試料供給装置
２１０    第１試料供給装置
２２０    第２試料供給装置
２２５    試料調節装置
３００    同時気化器
３１０    第１気化器
３２０    第２気化器
３１５    第１加熱炉
３２５    第２加熱炉
４００    蒸着炉
５００    キャリアガス供給部
７００、８００    多孔質グラフェンフィルタ製造装置
９００    フィルタ装置
９１０    混合物供給装置
９１２    混合物提供ユニット
９１４    収納容器
９１６    排出ユニット
９２０    フィルタ本体
９３０、９４０    グラフェン薄膜
９５０    グラフェンフィルタ
９６０    回収ユニット
【要約】
【課題】炭素単原子層構造を有するグラフェンに人為的に非常に小さなサイズの細孔を形成させ、細孔を有する複数の多孔質グラフェンフィルタを用いることによる多孔質グラフェンフィルタの製造方法と前記製造方法で製造された多孔質グラフェンフィルタを提供する。
【解決手段】グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子を置換源から生成される置換原子に置換することにより第１サイズを有する第１細孔が形成された第１グラフェンフィルタを形成し、グラフェン形成のための炭素源から生成される炭素原子の堆積のあいだに、一部の炭素原子を置換源から生成される置換原子で置換することによりグラフェンに第１サイズよりも大きな第２サイズを有する第２細孔が形成された第２グラフェンフィルタを形成し、第１及び第２グラフェンフィルタを流入口及び排出口を備えるフィルタ本体の内部に配置することで、複数の物質の混合物から特定の物質を選択的にフィルタリングできる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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