Besides two dimensional (2D) graphene sheets which show superior electrical, thermal, and mechanical proper-ties, three dimensional (3D) graphene assembly also recently garnered great attention due to its high surface area, flexible and free-standing configuration, and facile fabrication of the graphene composite with nanomaterials in practical graphene applications. However, to date, the morphology of the 3D graphene structure has been limited to spherical shape. Herein, we demonstrated the synthesis of a variety of 3D graphene assembly including sphere, twiddle, and hemisphere. Such 3D reduced graphene oxide (rGO) structures could be manipulated by controlling the aggregation pattern of the GO sheet inside the micro-droplets. The aggregation pattern depended on the diffu-sion rate of the droplet solvent that were simply tuned by the amount of an oil phase. In addition to the fabrica-tion of the versatile 3D graphene materials, their micro-porous structure was manufactured by compositing silica beads in the rGO microparticles followed by a wet etching process. Noticeably, the 3D porous hemispherical rGO revealed unique surface plasmonic characteristics similar to the single layered graphene as well as a bulk plasmon effect, which were confirmed by an electron energy-loss spectroscopy (EELS) mapping. These results are the first-time demonstration showing the plasmonic properties of the 3D graphene structure which can expand the application arena of the 3D graphene materials.
탄소가 육각형 형태로 연결된2차원 구조인 그래핀은 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 성능을 가지고 있다. 이러한 그래핀이 3차원으로 조립된 구조체는 최근 가공방법이 비교적 쉽고 저렴하며, 서로 뭉치지 않아 높은 비표면적을 가지며, 다른 나노 재료들과 쉽게 복합체을 구성할 수 있다는 장점 때문에 주목받았으나, 현재까지 그래핀 구조체의 모양은 찌그러진 공 형태로 제한되어 있고, 크기 조절이 어렵우며, 균일하지 못하다는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 미세유체 기술을 이용하여 구, 구겨진 구, 컵 모양의 3차원 그래핀 구조체를 합성하였다. 산화 그래핀을 유중수적형 미세액적 안에서 조립하고 가열하여, 환원된 산화 그래핀 구조체를 얻었으며, 구조체의 모양은 액적 안의 용액이 오일로 확산되는 속도에 의해 결정되었다. 더 나아가, 액적 속에 실리카 비드와 그래핀을 같이 넣어 복합체를 만들고, 복합체에 있는 실리카 비드를 다시 불산에 녹여 다공성 그래핀 구조체를 만들었다. 이러한 3차원 다공성 그래핀 구조체를 전자 에너지 손실 분광법을 이용한 구조체에서의 분포측정결과, 다른 구조에선 볼 수 없었던 그래핀의 플라즈모닉 특성을 밝혀냈으며, 이러한 분석법은 표면플라즈몬과 벌크플라즈몬을 구별짓는 이상적인 모델이 될 수 있다.
