탄소나노튜브

목차

⑴탄소나노튜브란?

⑵탄소나노튜브 개요

⑶탄소나노튜브 구조

⑷합성방법

⑸탄소나노튜브 특성

⑹결 론 및 견해

본문내용

도의 길이를 갖는 탄소나노튜브들이 촉매금속이 증착된 기판 없이도 반응로 내에서 기상반응에 의해서 고밀도로 합성된 것을 알 수 있으며 탄소파티클도 별로 존재하지 않고 있다.
⑥전기분해법
이 방법은 흑연막대(음극)를 용융상태의
LiCl
전해질이 함유된 흑연crucible(양극)에 담그고 전기회로를 구성하여 MWNT를 합성하는 방법입니다. 흑연 crucible의 온도는 보통 약 600 이며 Ar분위기이다. DC전류를 3-20A, 20V 미만에서 인가하면 직경이 2-10nm, 길이가 0.5 m 이상의 MWNT가 합성된다. 비정질 탄소 및 encapsulate CNTs가 부산물로 생성된다.
⑦Flame 합성법
이 방법은
CH _{4}
등의 탄화수소화합물이 미량의 산소분위기에서 연소되면서 발생하는 연소열이 열원이 된다. 탄소나노튜브 합성을 위한
C _{2} H _{2}
등의 반응가스와 촉매전구체를 Diffusion Flame 분위기에 흘려줌으로써 합성조건에 따라 MWNT 및 SWNT가 합성된다. Flame 분위기의 온도가 600-1300 의 범위로 균일하지 않아 비정질탄소가 다량 포함되며, 결정성이 다소 떨어지는 편이다. 저비용으로 대량합성에 용이하며 전극재료에 유망하다.
⑸CNT(Carbon Nano Tube)의 특성
탄소나노튜브의 성장특성
- 탄소나노튜브의 성장의 온도 의존성
Fe가 증착된 실리콘산화막 기판위에서 온도에 따른 탄소나노튜브의 성장특성을 고찰하기 위해 합성온도를 950 , 850 , 750 로 변화시키면서 탄소나노튜브를 합성하였다. 탄소나노튜브를 합성하기 전에 먼저 실리콘산화막 기판위에 Fe를 약 100 nm의 두께로 증착시켰다. 이어서 물에 희석시킨 HF용액에서 dipping시킨 후,
NH _{3}
를 이용하여 나노크기의 미세한 촉매금속 파티클을 형성시킨 후, 상기 미세한 촉매금속 파티클위에 탄소나노튜브를 합성시켰다.
탄소나노튜브 합성조건을 최적화시킨 결과 왼쪽 그림에서 보여주는 바와 같이 고순도의 탄소나노튜브가 수직배향으로 균일하게 합성되었다.
- Fe 촉매금속막의 표면처리 특성
탄소나노튜브의 합성에 있어서 촉매금속막의 형태는 나노튜브의 길이, 밀도 및 구조 등에 상당한 영향을 끼친다. 특히, 화학기상증착법으로 합성시킨 탄소나노튜브는 촉매금속 파티클위에서 성장하므로, 촉매금속 파티클의 크기, 형태, 밀도 등을 자세히 고찰할 필요가 있다.
실리콘산화막위에 증착시킨 Fe 촉매금속막을 HF 용액에 140초 동안 dipping을 실시한 후, 이어서 반응로를 사용하여 850 에서
NH _{3}
를 300sccm으로 10분간 흘려주면서 식각을 실시한 이후의 촉매금속막의 표면 상태이다. 사진에서 보여주듯이 미세한 크기의 촉매금속 파티클이 균일하게 형성되어 있다. 이러한 형상의 나노크기의 촉매금속 파티클위에서 탄소나노튜브를 수직배향으로 합성시킬 수 있다. 이것은 고밀도인 미세한 촉매금속 파티클이 탄소나노튜브를 합성시킬 때, 탄소나노튜브 합성을 위한 핵형성 위치로 작용하기 때문이다. 결국, 촉매금속막의 HF dipping과
NH _{3}
처리 과정은 탄소나노튜브를 실리콘 기판위에서 수직배향으로 합성시키는데 아주 중요한 과정임을 알 수 있었고, 또한 미세한 촉매금속 파티클의 크기는 합성된 탄소나노튜브의 직경에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 탄소나노튜브의 수직배향성과 직경 그리고 밀도의 조절은 촉매금속의 표면을 적절하게 식각 처리하여 촉매금속을 미세한 나노 크기의 파티클로 형성시킴으로써 가능하다.
■ 이상의 결과를 토대로 촉매금속막의 전처리효과를 종합해보면
첫째, HF dipping은 단순히 촉매금속막의 표면을 식각시키고, HF dipping 시간이 증가함에 따라서 금속막 표면의 거칠기가 증가하는 것을 알 수 있었다.
둘째, HF dipping 시간이 140sec이상이 되면 촉매금속막의 직경이 700-800nm정도인 균일한 모양의 파티클 형태로 형성되었다.
셋째,
NH _{3}
처리 과정이 없이 HF dipping에 의한 표면 식각만으로 촉매금속 파티클을 형성시킨 경우에, 그 촉매금속 파티클위에 합성시킨 탄소나노튜브는 비록 고밀도로 성장될지라도 기판에 수직배향으로 성장되지는 않았다.
넷째, 140sec의 HF dipping을 하고 850 에서
NH _{3}
를 300sccm를 실시한 조건에서는 기판에 수직 배향된 고밀도의 탄소나노튜브 합성이 가능하였다.
⑹결론 및 견해
국내 최조로 축구공 모양의 분자구조를 지닌 탄소소재 풀러렌(fullerene)
C _{60}
을 이용한 자동차 윤활유 '포잔'을 양산한다고 19일 발표했다고 한다. 이 제품은 풀러렌의 둥그런 분자구조가 엔진 내부와 미션 부위에 매끄럽고 영구적인 피막을 형성해 주행거리를 평균 5 15%까지 높이며 불필요한 차량진동도 극소화시킨다. 뉴멘나노텍은 나노기술로 제작하는 풀러렌을 차량용 윤활유에 적용할 경우 사실상 폐차할 때까지 윤활유를 교체할 필요가 없어져 차량 유지비 절감과 환경보호에 효과적이라고 밝혔다. 이처럼 탄소나노튜브는 다양한 물리적 성질을 가지고 있어서 21세기 첨단 전자정보산업을 비롯한 여러 첨단산업분야에 폭 넓게 이용될 수 있는 나노과학기술 분야의 핵심소재로써 세계적으로 관심이 집중되어 있다. 99년 일본에서 처음 대량생산에 성공을 하고 현재 전 세계적으로 연구 중인데 반해 우리나라에서는 소수에 달하는 연구자들만이 연구하는 것 같아 아쉽다. 정부의 지원 또한 다른 나라에 비해 소홀하다. CNT를 더욱더 개발하여 일만 배 더 기억용량이 큰 반도체를 만들 수 있는 소재, 현재의 전자제품 크기를 1/3정도로 줄일 수 있는 소재, 소형 이동용 전지의 사용시간을 획기적으로 연장시킬 수 있는 소재, 저전압으로 전자방출 전류를 현재보다 10~100배 이상의 높은 수준으로 끌어올릴 수 있는 소재, 자동차, 항공기 등의 구조재 강도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 고기능 복합체 소재 등을 우리만의 힘으로 우리만의 기술로 만드는 그런 시대가 왔으면 좋겠다. 하루빨리 대한민국의 이름으로 탄소나노튜브를 널리 알리고 싶고 나노 튜브의 대중화가 되어 좀 더 편한 세상이 왔으면 하는 바램이다.

키워드

탄소나노튜브,   탄소,   나노,   CNT,   carbon,   nano