KR100746586B1 - Coating and implant Method of surface of Carbon Nanotube with Fe by using Helicon Plasma - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헬리콘 플라즈마를 이용하여 카본 나노튜브에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트시키고 수소 가스로 카본나노튜브를 처리하여 SP2 구조를 SP3 구조로 바꿈으로써 카본 나노튜브의 전기전도도를 향상시키는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법은 금속 분말인 페로센(ferrocene; Fe(C5H5)2)을 버블러에서 열로 기화시키는 단계; 상기 기화 증기를 수소가스와 같이 플마즈마 발생장치에 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 플라즈마를 카본나노튜브의 표면에 집결시키는 단계로 구성된다.The present invention improves the electrical conductivity of carbon nanotubes by coating and implanting iron (Fe) on carbon nanotubes using helicon plasma and treating carbon nanotubes with hydrogen gas to change the SP 2 structure to SP 3 structure. The present invention relates to a method of coating and implanting iron (Fe) on a surface of carbon nanotubes of the present invention, comprising: vaporizing ferrocene (Fe (C 5 H 5 ) 2 ), a metal powder, in a bubbler with heat; Injecting the vaporized vapor into a plasma generating device together with hydrogen gas to generate a plasma; And concentrating the generated plasma on the surface of the carbon nanotubes.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 철을 카본나노튜브 표면에 코팅 및 임플란트함으로써 카본나노튜브의 전기전도도를 양호하게 개선하여 FED, FET, 나노전자소자와 회로, 나노튜브 다이오드 등에 사용되는 카본 나노입자의 방출을 양호하게 한다.The present invention constituted as described above improves the electrical conductivity of carbon nanotubes by coating and implanting iron on the surface of carbon nanotubes, thereby improving the electrical conductivity of carbon nanotubes of carbon nanoparticles used in FED, FET, nanoelectronic devices and circuits, and nanotube diodes. Good release.

카본 나노튜브, 플라즈마, 철, 코팅Carbon nanotube, plasma, iron, coating

Description

헬리콘 플라즈마를 이용한 카본 나노튜브 표면에 철을 코팅 및 임플란트하는 방법{Coating and implant Method of surface of Carbon Nanotube with Fe by using Helicon Plasma}Coating and implant method of surface of Carbon Nanotube with Fe by using Helicon Plasma}

도 1은 본 발명에 따라 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 장치를 이용하여 카본 나노튜브에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이고,1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of coating and implanting iron (Fe) on carbon nanotubes using a helicon plasma device according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따라 철이 코팅 및 임플란트된 카본 나노튜브의 EDX 스펙트럼이고,2 is an EDX spectrum of carbon nanotubes coated and implanted with iron according to the present invention,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 철이 코팅 및 임플란트된 카본 나노튜브의 FE-SEM 스펙트럼 사진이고,3 and 4 are FE-SEM spectral photographs of carbon nanotubes coated and implanted with iron according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따라 철이 코팅 및 임플란트된 카본 나노튜브의 TEM 스펙트럼 사진이다.5 is a TEM spectrum photograph of carbon nanotubes coated and implanted with iron according to the present invention.

본 발명은 헬리콘 플라즈마를 이용한 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 헬리콘 플라즈마를 이용하여 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트시키고 수소 가스로 카본나노튜브를 처리하여 SP2 구조를 SP3 구조로 바꿈으로써 카본 나노튜브의 전기전도도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for coating and implanting iron (Fe) on the surface of carbon nanotubes using a helicon plasma, and more specifically, to coating and implanting iron (Fe) on the surface of carbon nanotubes using a helicon plasma. The present invention relates to a method of improving the electrical conductivity of carbon nanotubes by treating carbon nanotubes with hydrogen gas and changing the SP 2 structure to the SP 3 structure.

카본나노튜브는 1991년 일본의 이지마 박사에 의해 발견된 물질로서 독특한 구조적 특성과 우수한 물리적 및 화학적 특성으로 인해 매우 폭넓은 응용분야를 갖는 새로운 나노물질이다. Carbon nanotubes were discovered by Dr. Ijima of Japan in 1991 and are new nanomaterials with a wide range of applications due to their unique structural and excellent physical and chemical properties.

이러한 카본나노튜브는 한 개의 탄소원자가 3개의 다른 탄소원자와 결합하여 만든 육각형 벌집 구조의 탄소면을 둥글게 만 형태로 속이 빈 튜브형태를 갖고있다. 그 튜브의 직경은 수 나노미터 부터 수십 나노미터(10억분의 1미터)정도로 매우 작고 길이는 수 마이크론부터 수십 마이크론으로 길이/직경비가 매우 큰 형태를 지닌다. 이러한 높은 길이/직경 비는 탄소나노튜브의 전계강화율(field enhancement factor)을 높게 만들어 낮은 전계에서도 전자방출을 용이하게 할 뿐 아니라 단위면적당 표면적이 매우 크게 만들어 주며 물리적으로는 강철의 약 100배에 달하는 강도를 지니면서 화학적으로도 안정한 특성을 지닌다. 또 탄소면이 말린 각도에 따라 금속과 같은 전기적 도체(Armchair 구조)가 되기도 하고 반도체(Zigzag 구조)가 되기도 한다. 이러한 탄소나노튜브는 전계방출소자(Field-emission display; FED)의 전자방출원, FET(Field-effect transistor), 나노전자소 자와 회로, 나노튜브 다이오드(nanotube diode), 2차전지 전극, 수소저장 연료전지, AFM/STM(atomic force microscopy)의 팁이나 센서, 고기능 복합제 등 다양한 분야에 응용되고 있다.These carbon nanotubes have a hollow tube shape in which the carbon surface of the hexagonal honeycomb structure made by combining one carbon atom with three other carbon atoms is rounded. The diameter of the tube is very small, ranging from several nanometers to tens of nanometers (one billionth of a meter), and the length is several microns to tens of microns. This high length / diameter ratio increases the field enhancement factor of the carbon nanotubes, making it easy to release electrons even at low electric fields, and making the surface area per unit area very large. It has strength and chemical stability. Depending on the angle at which the carbon surface is curled, it may be an electrical conductor (Armchair structure) such as a metal or a semiconductor (Zigzag structure). Such carbon nanotubes are electron emission sources of field-emission displays (FEDs), field-effect transistors (FETs), nanoelectronic devices and circuits, nanotube diodes, secondary battery electrodes, hydrogen Applications include storage fuel cells, AFM / STM (tips of atomic force microscopy), sensors, and high performance composites.

상기한 특성을 갖는 카본나노튜브에 대한 제조방법으로, 대한민국 특허출원제1999-0008897호의 "단층 카본 나노튜브의 제조방법"은 "가스분위기중에서, 2개의 탄소전극간에 아크방전을 발생시키고, 상기 탄소전극을 증발시킴으로써 단층 카본 나노튜브를 함유하는 검댕을 발생시키는 단층 카본나노튜브의 제조방법에 있어서, 상기 2개의 탄소전극으로서 한쪽 또는 양쪽에 합계 2종류 이상의 금속을 첨가한 금속첨가 탄소전극을 사용하고, 그 2개의 탄소전극 사이에 교류전압을 인가하여 교류 아크방전을 발생시키게 하는 것을 특징으로 하는 단층 카본 나노튜브의 제조방법"을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원제2002-0012949호는 "제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기 중 또는 공기 중에서 대향 배치하는 공정, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정, 상기 제 2 전극의 상기 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 증발시켜 나노카본을 포함하는 매연을 발생시키는 공정, 및 상기 나노카본을 포함하는 매연을 회수하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노카본의 제조방법"을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원제2003-0040461호는 "표면 처리된 기재 위에 포토리소그래피 방법으로 패턴을 형성하고 그 위에 화학적 자기조립 방법을 이용하여 탄소나노튜브를 단층 및 다층으로 적층하여 탄소나노튜브의 패턴을 형성하는 방법"에 대해 개시하 고있다.As a manufacturing method for carbon nanotubes having the above characteristics, "Method of manufacturing single-walled carbon nanotubes" of Korean Patent Application No. 1999-0008897 is "Arc discharge is generated between two carbon electrodes in a gas atmosphere, and the carbon In the method for producing a single-walled carbon nanotube which generates soot containing single-walled carbon nanotubes by evaporating the electrode, a metal-added carbon electrode in which two or more metals are added to one or both sides as the two carbon electrodes is used. And a method for producing a single-walled carbon nanotube characterized in that an alternating arc discharge is generated by applying an alternating voltage between the two carbon electrodes. Korean Patent Application No. 2002-0012949 discloses a "first electrode. And arranging a second electrode mainly composed of a carbon material in the air or in air, wherein the first electrode and the Generating an arc discharge by applying a voltage between the two electrodes, evaporating the carbon material of the second electrode by the arc discharge to generate soot including nanocarbon, and soot including the nanocarbon It discloses a method for producing nanocarbon, characterized in that it comprises a step of recovering the, "Korean Patent Application No. 2003-0040461" forms a pattern on the surface-treated substrate by a photolithography method and chemical self-assembly thereon A method of forming a pattern of carbon nanotubes by laminating carbon nanotubes in a single layer and a multilayer using a method is disclosed.

그러나, 상기한 발명 등은 일반적인 카본나노튜브의 제조방법을 개선하는 것에 지나지 않으며, 카본나노튜브의 물성 중 전기전도도를 향상하기 위한 방법에 대해서는 개시된 발명이 없는 실정이다.However, the above-described invention and the like merely improve the manufacturing method of carbon nanotubes, and there is no disclosed invention for a method for improving the electrical conductivity in the physical properties of carbon nanotubes.

따라서 본 발명자 등은 상기와 같이 우수한 물성으로 인해 전 세계적으로 각종 응용분야에 활발한 연구가 진행되고 있는 카본나노튜브의 물성중 전기전도도를 좀더 향상시킴으로 FED, FET, 나노전자소자와 회로, 나노튜브 다이오드 등 많은 각종분야에 응용되고 있는 카본나노튜브의 기능성을 향상시키기 위해 연구하던 중 철을 카본나노튜브의 코팅 및 임플란트함으로써 전기전도도를 향상하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention further improve the electrical conductivity of the properties of carbon nanotubes, which are being actively studied in various applications worldwide due to the excellent physical properties as described above, and thus, FED, FET, nanoelectronic devices and circuits, and nanotube diodes. The present invention was completed by improving the electrical conductivity by coating and implanting carbon nanotubes while studying to improve the functionalities of carbon nanotubes applied to many fields.

본 발명의 목적은 카본나노튜브의 전기전도도에 따라 발생하는 방출(emission)과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 카본나노튜브에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트시키고 수소 가스로 카본나노튜브를 처리하여 카본나노튜브의 전기전도도를 향상시키는 방법을 제공하기 위한 것이다An object of the present invention is to solve the problems such as the emission (emission) generated by the electrical conductivity of the carbon nanotubes, by coating and implanting iron (Fe) on the carbon nanotubes and by treating the carbon nanotubes with hydrogen gas It is to provide a method for improving the electrical conductivity of carbon nanotubes.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 철(Fe)이 표면에 코팅 및 임플란트된 메탈릭 카본나노튜브를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a metallic carbon nanotube coated with and coated with iron (Fe).

또한 본 발명은 금속 분말인 페로센(ferrocene; Fe(C5H5)2)을 버블러에서 열로 기화시키는 단계; 상기 기화 증기를 수소가스와 같이 플마즈마 발생장치에 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 플라즈마를 카본나노튜브의 표면에 집결시키는 단계로 구성되는 Fe를 카본나노튜브의 표면에 코팅하고 임플란트하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention comprises the step of vaporizing the metal powder ferrocene (ferrocene; Fe (C 5 H 5 ) 2 ) in a bubbler to heat; Injecting the vaporized vapor into a plasma generating device together with hydrogen gas to generate a plasma; And it provides a method for coating and implanting Fe on the surface of the carbon nanotubes consisting of the step of collecting the generated plasma on the surface of the carbon nanotubes.

이하, 본 발명을 보다 자세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따라, 카본 나노튜브에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하기 위해, 페로센이라는 금속 분말을 버블러(bubbler)에 소량 넣고, 상기 금속의 기화온도인 100℃를 유지하여 기화(vapour) 상태로 만들어 수소 가스와 동시에 챔버(chamber) 안에 주입하여 일정 압력을 유지하면서 플라즈마를 발생시킨다.According to the present invention, in order to coat and implant iron (Fe) on the carbon nanotubes, a small amount of metal powder called ferrocene is placed in a bubbler, and the vaporization state is maintained by maintaining the vaporization temperature of the metal at 100 ° C. It is injected into the chamber (chamber) at the same time with the hydrogen gas to generate a plasma while maintaining a constant pressure.

상기 수소 가스는 900 내지 1100 sccm으로 상기 페로센 증기와 같이 챔버에 주입됨이 바람직하다. 만일 900 sccm 이하로 주입되면 수소 가스 주입의 효과가 떨어지고 1100 sccm 이상으로 주입되면 철의 적절한 코팅 및 임플란트에 악영향을 주어 바람직하지 않다.The hydrogen gas is preferably injected into the chamber with the ferrocene vapor at 900 to 1100 sccm. If it is injected below 900 sccm, the effect of hydrogen gas injection is inferior. If it is injected above 1100 sccm, it is not preferable because it adversely affects proper coating and implant of iron.

챔버 안에 있는 기판 홀더(substrate holder)에 카본 나노튜브를 올려놓고 일정 전압의 D.C 바이어스(Bias)를 걸어주어 이온 플라즈마(ion plasma)들을 상기 기판 홀더에 집결시켜 기판 홀더에 유지된 카본 나노튜브에 이온 플라즈마를 임플란트한다.The carbon nanotubes are placed on a substrate holder in the chamber and a DC bias of a constant voltage is applied to collect ion plasmas on the substrate holder, thereby ionizing the carbon nanotubes held in the substrate holder. Implant the plasma.

상기 플라즈마 조건은 바람직하기로는 13.56 MHz인 RF power 500 W, 자기장은 300 내지 600 G로 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma)를 발생시켜 30분 유지한다.The plasma condition is preferably 13.56 MHz RF power 500 W, the magnetic field is maintained for 30 minutes by generating a Helicon plasma (Helicon Plasma) at 300 to 600 G.

상기와 같이 본 발명은 헬리콘 플라즈마를 이용하여 카본 나노튜브에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트 시키는데, 이때 수소가스를 동시에 주입하여 처리한다. 이는 잘 알려진 차세대 디스플레이인 FED에 수소가스로 플라즈마 처리할 경우 SP²구조를 가지고 있던 카본 나노튜브들의 구조가 SP³구조로 바뀌면서 전계방출이 잘된다는 논문들이 보고된 바 있어 수소 가스를 캐리어 가스로 사용하여 압력조절을 하면서 사용할 수 있다.As described above, the present invention coats and implants iron (Fe) on carbon nanotubes using a helicon plasma, in which hydrogen gas is injected and treated at the same time. This is a well-known next-generation FED plasma treatment with hydrogen gas, the structure of carbon nanotubes that had SP² structure is changed to the SP³ structure has been reported that the field emission is good, using hydrogen gas as a carrier gas pressure Can be used while adjusting.

상기와 같이 본 발명에 따라 카본 나노튜브(Carbon Nanotube)에 철(Fe)이 코팅 및 임플란트되었는지 여부는 FE-SEM, EDX 스펙트럼, TEM를 통해 확인할 수 있다.As described above, whether iron (Fe) is coated and implanted on the carbon nanotubes according to the present invention can be confirmed through FE-SEM, EDX spectrum, and TEM.

상기와 같이 본 발명은 카본 나노입자에 철을 코팅 및 임플란트함으로써 전도도를 우수하게 개선하여, FED, FET, 나노전자소자와 회로, 나노튜브 다이오드 등에 사용되는 카본 나노입자의 방출을 양호하게 하여 카본 나노입자의 팁(tip) 성장에 따른 문제점을 개선한다. 또한 전도도가 우수한 카본 나노입자를 제공하여 카본 나노입자를 새로운 소재로의 응용할 수 있게 한다.As described above, the present invention improves the conductivity by coating and implanting iron on carbon nanoparticles, thereby improving carbon nanoparticles used in FED, FET, nanoelectronic devices and circuits, nanotube diodes, and the like. It improves the problem of tip growth of particles. In addition, by providing carbon nanoparticles with excellent conductivity, the carbon nanoparticles can be applied to new materials.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 실시예에 의해 보다 자세히 설명하지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

<실시예 1><Example 1>

헬리콘 플라즈마(helicon plasma) 발생 장치Helicon plasma generator

헬리콘 플라즈마는 기본적으로 방전관, 고주파원, 안테나, 평행 자기장인가 코일, 임피던스 매칭, 진공장치 및 간섭계로 구성된다.Helicon plasma is basically composed of discharge tube, high frequency source, antenna, parallel magnetic field applying coil, impedance matching, vacuum device and interferometer.

상기 고주파원은 주파수 13.56 MHz의 최대 출력 3 kW인 ENI 제품을 사용하였으며, RF 시스템에 의해 발생한 전자기파의 간섭을 막고자 차폐실(shielding room) 안에 설치하였으며 또한 RF의 영향을 받는 모든 장비들은 차폐실 밖에 설치하였다.The high frequency source uses ENI products with a maximum output power of 3 kW with a frequency of 13.56 MHz and is installed in a shielding room to prevent the interference of electromagnetic waves generated by the RF system. Installed outside.

상기 안테나는 방전함 내에 RF 파워를 전달하여 플라즈마를 발생시키는 장치로 본 실시예에서는 나고야 타입(Nagoya type)-Ⅲ 형으로 설치하였다.The antenna is a device for generating plasma by transmitting RF power in a discharge box. In this embodiment, the antenna is installed in a Nagoya type-III type.

상기 안테나의 직선 부분의 길이는 란다우 댐핑(Landau damping)이 효과적으로 일어날 수 있는 조건을 만족시키는 길이 150 mm의 직선부분과 직경 140 mm인 반원 4개로 구성하였다. 직선부분과 반원은 두께가 3 mm, 폭이 25 mm인 구리판을 사용하였으며, 연결부분을 은으로 용접하였고 안테나를 구성하는 구리판이 겹치는 부분은 에폭시 판으로, 모서리 부분은 열 수축 튜브로 절연하였다.The length of the straight portion of the antenna is composed of a straight portion having a length of 150 mm and four semicircles having a diameter of 140 mm to satisfy the conditions under which Landau damping can effectively occur. The straight and semicircular sections were made of 3 mm thick and 25 mm wide copper plates. The joints were welded with silver, and the overlapping copper plates constituting the antenna were insulated with epoxy plates and the corners were insulated with heat shrink tubes.

상기 방전관 내에 균일한 자기장을 축 방향으로 인가하기 위해 제작된 헬름홀츠 코일은 중심반경 20cm이고, 6×6mm²단면에 냉각을 위해 2.2×2.2mm²의 구멍이 뚫려 있는 구리 관을 100회 감아 에폭시로 접착하여 만든 코일 뭉치 두 개를 중심거리 20cm 떨어지도록 설계하여 제작하였다. 상기 헬름홀츠 코일에 거는 자기장 의 세기는 최대 600 G로 할 수 있으나, 안정적인 플라즈마 상태를 유지하기 위해 400 G의 세기로 자기장을 유지하였다.The Helmholtz coil manufactured to apply a uniform magnetic field in the discharge tube in the axial direction has a center radius of 20 cm, and wound by winding 100 times a copper tube having a hole of 2.2 × 2.2 mm² for cooling on a 6 × 6 mm² cross section and bonding it with epoxy. Two bundles of coils were designed and manufactured to be 20cm away from the center. The strength of the magnetic field applied to the Helmholtz coil can be up to 600 G, but the magnetic field was maintained at 400 G in order to maintain a stable plasma state.

RF 플라즈마의 임피던스 매칭(impedence matching)을 위해 사용한 장비는 ENI사의 오토매칭 네트워크(automatching network)이고, 최고 용량이 2200 pF인 Joslyn Jennings 사의 Model UCSXF 2000-12S인 진공 가변 캐퍼시터(vacuum variable capacitor)를 사용하였다.The equipment used for impedance matching of RF plasma is ENI's automatching network and uses a vacuum variable capacitor of Model UCSXF 2000-12S from Joslyn Jennings with a maximum capacity of 2200 pF. It was.

메카니컬 펌프(mechanical pump)와 디퓨젼 펌프(diffusion pump) 및 Hastings Instruments 사의 NV-8 써모필 타입(thermopile type) 진공게이지를 사용하여 진공을 만들었으며, 총유량 조절기(mass flow controller)로 CO가스주입량을 조절하였다. 챔버 내부의 압력은 3.0×10-2 torr로 유지하였으며, CO가스의 주입량은 300 sccm로 유량계(flow meter)를 이용하여 주입하였다.A vacuum was created using mechanical pumps, diffusion pumps, and NV-8 thermopile type vacuum gauges from Hastings Instruments, and the CO flow rate was controlled by a mass flow controller. Was adjusted. The pressure inside the chamber was maintained at 3.0 × 10 −2 torr, and the injection amount of CO gas was injected at 300 sccm using a flow meter.

챔버 내부의 기판 구조는 SiC 필라멘트를 이용하여 1000℃까지 가열할 수 있는 가열 단위(heating unit)가 하단에 위치되며 써모커플(thermocouple)의 필라멘트 사이로 돌출되어 있다. 기판 홀더에는 (-)전압을 걸어 플라즈마 이온들을 시료에 가속시켜 임플란트시키기 위해 기판 홀더와 가열 단위 사이에 세라믹 링을 설치하여 절연시켰고 기판 홀더에는 DC 바이어스를 걸 수 있도록 회로를 구성하였다.The substrate structure inside the chamber has a heating unit capable of heating up to 1000 ° C. using SiC filaments at the bottom and protrudes between the filaments of the thermocouple. In order to accelerate the plasma ions to the sample by applying a negative voltage to the substrate holder, a ceramic ring was insulated between the substrate holder and the heating unit, and a circuit was configured to apply a DC bias to the substrate holder.

<실시예 2> <Example 2>

페로센 금속 분말을 버블러에 1g 주입한 후 버블러를 상기 금속의 기화온도인 100℃로 유지하여 증기 상태로 만든 다음, 수소 가스 1000 sccm과 같이 상기 실시예 1에 따라 구성된 직경 10cm, 길이 50cm의 헬리콘 플라즈마 소스의 챔버 안에 주입하여 전체 압력을 10-2 torr가 되도록 유지하면서 플라즈마를 발생시켰다. 상기 챔버 안에 있는 기판 홀더에 카본 나노튜브 시료를 올려놓고 (-) D.C 바이어스를 -30V로 걸어주어 이온 플라즈마들을 상기 기판 홀더에 집결시켰다. 상기 플라즈마 조건은 13.56 MHz인 RF 파워 500 W, 자기장은 400 G로 하여 헬리콘 플라즈마를 발생시켜 30분 유지하여 상기 기판 홀더에 유지된 카본 나노튜브 시료에 철 이온을 코팅 및 임플란트하였다. After injecting 1 g of ferrocene metal powder into the bubbler, the bubbler was maintained at a vaporization temperature of the metal at 100 ° C. to form a vapor state, and then 10 cm in diameter and 50 cm in length according to Example 1, such as 1000 sccm of hydrogen gas. The plasma was generated while being injected into the chamber of the helicon plasma source while maintaining the total pressure to be 10 −2 torr. Carbon nanotube samples were placed on a substrate holder in the chamber and ion plasmas were collected on the substrate holder by applying a negative DC bias of -30V. The plasma conditions were 13.56 MHz RF power 500 W, the magnetic field was 400 G to generate a helicon plasma and maintained for 30 minutes to coat and implant the iron ions on the carbon nanotube samples held in the substrate holder.

<실시예 3><Example 3>

페로센 증기와 같이 주입되는 수소 가스를 800 sccm으로 하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that hydrogen gas injected with ferrocene vapor was 800 sccm.

<실시예 4><Example 4>

페로센 증기와 같이 주입되는 수소 가스를 900 sccm으로 하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that hydrogen gas injected with ferrocene vapor was 900 sccm.

<실시예 5>Example 5

페로센 증기와 같이 주입되는 수소 가스를 1100 sccm으로 하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that hydrogen gas injected with ferrocene vapor was 1100 sccm.

<실시예 6><Example 6>

페로센 증기와 같이 주입되는 수소 가스를 1200 sccm으로 하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that hydrogen gas injected with ferrocene vapor was 1200 sccm.

<실시예 7><Example 7>

헬리콘 플라즈마 발생장치 챔버의 전체 압력을 2x10-2 torr가 되도록 유지하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.Except for maintaining the total pressure of the helicon plasma generator chamber to be 2x10 -2 torr was the same as in Example 2.

<실시예 8><Example 8>

헬리콘 플라즈마 발생장치 챔버의 전체 압력을 3x10-2 torr가 되도록 유지하는 외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.Except for maintaining the total pressure of the helicon plasma generator chamber to be 3x10 -2 torr was the same as in Example 2.

<실험예 1> Experimental Example 1

카본 나노튜브에 임플란트된 철(Fe)의 분석.Analysis of iron (Fe) implanted in carbon nanotubes.

상기 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브에 대하여, EDX 스펙트럼, FE-SEM, TEM을 통해 철의 코팅 및 임플란트 여부를 조사하여 그 결과를 도 2 내지 5에 나타냈다.The carbon nanotubes prepared according to Example 2 were examined for iron coating and implant through EDX spectrum, FE-SEM, and TEM, and the results are shown in FIGS. 2 to 5.

도 2는 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브의 EDX 스펙트럼으로, 본 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 카본 나노튜브에 철(Fe) 성분이 발견되어, 카본 나노튜브에 철이 코팅 및 임플란트되었음을 알 수 있었다.Figure 2 is an EDX spectrum of the carbon nanotubes prepared according to Example 2, as can be seen in this figure, the iron (Fe) component is found in the carbon nanotubes prepared according to one embodiment of the present invention, carbon It was found that iron was coated and implanted on the nanotubes.

도 3은 및 4는 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브의 FE-SEM 스펙트럼 사진으로, 도 3에 나타난 바와 같이 카본 나노튜브의 표면에 나노사이즈의 철 입자들이 코팅되어 있음을 알 수 있으며, 또한 도 4에서 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브의 표면이 종래의 방법에 따라 수소 처리했을 때의 결과와 일치함을 알 수 있었다. 이것은 마치 튜브에 따라 나노-스케일(nano-scale) 입자들이 노드(node)와 같이 나타나 있고 이러한 현상을 NCNTs(Nodular cabon nanotues)로써 카본 나노튜브의 한 종류로 본다. 상기 NCNT의 라만(Ramman) 스펙트럼 데이타를 분석해 보면 다이아몬드 구조(SP³)로 카본 나노튜브의 SP²구조일 때 보다 더 높은 전자 상태 밀도(electron state density)를 가짐이 입증되어 있다. 3 and 4 are FE-SEM spectra of the carbon nanotubes prepared according to Example 2, it can be seen that the nano-sized iron particles are coated on the surface of the carbon nanotubes, as shown in FIG. In addition, it can be seen that the surface of the carbon nanotubes prepared according to Example 2 in FIG. 4 is consistent with the results obtained when the surface of the carbon nanotubes is hydrogenated according to a conventional method. It is as if the nano-scale particles appear as nodes along the tube, and this phenomenon is seen as a kind of carbon nanotubes as NCNTs (Nodular cabon nanotues). Analysis of the Raman spectral data of the NCNT demonstrates that the diamond structure (SP 3) has a higher electron state density than the SP 2 structure of carbon nanotubes.

도 5는 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브의 TEM 스펙트럼 사진으로, 실시예 2에 따라 제조된 카본 나노튜브의 표면과 튜브 안쪽에 철 나노 입자들이 임플란트되어 있음을 확인할 수 있다.5 is a TEM spectrum picture of the carbon nanotubes prepared according to Example 2, it can be seen that the iron nanoparticles implanted on the surface and the inside of the carbon nanotubes prepared according to Example 2.

<실험예 2>Experimental Example 2

전기 전도도의 측정Measurement of electrical conductivity

상기 실시예 2 내지 8에 따라 철이 코팅 및 임플란트된 카본 나노튜브의 전 기전도도를 시험한 결과 본 발명에 따라 철이 코팅 및 임플란트된 카본 나노튜브는 통상의 카본 나노튜브에 비해 전기전도도가 월등히 향상되었다.As a result of testing the electrical conductivity of the iron-coated and implanted carbon nanotubes according to Examples 2 to 8, the carbon-coated and nano-implanted carbon nanotubes were significantly improved in electrical conductivity compared to conventional carbon nanotubes. .

상기와 같이 구성되는 본 발명은 철을 카본나노튜브에 코팅 및 임플란트함으로써 카본나노튜브의 전기전도도를 양호하게 개선하여 현재 카본나노튜브가 갖고 있는 방출 등과 같은 나노시스템의 문제점을 해소함으로써 FED, FET, 나노전자소자와 회로, 나노튜브 다이오드 등에 사용되는 카본 나노입자의 방출을 양호하게 한다. 또한, 전도도가 우수한 카본 나노입자를 제공하여 카본 나노입자를 새로운 소재로의 응용할 수 있다.The present invention constituted as described above improves the electrical conductivity of carbon nanotubes by coating and implanting iron on carbon nanotubes, thereby eliminating problems of nanosystems such as emission that carbon nanotubes have, such as FED, FET, Good emission of carbon nanoparticles used in nanoelectronic devices, circuits, nanotube diodes, and the like. In addition, by providing carbon nanoparticles with excellent conductivity, the carbon nanoparticles can be applied to new materials.

Claims (6)

삭제delete 금속 분말인 페로센(ferrocene; Fe(C5H5)2)을 버블러에서 열로 기화시키는 단계; Vaporizing ferrocene (Ferocene; Fe (C 5 H 5 ) 2 ), which is a metal powder, with heat in a bubbler; 상기 기화 증기를 수소가스와 같이 플마즈마 발생장치에 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 Injecting the vaporized vapor into a plasma generating device together with hydrogen gas to generate a plasma; And 상기 발생된 플라즈마를 카본나노튜브의 표면에 집결시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법.The method of coating and implanting iron (Fe) on the surface of the carbon nanotubes, characterized in that consisting of the step of collecting the plasma generated on the surface of the carbon nanotubes. 제 2항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 방전관, 고주파원, 안테나, 평행 자기장인가 코일, 임피던스 매칭, 진공장치 및 간섭계로 구성된 헬리콘 플라즈마(Helicon plasma) 발생장치를 사용함을 특징으로 하는 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법.The carbon nanotube of claim 2, wherein the plasma generator uses a helicon plasma generator comprising a discharge tube, a high frequency source, an antenna, a parallel magnetic field applying coil, an impedance matching device, a vacuum device, and an interferometer. Coating and implanting iron (Fe) on the surface. 제 2항에 있어서, 상기 수소 가스는 900 내지 1100 sccm으로 상기 페로센 증기와 같이 챔버에 주입됨을 특징으로 하는 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the hydrogen gas is injected into the chamber with the ferrocene vapor at 900 to 1100 sccm. 제 2항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치 챔버 내부 압력을 1×10-2 torr 내지 3×10-2torr의 범위 내로 유지함을 특징으로 하는 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the pressure inside the plasma generator chamber is maintained within a range of 1 × 10 −2 torr to 3 × 10 −2 torr. . 제 3항에 있어서, 상기 고주파원은 주파수 10 내지 15 MHz의 최대 출력 2 내지 4 kW인 주파수 발생장치로 차폐실(shielding room) 안에 설치되며,According to claim 3, wherein the high frequency source is installed in a shielding room (shielding room) with a frequency generator having a maximum output of 2 to 4 kW of frequency 10 to 15 MHz, 상기 안테나는 방전함 내에 RF 파워를 전달하여 플라즈마를 발생시키는 장치로, 상기 안테나의 직선 부분의 길이는 란다우 댐핑(Landau damping)이 효과적으로 일어날 수 있는 조건을 만족시키는 길이의 직선부분과 직경을 갖는 반원 4개로 구성되며, 안테나를 구성하는 구리판이 겹치는 부분 및 모서리 부분은 절연되고,The antenna is a device for generating a plasma by transmitting RF power in the discharge box, the length of the straight portion of the antenna has a straight portion and a diameter of a length that satisfies the condition that can effectively occur Landau damping (Landau damping) Consists of four semicircles, the overlapping and corner portions of the copper plate constituting the antenna are insulated, 상기 방전관은 그 내부에 균일한 자기장을 축 방향으로 인가하기 위해 제작된 헬름홀츠 코일이 설치되고,The discharge tube is installed inside the Helmholtz coil manufactured to apply a uniform magnetic field in the axial direction, 상기 플라즈마의 임피던스 매칭(impedence matching) 장치 및 진공형성 장치가 설치되고,An impedance matching device and a vacuum forming device of the plasma are installed, 챔버 내부에 기판을 유지하기 위한 홀더는 SiC 필라멘트를 이용하여 1000℃까지 가열할 수 있는 가열 단위(heating unit)를 하단에 설치하여 써모커플(thermocouple)의 필라멘트 사이로 돌출되게 하고,The holder for holding the substrate inside the chamber is provided with a heating unit (heating unit) that can be heated to 1000 ℃ using SiC filament to protrude between the filament of the thermocouple, 상기 기판 홀더에는 DC 바이어스를 걸 수 있도록 회로를 구성함을 특징으로 하는 카본 나노튜브 표면에 철(Fe)을 코팅 및 임플란트하는 방법.The substrate holder is a method for coating and implanting iron (Fe) on the surface of the carbon nanotubes, characterized in that the circuit is configured to apply a DC bias.
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