KR100450029B1 - 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 방법 및그것을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 방법 및 그것을 위한 장치에 관한 것으로서, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 상기 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 100 중량부를 기준으로 30 내지 1000 중량부의 알칼리 화합물과 혼합한 후 500 내지 1500℃로 20 분 내지 120 분간 처리하는 과정을 포함하는 것으로 구성되어있다.

본 발명의 방법에 따르면, 간단하고 저렴한 방법에 의해 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 비표면적을 증가시키거나 관능기를 도입할 수 있고, 본 발명의 장치에 따르면 이러한 표면처리를 대량으로 실행할 수 있다. 이렇게 표면처리된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 유해물질의 제거를 위한 필터 등에 사용할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 방법 및 그것을 위한 장치{Method of Surface-treating of Carbon Nanotubes or Nanofibers and Apparatus therefor}

본 발명은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 비표면적을 증가시키거나 관능기를 도입하기 위한 표면처리 방법 및 그것을 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 진공 또는 불활성 분위기에서 알칼리 화합물을 사용하여 탄소나노튜브 등의 표면을 처리하여 나노미터 크기의 나노 미세 기공을 형성시킴으로써, 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극뿐만 아니라, 유·무기 오염원에 대한 선택적 흡착 성능을 발휘할 수 있는 필터 등에 사용될 수 있는 고기능성 활성 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 제조방법 등을 제공한다.

다중벽 탄소나노튜브는 직경이 수십 ∼ 수백 나노미터 이내이며, 그 길이가 수 마이크로에서 수백 마이크로에 이를 정도로 구조의 비등방성이 크다. 또한, 역학적으로도 견고하고(강철의 100 배 정도), 화학적인 안정성도 뛰어나며, 열전도도가 높고, 속이 비어있는 특성을 가진다. 이러한 탄소 나노튜브는 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 전계 방출 디스플레이, 전자 증폭기, 또는 가스 센서 등에 적용하는 연구가 활발하다.

이와 유사한 탄소나노섬유는 흑연구조 시트(graphene sheet)가 섬유축과 일정 각도를 가지면서 배열되어 있으며, 이로 인해 흑연구조 시트의 엣지(edge)면이 표면으로 향해있다는 것이 큰 특징이다.

탄소나노섬유(Graphite NanoFiber: GNF)는 또다른 이름으로 "Carbon NanoFiber(CNF)" 또는 "Carbon Filament"라 부른다. 탄소를 함유한 가스와 고온의 금속입자가 상호 반응하여 탄소나노섬유가 형성된다는 것은 1890년대에 처음으로 보고되었고, 그 구조가 구체적으로 밝혀지기 시작한 것은 고성능 전자현미경이 보급되기 시작한 1950년 초이다. 이렇게 시작된 탄소나노섬유의 연구는 1970년 초기부터 Baker 등에 의해 본격적인 연구가 시작되었다. 이러한 많은 연구의 결과로, 현재는 탄소나노섬유에도 여러 종류가 있고, 각 종류의 미세구조 및 성장 메커니즘 등에 대해서 많이 밝혀졌으며, 그 직경의 조절도 가능한 상태이다. 일반적으로 탄소나노섬유는 2~200 ㎚의 직경과 5~100 ㎛의 길이를 가진다.

탄소나노섬유는 탄소를 함유하는 기체상태의 화합물을 고온에서 분해시켜 생성되는 탄소물질을 미리 제조된 금속촉매에 섬유 형태로 성장시켜 얻을 수 있다. 열 분해된 탄소들은 수 나노미터 크기의 특정한 금속촉매 면에서의 흡착, 분해, 흡수, 확산 그리고 석출의 단계를 통해 탄소구조 층(graphene layer) 형태로 쌓여 뛰어난 결정성과 순도를 지닌 탄소나노섬유를 형성한다. 니켈, 철, 코발트 등과 같은 전이금속의 촉매입자 위에 형성된 탄소나노섬유는 직경이 100 ㎚크기로 성장하게 되는데, 이들은 다른 종류의 범용 탄소섬유의 직경이 10 ㎛인 것에 비해, 100 배정도 가는 물질로 존재하게 되어, 높은 비표면적, 우수한 전기전도성 및 흡착성을 가지고 기계적특성이 뛰어나기 때문에, 복합재, 전극재 및 수소저장 등 많은 분야에 응용이 가능한 물질이다.

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 비표면적은, 대체로 100 ~ 400 ㎥/g으로서 다른 활성 탄소에 비해 작은 편이지만, 전기 화학적 저장이나 가스센서 및 전자파 차폐에 우수한 성능을 보이고 있다. 그리고, 비표면적을 증가시킨 탄소나노튜브는 더욱 우수한 특성을 발휘할 것으로 보인다.

특히, 비표면적이 증가된 탄소나노튜브는 오·페수처리, 소각로 및 화학공정 시설에서의 유해 배기 가스의 흡착 및 제거, 전기 전자 제조과정에서의 미량의 유해가스 제거, 유해물질과 세균 등을 제거하는 필터에 응용할 수 있다.

따라서, 비표면적을 증가시키기 위한 다양한 방법들이 시도되었는데, 한 예로서, 한국특허출원 제1998-7009168에서는 합성된 탄소나노섬유에 얇은 탄소막을 피복한 다음, 증기, 이산화탄소 또는 공기를 이용하여 얇은 탄소막의 선택적 산화 등의 방법을 통한 활성화 방법 및 표면을 하나이상의 물질과 반응 또는 접촉시켜 작용기를 부착시키는 방법을 통해 활성화시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 우선 탄소나노섬유에 얇은 탄소막을 피복하는 별도의 공정이 필요하므로, 대량 생산시에 비용이 상승하는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공상태 또는 불활성 가스 분위기의 반응기 안에서 KOH, NaOH 등과 같은 알칼리 화합물로 간단히 표면처리 함으로써, 전극이나 필터 등에 사용될 수 있는 고기능성 활성 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 이러한 방법을 효율적으로 행할 수 있고, 표면처리에 사용된 알칼리 화합물의 배출이 없으며, 낮은 온도와 단시간의 처리공정을 행할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 사용되는 단일벽 탄소나노튜브의 분자구조와 FE-SEM 사진 및 TEM 사진이고;

도 2는 본 발명에 사용되는 다중벽 탄소나노튜브의 분자구조와 FE-SEM 사진 및 TEM 사진이고;

도 3은 미처리 다중벽 탄소나노튜브와 본 발명의 방법에 따라 표면처리된 활성 이중벽 탄소나노튜브의 비교도이고;

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 장치의 모식도이고;

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법으로 처리된 탄소나노튜브의 전자현미경 사진이고;

도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법으로 처리된 탄소나노섬유의 전자현미경 사진이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

100 : 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 장치

200 : 반응용기

300 : 혼합물(또는 반응물)

400 : 로딩 막대

500 : 밸브

600 : 하우징

700 : 전기히터

이러한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 방법은, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 상기 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 100 중량부를 기준으로 30 내지 1000 중량부의 알칼리 화합물과 혼합한 후 500 내지 1500℃로 20 분 내지 120 분간 처리하는 과정을 포함한다.

상기 탄소나노튜브 등은 다양한 방법에 의해 제조될 수 있고, 어느 특정한 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 등으로 본 발명의 범주가 제한되는 것은 아니다. 탄소나노튜브의 제조방법의 대표적인 예로는 아크방전법, 열분해법 등을 들 수 있다. 예를 들어, 아크 방전법은 챔버 내부를 진공으로 만들고 여기에 300 내지 400 torr의 압력으로 아르곤 가스를 흘려주면서, 챔버내에 설치된 양극 탄소봉과 음극 탄소봉 사이의 간격을 약 1 ㎜로 한 상태에서, 여기에 10 내지 30 V의 직류전압을인가하면, 두 전극사이에 아크가 발생하게 되고, 이러한 아크 방전에 의해 복합 다중벽 탄소나노튜브(MWNT: MultiWall NanoTube)나 단일벽 탄소나노튜브(SWNT: SingleWall NanoTube)가 제조되게 된다. 아크 방전의 전류량, 인가시간, 전압, 촉매, 불활성 분위기 등에 의해 탄소나노튜브의 종류, 크기 및 수율이 정해진다. 도 1에는 그와 같이 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 분자구조와 FE-SEM 사진 및 TEM 사진이 개시되어있고, 도 2에는 다중벽 탄소나노튜브의 분자구조와 FE-SEM 사진 및 TEM 사진이 개시되어있다. 본 발명에서는 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 상기 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 탄화수소 화합물의 기상 열분해법에 의해 합성된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 그것의 길이가 수 ~ 수백 마이크로에 이르므로 제품 응용에 유리하다. 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 직경은 특별히 상관이 없지만, 직경이 너무 크면 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 고유 특성이 사라지게 되므로, 바람직하게는 200 ㎚ 이하가 적당하다.

상기 표면처리에 의해 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면에 나노크기의 미세한 기공이 형성되는데, 알칼리 화합물에 의한 나노기공의 형성에 대한 정확한 반응기전을 알 수 없으나, 고온에서 분해된 알칼리 화합물이 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면을 침식하면서, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 미세한 기공이 형성되는 것으로 추측된다.

상기 표면처리 반응을 산소 분위기나 산소가 포함된 분위기에서 실행하면,표면의 미세 기공의 크기를 조절하기 어렵고 산화반응에 의해 탄소분자들이 쉽게 파괴되므로, 진공 분위기나 불활성 분위기에서 실행할 필요가 있다. 상기 불활성 분위기는 아르곤 가스, 질소 가스 등을 사용하여 만들 수 있다.

상기 표면처리 반응을 행하는 알칼리 화합물의 바람직한 예로는 KOH, NaOH 등을 들 수 있고 경우에 따라서는 이들의 혼합물의 사용도 가능하며, 특히 KOH가 바람직하다. 알칼리 화합물의 혼합량은, 앞서 설명한 바와 같이, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 중량을 기준으로 30 내지 1000 중량부로서, 너무 적으면 사용되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 일부에만 알칼리 화합물이 작용하여 전체적인 비표면적이 증가하지 않을 수 있고, 반대로 너무 많으면 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면에 너무 많은 영향을 주어, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 파괴시킬 수 있으므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직한 혼합량은 100 내지 700 중량부이고, 특히 바람직하게는 200 내지 500 중량부이다.

표면처리 반응의 온도는, 앞서 설명한 바와 같이, 500 내지 1500℃로서, 온도가 너무 낮으면 표면에 나노기공이 형성되지 않거나 그 수가 적게 되고, 반대로 너무 높으면 나노기공의 크기가 거대화되면서 마이크로 크기까지 커지게 된다. 더욱 바람직한 처리온도는 600 내지 1000℃이다. 또한, 처리시간은, 앞서 설명한 바와 같이, 20 내지 120 분으로서, 처리시간이 너무 짧으면 충분한 표면 기공이 형성되지 않으며, 반대로 너무 길면 나노기공의 크기가 거대화되면서 마이크로 크기까지 커지게 된다.

이렇게 표면처리된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 잔류 알칼리 화합물을제거하기 위하여 바람직하게는 증류수, 순수 또는 초순수로 3 내지 5 회 정도 세척한다. 추가 세척 여부는 리트머스 시험지에 의한 변색을 통해 확인할 수 있으며, 변색되는 경우에는 추가적인 세척을 행한다.

바람직하게는, 상기 처리에 앞서, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 알칼리 화합물과 혼합하여 300 내지 500℃로 20 분 내지 40 분간 예비처리한다.

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에는 수증기 및 유기 휘발성 물질 등이 흡착되어 있으므로, 상기 예비처리에 의해 이를 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

예비처리에 사용되는 알칼리 화합물은 상기 표면처리 반응에서 사용된 알칼리 화합물과 동일하며, 그 양도 동일하다.

본 발명의 방법은 단지 비표면적을 증가시키는 것 이외에, 기타의 화합물을 사용하여 탄소나노튜브 등의 표면에 관능기를 도입하는 것에도 용이하게 응용될 수 있으며, 이러한 내용들은 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 또한 이러한 표면처리 반응을 더욱 효율적으로 실행할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위한 표면처리 장치는,

(1) 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유와 알칼리 화합물의 혼합물 수용하는 밀폐된 원통형의 반응용기;

(2) 상기 반응용기의 양측에 원통축 방향으로 연속되어있고 회전 가능하도록 구성된 로딩 막대;

(3) 상기 반응용기의 외부를 밀폐된 상태로 감싸고 로딩 막대의 회전축을 제공하며, 개폐가 가능한 구조로 구성된 하우징; 및,

(4) 상기 하우징의 안쪽에 설치되어있는 전기히터를 포함하는 것으로 구성되어있다.

따라서, 탄소나노튜브나 탄소나노섬유와 알칼리 화합물의 혼합물을 넣은 반응용기를 개봉된 하우징 내부에 넣고 하우징을 밀폐한 다음, 진공 또는 불활성 분위기로 전환한 뒤, 전기히터에 전류를 인가하면서 로딩 막대를 회전시켜, 표면처리 반응을 하게 된다.

상기 반응용기는 표면처리 반응이 행해지는 곳으로서, 고온에서 알칼리 화합물에 의한 부식을 방지하기 위하여 스테인리스 스틸, 알루미나 등의 세라믹 관 등으로 제작된다.

상기 로딩 막대는 반응용기를 하우징내로 도입하고 배출하는 역할과 반응용기를 회전시키는 역할을 하며, 경우에 따라서는, 반응용기와 연속된 내부통로가 축방향으로 관통되어있는 관상구조로 되어있어서, 반응용기내로의 혼합물의 주입과 배출을 연속적으로 실행할 수 있도록 할 수도 있다.

상기 하우징은 반응용기의 도입과 배출을 위한 개봉 작업과 장치의 운전을 위한 밀폐 과정을 실행할 수 있도록 개폐가 가능하도록 구성되어있으며, 바람직하게는, 내부에 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 연속적으로 흘려보내 반응용기, 전기히터 등의 부식을 방지한다.

하우징 내로의 반응용기의 도입과 배출을 용이하게 하기 위하여 별도의 이송부재를 포함할 수 있는데, 그러한 예로는 고온용 팬벨트를 들 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

표면처리 장치

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표면처리 장치(100)의 개략적 구조도가 도시되어있다. 원통형 반응용기(200)의 내부에 탄소나노튜브나 탄소나노섬유 및 알칼리 화합물의 혼합물(300: 경우에 따라서는 반응물로 표현하기도 함)을 투입하게 된다. 반응용기(200)는 그것의 축방향으로 로딩 막대(400)가 연속되어있다. 로딩 막대(400)의 한쪽에는 밸브(500)가 부설되어있는데, 표면처리 반응이 완료된 반응물(300)을 반응용기(200)로부터 제거할 때 개봉되게 된다. 반응용기(200)와 로딩 막대(400)는 하우징(600)에 의해 밀봉되며, 하우징(600)의 상하 내부에는 전기히터(700)가 설치되어있다. 따라서, 혼합물(300)의 표면처리 반응시에는 전기히터(700)에 전류를 인가하여 하우징(600)의 내부를 고온으로 가열하여 복사열, 대류열 등에 의해 반응용기(200)를 가열하면서, 로딩 막대(400)를 회전시키게 된다.

반응이 완료되면, 반응기(200) 등을 하우징(600)으로부터 분리하고 분리된 반응기(200) 내부의 반응물(300)을 밸브(500)를 개봉하여 꺼내게 된다. 경우에 따라서는, 로딩 막대(400)가 관상으로 되어있어서, 반대쪽으로부터 불황성 가스 등을 취입하여 반응기(200)로부터 반응물(300)을 꺼내도록 구성할 수도 있다.

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 반응

[실시예 1]

도 1의 표면처리 장치에서, 직경 5 ㎝ 및 길이 10 ㎝의 반응용기를 진공펌프에 연결하여 내부의 공기를 배기시킨 다음, 비표면적인 160 ㎥/g인 탄소나노튜브와 KOH를 각각 1:3으로 믹서기로 혼합하여 반응 용기내에 투입하고, 전기히터에 전류를 인가하여 30 분에 걸쳐 반응용기의 온도를 900℃까지 상승시켰다. 그런 다음, 각각 30, 60, 90 및 120 분 동안 반응시킨 다음, 반응용기를 하우징으로부터 빼내었다. 반응용기가 상온(25℃)으로 저하되었을 때, 그 안에 들어있는 탄소나노튜브와 KOH를 꺼내 1 ℓ의 증류수에 넣어서 남아있는 KOH를 녹여 제거한 다음, 필터로 탄소나노튜브만을 걸렀다. 걸러진 탄소나노튜브를 다시 건조기에 넣어 100℃에서 건조하였다. 건조된 샘플의 비표면적(BET)을 온도 77 K에서 질소흡착법에 의해 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 도 5에는 이와 같이 표면처리된 탄소나노튜브의 전자현미경 사진이 도시되어있다.

처리시간 (분)	비표면적 (㎥/g)
30	460
60	730
90	880
120	960

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, KOH에 의한 표면처리에 의해 비표면적이 크게 증가하였음을 알 수 있다.

[실시예 2]

탄소나노섬유와 KOH를 1:3 (중량비)로 혼합하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면처리를 행하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 도 6에는 이와 같이 처리된 탄소나노섬유의 전자현미경 사진이 도시되어있다.

처리시간 (분)	비표면적 (㎥/g)
30	490
60	780
90	950
120	1040

[실시예 3]

실시예 1에서의 장치를 사용하여, 비표면적이 150 ㎥/g이고 미세기공 부피가 0.19 cc/g인 이중벽 탄소나노튜브와 KOH의 1:3 (중량비) 혼합물을 아르곤 분위기에서 400℃로 30 분 동안 예비처리하여 유기 휘발성 물질을 제거한 다음, 상기 이중벽 탄소나노튜브와 KOH의 1:3 (중량비) 혼합물을 동일한 아르곤 분위기에서 600℃로 20 분 동안 표면처리하였다.

표면처리한 활성 이중벽 탄소나노튜브를 증류수로 3 차례 세척한 후, 70℃의 오븐에서 하루 동안 건조한 후 BET 흡착 특성과 미세 기공부피를 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 4]

표면처리 반응을 700℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 5]

표면처리 반응을 800℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 6]

표면처리 반응을 900℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 7]

표면처리 반응을 600℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 8]

표면처리 반응을 700℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 9]

표면처리 반응을 800℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 10]

표면처리 반응을 900℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 11]

표면처리 반응을 600℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 12]

표면처리 반응을 700℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 13]

표면처리 반응을 800℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 14]

표면처리 반응을 900℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 15]

KOH 대신에 NaOH를 사용하였고 표면처리 반응을 600℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 16]

표면처리 반응을 700℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 17]

표면처리 반응을 800℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 18]

표면처리 반응을 900℃에서 20 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 19]

표면처리 반응을 600℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 20]

표면처리 반응을 700℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 21]

표면처리 반응을 800℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 22]

표면처리 반응을 900℃에서 40 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 23]

표면처리 반응을 600℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 24]

표면처리 반응을 700℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 25]

표면처리 반응을 800℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[실시예 26]

표면처리 반응을 900℃에서 60 분 동안 행하였다는 점을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 실행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

	BET 비표면적(㎥/g)	미세기공 부피(cc/g)
실시예 3	1150	0.61
실시예 4	1250	0.75
실시예 5	1268	0.76
실시예 6	1236	0.72
실시예 7	1350	0.77
실시예 8	1560	0.84
실시예 9	1648	0.84
실시예 10	1592	0.84
실시예 11	1775	0.86
실시예 12	1850	0.86
실시예 13	1945	0.89
실시예 14	1894	0.89
실시예 15	960	0.56
실시예 16	1010	0.59
실시예 17	1165	0.65
실시예 18	1184	0.71
실시예 19	1325	0.77
실시예 20	1415	0.78
실시예 21	1490	0.80
실시예 22	1318	0.76
실시예 23	1453	0.79
실시예 24	1513	0.80
실시예 25	1681	0.86
실시예 26	1515	0.81

상기 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 표면처리 방법에 의해 탄소나노튜브의 표면구조가 크게 변화되어 BET 흡착특성과 미세기공 부피가 모두 증가하였음을 알 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이상의 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형이 가능할 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 간단하고 저렴한 방법에 의해 탄소나노튜브 또는탄소나노섬유의 비표면적을 증가시킬 수 있고, 본 발명의 장치에 따르면 이러한 표면처리를 대량으로 실행할 수 있다. 이렇게 표면 처리된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 전자파 차폐, 전기화학적 저장장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터)의 전극, 유해물질의 제거를 위한 필터 등에 사용할 수 있다.

Claims (7)

1. 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 상기 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 100 중량부를 기준으로 30 내지 1000 중량부의 알칼리 화합물과 혼합한 후 500 내지 1500℃로 20 분 내지 120 분간 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 KOH 또는 NaOH 이고 그것의 혼합량은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 중량을 기준으로 100 내지 700 중량부이며, 상기 표면처리 반응의 온도는 600 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리 반응시킨 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 증류수, 순수 또는 초순수로 3 내지 5 회 정도 세척하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리 반응에 앞서, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 알칼리 화합물과 혼합한 후 300 내지 500℃로 20 분 내지 40 분간 예비 처리하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
5. (1) 탄소나노튜브나 탄소나노섬유와 알칼리 화합물의 혼합물 수용하는 밀폐된 원통형의 반응용기;

   (2) 상기 반응용기의 양측에 원통축 방향으로 연속되어있고 회전 가능하도록 구성된 로딩 막대;

   (3) 상기 반응용기의 외부를 밀폐된 상태로 감싸고 로딩 막대의 회전축을 제공하며, 개폐가 가능한 구조로 구성된 하우징; 및,

   (4) 상기 하우징의 안쪽에 설치되어있는 전기 히터를 포함하는 것으로 구성되어있는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 로딩 막대는 반응용기와 연속된 내부통로가 축 방향으로 관통되어있는 관상구조로 되어있어서, 반응용기 내로의 혼합물의 주입과 배출을 연속적으로 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 표면처리 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 하우징의 내부에 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 연속적으로 흘려보내 반응용기, 전기히터 등의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면처리 장치.