KR100597443B1

KR100597443B1 - 탄소나노튜브의 분리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100597443B1
Application number: KR1020040019093A
Authority: KR
Inventors: 한창수
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2004-03-20
Filing date: 2004-03-20
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR20050093590A

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 소망하는 탄소나노튜브를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 탄소나노튜브 혼합물을 유전성 매질에 분산시키고, 얻어진 분산용액을 일정방향의 유로로 흐르도록 유도하며, 유동중의 분산용액에 전극에 의한 이중전기영동을 발생시켜 탄소나노튜브를 분리하는 방법 및 장치가 제공된다.

탄소나노튜브, 이중전기영동

Description

탄소나노튜브의 분리 방법 및 장치 {Method and apparatus for purification or separation of carbon nano-tube}

도 1은 본 발명에 따라 불순물로부터 탄소나노튜브가 분리되는 원리를 설명하기 위한 도면

도 2는 본 발명에 따라 탄소나노튜브가 속성별로 분리되는 원리를 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명의 일 구현에 따르는 탄소나노튜브 분리장치를 개략적으로 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 다른 구현에 따르는 탄소나노튜브 분리장치를 개략적으로 나타낸 도면

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 제 1 유로

11: 제 1 유로의 입구

12: 제 1 유로의 출구

20: 제 2 유로

21: 제 2 유로의 출구

30a, 30b: 전극

40: 전원

50: 저장소

본 발명은 탄소나노튜브(carbon nano-tube)의 분리에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생산과정에서 물리화학적인 정제(Purification)가 매우 힘든 탄소나노튜브를 정제하거나 여러 속성이 섞여서 제조가 되는 탄소나노튜브를 전기화학적 방법에 의해 성질에 따라 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

나노튜브에서 대표적인 것은 탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)이다. 탄소나노튜브는 1990년대 초에 일본의 이지마(Ijima)에 의해 발견된 이래로 자체적으로 가지고 있는 뛰어난 성능 때문에 산업계를 비롯한 많은 분야에서 이의 활용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 탄소나노튜브는 가늘고 긴 관의 형태를 가지고 있으며, 관의 벽이 단층으로 되어 있는 단일벽으로 되어 있는 탄소나노튜브(SWNT: Single-Walled Carbon Nanotube), 다층벽으로 되어 있는 탄소나노튜브(MWNT: Multi-Walled Carbon Nanotube)가 있다. 일반적으로 SWNT의 지름은 1nm이하이며, MWNT는 10-100nm 정도지만 제조하는 조건과 방법에 따라서 지름을 더 작게 만들거나 더 크게 만드는 것이 가능하다. 탄소 나노튜브는 제조시에 대략 수 ㎛정도의 길이를 가지는 것이 일반적이지만 최근에는 ㎜길이를 가지는 탄소나노튜브를 개발한 사례도 보고되고 있다

탄소나노튜브는 무게가 알루미늄 정도로 가벼운 반면 일반 철보다는 100배 가까운 강도를 가지고 있으며, 구리보다 전류를 전달하는 능력이 뛰어나고 화학적, 물리적 환경에 대해 매우 강한 특성을 가지고 있다. 또한 관의 형태이므로 표면적이 넓어서 다른 화학물질을 많이 부착하거나 고정시킬 수 있는 장점이 있어서 연료전지로서도 연구되고 있다.

탄소나노튜브는 제조시에 반도체 혹은 금속의 성질을 띠는 것이 일반적이다. 이러한 성질을 이용하여 전기장효과트랜지스터(field effect transistor: FET), 단일전자트랜지스터(SET: Single Electron Transistor), 나노와이어(nano wire)로서의 활용이 가능하다. 그리고 전류를 가하면 전자(Electron) 및 엑스레이(X-ray)를 만들어낼 수 있는 특징도 가지고 있어서 전계방출디스플레이(FED: Field Emitted Display)나 램프(Lamp)용으로 개발되기도 하였다. 그리고 AFM(Atomic Force Microscope)은 일반적으로 캔틸레버(Cantilever) 끝단에 피라미드 형상의 뾰족한 모양을 만들어 사용하지만, 탄소나노튜브를 피라미드의 끝단에 부착하여 사용하기도 한다. 이는 원자적으로 매우 높은 종횡비(Aspect ratio) 및 큰 탄성을 가진 팁을 사용하는 것이 측정에 유리하기 때문이다. 탄소나노튜브 팁(tip)은 뾰족함(Sharpness), 고종횡비(high aspect ratio), 높은 기계적 강도(High mechanical stiffness), 높은 탄성, 화학적 성분의 조절성 등으로 인해 AFM의 측정, 조작 및 제조 분야에서 성능을 향상시키는데 이상적인 특성을 가진 것으로 알려져 있다. 이러한 탄소나노튜브 팁은 수명이 길고, 폭이 좁고 깊은 구조물을 측정하는데 유리하며, 1 ㎚이하의 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이러한 형태의 프로브는 탄소나노튜브의 끝단을 조작하여 특정한 화학물질을 부착시켜 CFM(Chemical Force Microscope)나 바이오센싱 프로브(Bio sensing probe)로서도 사용 가능하다.

이 외에도 탄소나노튜브를 이용하는 분야로는 화학적 및 생물학적 센서(Chemical and Biological Sensor), 콤포지트 재료(Composite material), 나노메모리( Nano memory), 나노컴퓨터(Nano computer) 등에의 적용을 위한 연구가 진행되고 있다.

일반적으로 탄소나노튜브를 제조하게 되면 많은 불순물들이 함께 포함되게 되는 상태로 얻어지게 된다. 불순물을 제거하기 위해 산화처리나 원심분리 등의 방법을 이용하고 있지만 정제효율이 그다지 높지 않으며, 매우 고가의 장비와 많은 시간을 필요로 한다. 특히 탄소나노튜브를 성질 별로 분류하는 것은 아직 실현하지 못하고 있는 실정이다.

따라서 많은 연구자들은 생산과정에서 얻어진 성질이 서로 다른 탄소나노튜브들이 혼재된 상태에서 원하는 성질을 가지는 탄소나노튜브를 분리해내는 연구를 시도하고 있다.

최근에 크룹케(Krupke)는 SWNT를 이용해 금속성 나노튜브(Metallic nanotube)를 비금속성 나노튜브(non-metallic nanotube) 또는 반도체성 나노튜브(Semiconducting nanotube)로부터 분리하여 원하는 전극에 부착하는 실험을 수행하였다. 그러나 이러한 SWNT는 번들(bundle)의 형태를 가지고 있기 때문에 완벽한 분리가 가능하지는 않지만 이론적으로 이중전기영동(Dielectrophoresis)를 이용해 반도체성 나노튜브에서 금속성 나노튜브를 분리하여 원하는 전극에 붙이는 가능성을 보여주었다.

이 외에도 몇 가지 실험적 연구가 진행되고 있었지만 실제 산업적인 규모로 반도체성 또는 비금속성 나노튜브와 금속성 나노튜브를 분리하여 회수할 수 있는 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.

또한 금속성 나노튜브를 반도체성 나노튜브에서 분리할 수는 있지만 이를 역으로 성취하는 방법은 제시된 적이 없다. 또한 분리 자체만이 중요한 것은 아니다. 분리된 후에 이를 손쉽게 회수하여 다른 디바이스(device)를 제작하는데 사용할 수 있는 형태로 저장할 수 있어야 한다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 분리하고자 탄소나노튜브를 원하는 위치로 이동 분리시키고 이를 성질에 따라 회수할 수 있는 효율적인 탄소나노튜브의 분리방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 방법을 구현하기에 바람직한 장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서, 탄소나노튜브와 불순물 이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물을 유전성 매질(medium)에 분산시키고, 얻어진 분산용액에 전극을 이용하여 이중전기영동을 발생시키면, 매질에 분산된 탄소나노튜브와 불순물이 전극위의 특정한 영역으로 분리하게 되어 높은 생산성 및 순도로 소망하는 탄소나노튜브를 채집할 수 있게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면 탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 소망하는 탄소나노튜브를 분리하는 방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브 혼합물을 유전성 매질에 분산시키고, 얻어진 분산용액을 일정방향의 유로로 흐르도록 유도하며, 유동중의 분산용액에 이중전기영동을 발생시켜 탄소나노튜브를 분리하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기한 방법을 구현하기 위한 바람직한 장치의 하나로서, 탄소나노튜브 혼합물이 유전성 매질에 분산된 분산용액이 유동하는 제 1 유로와, 상기 제 1 유로에서 분기된 제 2 유로와, 분기점에서 제 2 유로 주위에 설치되는 전극을 구비하여, 상기 전극에 의해 발생된 이중전기영동에 의해 탄소나노튜브와 불순물이 서로 다른 유로로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리장치가 제공된다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서 탄소나노튜브 혼합물이라는 용어는 탄소나노튜브와 불순물이 혼재된 것을 의미한다.

본 발명에서 이용되는 이중전기영동 힘은 유전성 매질(Dielectric Medium)안에 놓여진 유전물질(Dielectric material)을 균일하지 않은 전기장(Non-uniform electric field) 안에 놓음으로써 전기장이 높은 위치로 전기장의 구배(gradient)가 큰 방향으로 따라 유전물질이 이동하게 하는 힘을 말한다. 이러한 이중전기영동(Dielectrophoresis) 현상은 주로 DNA나 세포를 분리하는 생물학적 공정에서 많이 이용되고 있으며, 최근에는 나노 스케일의 물질을 이동시키거나 조정하기 위해 사용되고 있다.

본 발명에 따라 불순물과 탄소나노튜브가 혼재된 탄소나노튜브 혼합물로부터 탄소나노튜브를 분리하는 과정을 살펴보면, 분산용액중에 퍼져있는 여러 불순물들과 탄소나노튜브가 함께 섞여 있는 상태에서 유동이 생겨 흐르게 될 때, 이중전기영동력(Dielectrophoretic force)이 불순물과 탄소나노튜브에 가해지면 일반적으로 유전상수(Dielectric constant)가 크고, 치수(Dimension)가 긴 탄소나노튜브가 상대적으로 크기가 작거나 유전상수가 적은 불순물에 비해 큰 힘을 받게 된다. 따라서 탄소나노튜브는 흐르는 유동에 의해 움직이는 힘보다 이중전기영동력에 의해 가해지는 힘이 더 크므로 이중전기영동력을 일으키기 위한 전극이 배치된 방향으로 유동이 이동되면서 그 안에 탄소나노튜브가 집중적으로 포함되게 된다.

불순물들이 상대적으로 이중전기영동력이 적게 작용하거나 네가티브 (negative) 이중전기영동력이 작용하는 것보다 흐르는 유동에 의한 구동력이 더 크게 되면 불순물들은 원래의 유동 방향으로 이동하게 된다. 이를 이용하면 불순물로부터 탄소나노튜브를 분리해 낼 수 있다.

포지티브(Positive) 이중전기영동은 매질 보다 큰 편극도(polarizability)를 가지는 물질이 높은 전압을 가지는 쪽으로 움직이는 현상을 말하며, 이와는 반대로 매질 보다 편극도가 작은 물질의 경우는 전압이 낮은 쪽으로 움직이게 되는데 이를 네가티브 이중전기영동이라고 한다. 이를 이용하면 원하는 속성의 탄소나노튜브를 분리할 수 있다.

이러한 경우, 전극은 네가티브(negative) 이중전기영동이나 포지티브(positive) 이중전기영동을 선택적으로 일으킬 수 있는 것을 사용하면 효과적이다.

예를 들어 탄소나노튜브는 대개 금속성(metallic)의 경우 매우 큰 유전상수를 가지고 있으며, 반도체성(semiconducting)의 경우는 약 1에 가까운 값을 가지고 있는 것으로 보고되어 있다. 따라서 상기와 같이 성질이 다른 탄소나노튜브들이 혼재하고 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 원하는 탄소나노튜브를 분리하기 위한 방법의 하나로서, 탄소나노튜브가 퍼져있는 매질을 반도체성 보다 크고 금속성 보다 적은 유전상수를 가지는 매질을 이용해 전압이 가장 높은 쪽과 전압이 가장 낮은 쪽으로 각각 성질이 다른 두 종류의 탄소나노튜브를 이동시켜 분리할 수 있다.

이 때 사용되는 매질이 탄소나노튜브에 화학적으로나 물리적으로 손상이 가해지지 않도록 하려면 가능한 극성이 없는 것이 더 유리하며, 만일 탄소나노튜브에 특정한 분자나 화학적 반응을 먼저 일으켜 변형을 바라는 경우에는 그에 필요한 화학적 처리를 거친 후에 탄소나노튜브를 분리하거나 성질에 따라 탄소나노튜브를 분리한 후에 화학적 처리를 수행할 수 있다.

구체적인 실현 방법을 살펴보면 탄소나노튜브가 매질에 분산되어 있는 상태에서 유동을 발생시켜 일정한 방향으로 이동하게 하면서 그 이동 중에 원하는 속성을 가지는 탄소나노튜브만 이중전기영동을 이용해 분리해 내는 방법을 말한다. 예를 들어 어떤 채널 속을 흐르는 분산용액이 한쪽 위치에서 출발하여 다른 한쪽 위치로 이동할 때, 흐르는 중간에 이중전기영동을 분산용액에 발생시키면 매질 안에 있는 탄소나노튜브 중에서 이중전기영동에 반응하는 것들만 이동경로를 바꿀 수 있다. 따라서 바뀐 이동경로로 원하는 속성을 가진 탄소나노튜브만을 분리, 채집할 수 있게 된다.

일반적으로 탄소나노튜브가 매질 안에 있을 때 전압을 가하게 되면 탄소나노튜브는 자체적으로 표면과 양 끝 단에 전하를 띄게 된다. 따라서 전하를 띤 방향에 따라 전극과 서로 딸려오는 방향으로 이동하게 되어있다. 특히, 관이나 채널과 같은 구조 속에서 유체가 유동을 일으키게 하는 방법은 매우 다양하다. 예를 들어, 압력이나 온도 차를 이용해 한쪽 지점에서 다른 쪽 지점으로 유동이 일어나게 할 수도 있으며, 전극을 배치하여 전기영동(Electrophoresis), 전기삼투압(Electro-osmosis), 모세관힘(Capillary force) 등을 이용해 유체의 이동을 가능하게 할 수도 있다. 최근 들어 DNA나 세포(cell)와 같이 생물학 물질들을 분리하거나 섞는데 이러한 원리를 이용하고 있으며, 이를 의약 개발 등에 활용하기 위해 플루이딕스 칩(Fluidics Chip)에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 발명은 유체의 이동에 대해서는 이러한 기존의 Fluidics chip에 사용되는 원리들을 그대로 적용할 수 있다.

일단 이러한 유체의 유동이 일어나는 조건을 형성한 후에는 동일한 구조물 내에 별도의 전극을 부가하여 이중전기영동이 일어날 수 있도록 한 후, 유동 중에 불순물로부터 탄소나노튜브를 분리해 내거나 원하는 성질의 탄소나노튜브만을 분리해 내게 된다. 이때 이중전기영동력을 만들기 위해 전극에 가해지는 전압의 종류는 교류(AC: alternate current)나 교류와 직류(DC: direct current)가 혼합된 형태로 주는 것이 바람직하다. 편극도는 주파수에 따라 달라지므로 네가티브 이중전기영동과 포지티브 이중전기영동을 고려하여 작용할 수 있는 주파수를 선택해서 전극에 가할 수도 있다.

본 방법에 있어서, 탄소나노튜브 혼합물은 사전에 산화처리나 원심분리 등의 방법으로 사전에 매우 큰 불순물이나 탄소나노튜브에 부착된 일부의 불순물을 제거하는 예비정제과정을 먼저 거칠 수 있다. 이러한 경우에는 탄소나노튜브 보다 유전상수가 크면서 동시에 치수도 큰 불순물들이 사전에 제거되기 때문에 보다 효과적으로 원하는 탄소나노튜브 분리과정을 수행할 수 있다.

또한 본 방법은 회수되는 탄소나노튜브의 순도를 높이기 위해서 일련의 정제과정을 반복할 수도 있고, 이중전기영동을 분산용액이 유동하는 다수의 개소에서 유도할 수도 있는 것이다.

본 발명의 방법은 모든 종류의 나노튜브를 정제하는데 이용할 수 있는 것으로서, 탄소나노튜브의 종류에 특별한 제한이 따르지 않는다. 나노튜브는 여러 가지 종류의 것이 당 분야에 잘 알려져 있으며, 그 대표적인 예로는 카본 나노튜브(Carbon nanotube: 탄소나노튜브), BCN 타입 나노튜브, 보론 나노튜브(boron nanotube), BN 타입 나노튜브 등이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시구현을 예시한 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 불순물로부터 탄소나노튜브를 분리하는 원리를 개략적으로 나타낸 것이다. 균일하지 않은 전기장이 걸려있는 유체(medium)안에 유전(Dielectric) 성질을 가지는 불순물(2,3)과 탄소나노튜브(1)가 함께 모여있다고 가정했을 때, 전기장의 세기가 큰 쪽으로 어떤 것이 빨리 움직이고 어떤 것이 반대편으로 움직이는 지를 설명한 것이다. 도 1에서 탄소나노튜브(1)는 일반적으로 금속성(metallic) 나노튜브나 반금속성(semi-metallic) 나노튜브의 경우에는 불순물인 탄소 부스러기(carbon debris)나 불순물 덩어리에 비해 유전상수(Dielectric constant)가 크거나 치수(Dimension)가 길어서 상대적으로 큰 이중전기영동력을 받게 된다.

만일 매질의 유전상수 보다 적은 값을 가지는 불순물(3)이 있다면, 이 불순물은 전기장(Electric field)이 약한 쪽으로 움직여서 탄소나노튜브와 분리되게 되고, 매질의 유전상수 보다 큰 값을 가지는 불순물(2)이 있다면, 이 불순물은 전기장이 강한 쪽으로 움직이게 된다.

만일 매질이 반도체성(semiconducting) 나노튜브 보다 더 큰 유전상수를 가지게 되면 반도체성 나노튜브도 역시 전기장이 약한 쪽으로 움직이게 되어 전기장이 강한 쪽에는 유전상수가 매질 보다 큰 금속 계열과 치수가 큰 것들이 딸려오게 된다. 이러한 원리는 도 2에 보다 상세하게 예시된다.

도 2에서 1a는 금속성 나노튜브(metallic nanotube), 1b는 크기가 작은 금속성 나노튜브, 1c는 반도체성 또는 비금속성 나노튜브를 나타낸다. 이 때 매질의 유전상수를 반도체성보다 크고 금속성 보다 작은 것으로 선정하면 포지티브 이중전기영동이 걸리는 금속성 나노튜브(1a, 1b)는 전기장이 높은 쪽으로 움직이고, 크기가 작은 금속성 나노튜브(1b)는 상대적으로 느리게 움직이며, 이와는 반대방향으로 네가티브 이중전기영동을 경험하는 반도체성 또는 비금속성 나노튜브(1c)는 전기장이 약한 쪽으로 움직인다.

도 3은 본 방법을 구현하기 위한 장치의 일예를 예시한 것이다. 이 장치는 탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있거나 탄소나노튜브 혼합물이 매질에 분산되어 있는 분산용액을 원하는 방향으로 흘리는 과정 중에 전극의 전압을 이용하여 이중전기영동을 통해 탄소나노튜브를 분리하기 위한 장치이다.
도 3의 장치에서 분산용액은 제1 유로(10)의 입구(11)에서 출구(12)로 흐르도록 설계된다. 제 1 유로에서 분산용액의 유동을 가능하게 하는 방법은 여러 가지가 있으며, 특별히 구현하기가 어려운 기술은 아니다. 예를 들어, 제1유로(10)가 관이나 채널과 같은 구조인 경우, 압력이나 온도 차를 이용해 한쪽 지점에서 다른 쪽 지점으로 유동이 일어나게 할 수도 있으며, 전극을 배치하여 전기영동, 전기삼투압, 모세관힘 등을 이용해 유체의 이동을 가능하게 할 수도 있다. 또한 기존의 Fluidics chip에 사용되는 원리들을 그대로 적용할 수 있다.

삭제

제 1 유로(10)는 이를 수직으로 교차하는 제 2 유로(20)에서 분기되고, 분기 점에서 제 2 유로(20)의 측면에는 전원(40)에 연결된 전극(30a, 30b)이 배치되어 제 2 유로에 균일하지 않은 전기장(원안에 확대하여 나타낸 제2 유로의 점선은 전기장의 분포를 나타낸 것이다.)을 형성함으로써 이중전기영동을 유도한다.

따라서 제 1 유로(10)의 입구(11)에서 주입된 분산용액이 제1유로의 출구(12) 방향으로 흘러가다가 제 2 유로(20)와 교차하는 곳에서 두 방향으로 갈라지게 되는데, 이때 제 2 유로(20)의 출구(21) 쪽으로 움직이는 용액 안에는 특별히 이중전기영동력에 강하게 영향을 받는 물질들이 딸려오게 된다. 예를 들어 탄소나노튜브 혼합물이 금속성 나노튜브와 반도체성 나노튜브가 혼재되어 있는 경우 금속성 나노튜브가 가장 먼저 딸려오게 된다. 이러한 장치를 이용하면 불순물로부터 탄소나노튜브를 분리해 내거나 탄소나노튜브 중에서도 금속성 나노튜브를 분리할 수 있으므로, 본 장치는 탄소나노튜브와 같은 나노튜브를 분리하는데 효과적으로 활용될 수 있다.

도 4에 예시되는 장치는 도 3의 장치에서 제2 유로(20)의 출구(21)에 분리된 탄소나노튜브를 수취할 수 있는 저장소(reservoir: 50)가 설치된 것을 제외하고는 도 3의 장치와 동일하다. 이러한 저장소(50)는 개폐가 가능하거나 탈부착이 가능하도록 만들 수도 있으며 이를 통해 보다 효과적으로 채집된 탄소나노튜브를 모을 수 있다. 도시하지는 않았으나 제1유로의 출구(12)에도 저장소를 마련할 수도 있다. 제1유로의 출구와 제2유로의 출구에 각각의 저장소가 마련된다면, 전기장이 집중되는 방향에 놓인 제2유로의 출구에 놓인 저장소에는 금속성 나노튜브가 집중하게 되고, 전기장이 약해지는 방향으로 놓여진 저장소에는 비금속성 또는 반도체성 나노튜브들이 집중하게 될 것이다. 또한, 매질의 유전상수값에 따라 앞에서도 설명하였듯이 반도체성 나노튜브와 금속성 나노튜브를 서로 다른 방향으로 분리하여 채집하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 불순물이 포함된 탄소나노튜브 혼합물로부터 탄소나노튜브를 분리해 내거나 유전상수가 서로 다른 상태에서 섞여서 제조되는 탄소나노튜브를 성질에 따라 분리해 내는데 효과적이며, 구성이 용이하고, 생산성이 높아서 대량으로 탄소나노튜브를 정제하거나 원하는 성질의 탄소나노튜브를 분리 및 채집할 수 있게 하는 장점이 있으며, 또한 분리과정에서 탄소나노튜브에 어떠한 손상을 가하지 않으므로 채집 후에 탄소나노튜브 관련된 장치에 사용하기에도 매우 적합하다. 예를 들어 주사탐침현미경(SPM) 프로브, 전계방출디스플레이(FED), 연료전지, 탄소나노튜브-FET, 데이타저장장치(Data storage), 케미칼 센서, 바이오센서 등의 모든 분야에 성능이 우수한 장치를 만들 수 있는 기술적 기반을 제공해 줄 수 있다. 또한 본 발명은 제조된 탄소나노튜브의 질적인 특성을 파악하기 위한 검사 방법 및 장치로서도 활용이 가능하다.

Claims

탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 소망하는 탄소나노튜브를 분리하는 방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브 혼합물을 유전성 매질에 분산시키고, 얻어진 분산용액을 일정방향의 유로로 흐르도록 유도하며, 유동중의 분산용액에 전극에 의한 이중전기영동을 발생시켜 탄소나노튜브를 분리하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리방법.
제1항에 있어서, 상기 이중전기영동은 상기 분산용액을 일정방향의 제 1 유로로 흐르도록 유도하고, 제 1 유로의 임의 개소에서 제 2 유로가 분기되게 하며, 상기 분기점에서 제 2 유로 주위에 전극을 배치하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리방법.
제1항에 있어서, 상기 전극이 네가티브 이중전기영동이나 포지티브 전기영동을 선택적으로 일으킬 수 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리방법.
제1항에 있어서, 불순물을 정제하기 위한 전처리 단계와 정제된 탄소나노튜브를 속성별로 분리하는 공정을 연속적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리방법.
탄소나노튜브와 불순물이 혼재되어 있는 탄소나노튜브 혼합물로부터 이중전기영동을 이용하여 탄소나노튜브를 분리하는 장치에 있어서, 탄소나노튜브 혼합물이 유전성 매질에 분산된 분산용액이 유동하는 제 1 유로와, 상기 제 1 유로에서 분기된 제 2 유로와, 분기점에서 제 2 유로 주위에 설치되는 전극을 구비하여, 상기 전극에 의해 발생된 이중전기영동에 의해 탄소나노튜브와 불순물이 서로 다른 유로로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리장치.
제5항에 있어서, 제 1 유로 및/또는 제 2 유로의 하류에 분리물을 회수하기 위한 저장소를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리장치.
제5항에 있어서, 상기 전극이 네가티브 이중전기영동이나 포지티브 전기영동을 선택적으로 일으킬 수 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 분리장치.