KR100753539B1 - 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법 - Google Patents

반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법 Download PDF

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Abstract

반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법에 있어서, 용기에 수용된 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브들을 분산시킨다. 용기 내에서 분산된 탄소나노튜브들에 전기장 및 자기장을 실질적으로 서로 수직하는 방향으로 제공하여, 전기장 및 자기장에 의해 형성되는 전자기력으로 탄소나노튜브들 중에서 금속성을 갖는 탄소나노튜브들을 용기의 일측으로 이동시킨다. 용기의 타측에 잔류된 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들을 선택적으로 수득한다. 상기한 방법에 의하면, 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들을 간단한 방법을 이용하여 대량으로 정제할 수 있다.

Description

반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법{Method of purifying semiconducting cabon nanotubes and apparatus for performing the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2는 상기 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 수행하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치의 개략적인 정면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 수행하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 수행하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 탄소나노튜브 정제 장치 110 : 용기
110a : 제1 공간 110b : 제2 공간
112 : 분리 홈 114 : 제1 배기 포트
116 : 제2 배기 포트 120 : 전기장 제공부
122 : 제1 극판 124 : 제2 극판
130 : 자기장 제공부 132 : 제1 자석체
134 : 제2 자석체 140 : 분리막
F : 전자기력
본 발명은 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자에 사용이 가능한 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법에 관한 것이다.
자연계에 존재하는 탄소구조체는 크게 세가지로 나눌 수 있다. 즉, 연필심과 같은 흑연, 다이아몬드 그리고 버키볼(Bucky ball)이라 불리는 탄소 원자 60개가 축구공 모양을 하고 있는 C60이다. 상기 버키볼의 대원상에는 10개의 탄소 원자가 존재한다. 여기에 탄소 원자 10개가 추가되면 축구공의 가운데 부분이 약간 늘어진 것과 같은 C70 분자가 된다. 또 다시 탄소 10개가 추가되면 중간 부분이 더 길어진다(C80). 이렇게 탄소 원자가 계속해서 유입되면 튜브 모양이 형성되는데, 직경이 수 ㎚ 내지 수십 ㎚ 로 극히 작은 이러한 튜브가 바로 탄소나노튜브(carbon-nanotubes)이다.
1991년 이지마(Ijima)에 의해 발견된 모세관 형상의 플러렌(Fullerene) 분자는 대부분이 같은 축을 가진 여러 개의 껍질(shell)들로 이루어져 있다. 그리고 1993년에 단일벽 나노튜브(single-walled nanotubes)가 발견됨으로서 이것의 단순하고 완벽한 구조 때문에 나노튜브에 대한 이론적인 계산과 중요한 실험을 위한 모델 체계를 세울 수 있었다. 흑연은 육각형 벌집 무늬를 가진 판상 구조인데 이 흑연 한 개의 층을 튜브 형태로 둥글게 말면 바로 탄소나노튜브 구조가 된다. 우리에게 익숙한 흑연과 다이아몬드는 각각 도체와 부도체의 성질을 가지지만, 탄소나노튜브는 특이하게도 감긴 각도와 직경에 따라 도체와 반도체의 성질을 모두 갖는다는 특징이 있다.
탄소나노튜브는 키랄성(chirality), 즉 감긴 형태에 따라 도체 또는 반도체의 성질을 띠며, 퍼니스 등에서 성장된 탄소나노튜브 분말에는 반도체성 탄소나노튜브와 금속성 탄소나노튜브가 혼합되어 존재한다. 구체적으로, 팔걸이 의자(arm-chair) 구조의 탄소나노튜브는 금속성을 가지고, 지그재그(zig-zag) 구조일 때는 주로 반도체성을 갖는다. 반도체성 탄소나노튜브의 경우에는 그 직경에 따라 에너지 갭이 달라지고, 준 일차원적 구조를 가지고 있어 독특한 양자 효과를 나타낸다. 또한, 탄소나노튜브는 역학적으로 매우 견고하고, 화학적인 안정성이 뛰어나며, 열전도도가 높고, 속이 비어있는 구조를 갖기 때문에 미시/거시적인 측면에서 다양한 응용이 예상되는 새로운 기능성 재료로 각광받고 있다. 예를 들면, 메모리 소자, 전자 증폭기 또는 가스 센서, 전자파 차폐, 2차 전지, 연료 전지 또는 수소 커패시터의 전극 극판, 전계 방출 디스플레이, 고분자 복합체 등에 적용하고자 하는 시도 또는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.
그러나, 이러한 탄소나노튜브의 응용 기술이 실용화되기 위해서는 특별한 키 랄성을 가진 탄소나노튜브만을 수득하는 것이 필요한데, 예를 들면 메모리 소자, 센서 등에 응용하기 위해서는 반도체성 탄소나노튜브가 필요하고, 전지전극재료, 전자기차폐체 등에 응용하기 위해서는 금속성 탄소나노튜브가 필요하다. 따라서, 특정한 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 선택적으로 제조하는 방법 또는 이러한 특정 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 선별하는 방법의 개발이 필요하다. 현재, 탄소나노튜브를 제조하는 가장 일반적인 방법은 화학기상증착법을 이용하는 것인데, 이 방법을 사용하는 경우에는 원하는 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 선택적으로 제조하기가 어렵다.
이에 따라, 전기방전법이나 레이저 증착법을 이용하여 특정 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 제조하려는 시도가 이루어졌으나, 수율이 낮고 제조 비용이 높으며 완전한 선택 성장에는 어려움이 있었다. 따라서, 우선 반도체성 탄소나노튜브와 금속성 탄소나노튜브가 혼합된 형태로 탄소나노튜브를 성장시킨 후에, 원치 않는 특성을 가진 탄소나노튜브를 제거할 수 있는 방법들에 대한 연구가 진행되어 왔다. 예컨대, ODA(octadecylamine)라는 계면활성제를 사용하는 방법이 제안되었으나 키랄성 탄소나노튜브를 분리한 후에 계면활성제를 제거해야 하기 때문에 공정이 복잡해지고 수율이 낮다는 문제점이 있었다. 또한, 용액 속에 탄소나노튜브를 분산시킨 후에 전기영동법을 써서 금속성 탄소나노튜브만을 전극에 붙여 선별하는 방법이 제시되었으나 수율이 낮고 선택적인 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 대량으로 얻어내기에는 어려움이 있었다. 한편, 대한민국 등록특허 제377630호에는 탄소나노튜브의 양단을 전극에 병렬로 연결시킨 후 일정 온도 범위에서 펄스 형태의 전압을 인가함 으로써 특정 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 제거하고 원하는 키랄성의 탄소나노튜브만을 수득하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 탄소나노튜브를 병렬로 연결하는 공정이 용이하지 않고, 특정 키랄성을 갖는 탄소나노튜브를 대량으로 얻기에 부적합하다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체성 탄소나노튜브를 간단한 공정을 이용하여 대량으로 정제할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법은, 먼저 용기에 수용된 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브들을 분산시킨다. 다음에, 상기 용기 내에서 분산된 탄소나노튜브들에 전기장 및 자기장을 실질적으로 서로 수직하는 방향으로 제공하여, 상기 전기장 및 자기장에 의해 형성되는 전자기력으로 상기 탄소나노튜브들 중에서 금속성을 갖는 탄소나노튜브들을 상기 용기의 일측으로 이동시킨다. 그리고, 상기 용기의 타측에 잔류된 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들을 선택적으로 수득한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기장은 수직 방향으로 형성되고, 상기 자기장은 수평 방향으로 형성된다. 또한, 상기 분리된 반도체성 탄소나노튜브가 금속성 탄소나노튜브와 재혼합되는 것을 막기 위하여 상기 용기 내부에 분리막을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 방법에 의하면, 금속성 탄소나노튜브들과 반도체성 탄소나노튜브들을 함께 성장시키는 경우, 전자기력을 이용하여 반도체성 탄소나노튜브들을 금속성 탄소나노튜브들과 용이하게 분리할 수 있다. 특히, 상기 방법은 전자기력을 이용하는 물리적인 방법으로서, 반도체성 탄소나노튜브들을 대량으로 정제할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 4 내지 도 8은 도 1의 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 수행하는 단계를 설명하기 위한 단면도들로서, 도 4는 용기에 수용된 분산 용액 내부에 분산된 탄소나노튜브(도시 안됨)를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 용기에 수용된 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브들을 분산시킨다(S100). 상기 S100 단계는 다음과 같은 방법으로 준비될 수 있다. 첫째, 단일벽 탄소나노튜브들을 생성한다. 다중벽 탄소나노튜브는 100% 금속성 을 가진다고 알려져 있으므로 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킨다. 본 발명에 사용되는 단일벽 탄소나노튜브의 제조 방법은 공지의 방법이면 특별히 제한되지 않으며, 전기 방전법, 레이저 증착법, 기상 합성법, 플라즈마 화학기상증착법 또는 열 화학기상증착법에 의해 제조된 탄소나노튜브의 생성물 어느 것이라도 사용 가능하다. 바람직하게는, 단일벽 탄소나노튜브를 대량으로 성장시킬 수 있는 화학기상증착법을 이용한다. 화학기상증착법에 의하면 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들과 금속성을 갖는 탄소나노튜브들이 함께 성장된다.
둘째, 상기 성장된 탄소나노튜브들을 컷팅(cutting)한다. 성장된 탄소나노튜브들은 어스펙트 비(aspect ratio)가 매우 크기 때문에 반도체성과 금속성 탄소나노튜브를 각각 분리하기 위해서는 적당한 길이로 잘라주는 것이 바람직하다. 이는 탄소나노튜브들의 길이가 너무 길면 서로 꼬여 분산이 용이하지 않기 때문이다. 상기 탄소나노튜브의 길이를 조절하는 방법에는 질산(HNO3)과 같은 용액을 이용하는 화학적인 방법과, 볼-밀링(ball-milling)을 사용하는 기계적인 방법이 있다. 일 예로, 황산(H2SO4)과 질산이 적정 비율로 혼합하여 제조된 용액을 사용한다. 황산은 질산과 반응하여 니트로튬 이온(NO2 +)의 농도를 증가시키는 역할을 한다. 상기 니트로튬 이온은 친전자체로 작용하며 일반적으로 벤젠고리에 니트로기를 도입시킬 때 사용되며, 탄소나노튜브에 사용시 탄소나노튜브의 탄소 원자와 탄소 원자 사이의 SP2 오비탈에 존재하는 전자에 대하여 친전자체로 작용되는 것으로 추정된다. 이때, 황산기는 탄소나노튜브 다발 사이로 삽입되어 다발 사이의 간격을 넓혀주고, 여기에 니트로튬 이온이 삽입되면서 탄소나노튜브와 반응한다. 이에 따라, 탄소나노튜브의 결합이 깨어지고, 결과적으로 탄소나노튜브의 길이가 짧아지게 된다.
셋째, 상기 컷팅된 탄소나노튜브들을 분산 용액과 혼합하여 분산시킨다. 단중벽 탄소나노튜브는 반 데르 발스 힘(van der Waals force)에 의해 다발 형태를 이루기 쉽다. 이와 같이, 반도체성 탄소나노튜브와 금속성 탄소나노튜브가 섞여 다발을 이루고 있는 상태에서는 이들을 서로 분리하기가 용이하지 않다. 따라서, 분리 전에 분산 용액을 이용해서 서로 떨어진 상태로 전환시킨다. 상기 분산 용액으로는 상기 탄소나노튜브들을 분산하는데 사용되어온 공지된 용액들 중에서 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 분산 용액으로 계면 활성제를 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 즉, 상기 분산용액으로 액체 및 계면 활성제로 이루어지는 용액을 사용할 수 있다.
이와 같은 방법으로 상기 S100 단계의 준비가 완료될 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 용기 내에서 분산된 탄소나노튜브들에 전기장(E) 및 자기장(B)을 실질적으로 서로 수직하는 방향으로 제공하여, 상기 전기장 및 자기장에 의해 일 방향으로 형성되는 전자기력으로 상기 탄소나노튜브들 중에서 금속성을 갖는 탄소나노튜브들을 상기 용기의 일측으로 이동시킨다(S110).
예를 들면, 상기 용기에 대하여 수직 상방으로 전기장(E)을 형성시키고, 전방을 향해 수평하게 형성되는 자기장(B)을 제공한다. 상기 용액 속에 존재하는 금속성 탄소나노튜브들(도시 안됨)은 상기 전기장(E) 및 자기장(B)의 방향과 각각 수직하며 좌측으로 형성되는 전자기력(electro-magnetic force)(F)을 받는다. 구체적으로, 상기 금속성 탄소나노튜브는 상기 전자기력에 의해 상기 용기의 좌측으로 일제히 이동한다. 즉, 상기 용기 우측의 제1 영역(I)에 존재하는 금속성 탄소나노튜 브들은 상기 용기 좌측의 제2 영역(II)으로 이동하고, 제1 영역(I)에는 반도체성 탄소나노튜브들(도시 안됨)이 잔류하게 된다. 반면에, 상기 용기 좌측의 제2 영역(II)에는 금속성 탄소나노튜브들 및 반도체성 탄소나노튜브들이 혼합되어 있다.
여기서, 상기 전기장(E) 및 자기장(B)의 방향은 서로 수직한 조건 하에서 상기 금속성 탄소나노튜브를 이동시키고자 하는 방향에 따라 자유롭게 정할 수 있다. 상기 이동 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 결정된다. 그리고, 상기 전기장(E) 및 자기장(B) 각각의 세기와 제공 시간은 제1 영역(I)에 위치하는 금속성 탄소나노튜브들이 상기 전자기력에 의해 제2 영역(II) 내부로 충분히 이동할 수 있는 조건에서 결정되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 분리된 반도체성 탄소나노튜브들과 금속성 탄소나노튜브들이 재혼합되는 것을 막기 위하여 상기 용기 내부에 분리막을 설치한다(S120). 상기 분리막에 의해 제1 공간(I)에 잔류하는 반도체성 탄소나노튜브들이 제2 공간(II)에 혼합되어 있는 금속성 및 반도체성 탄소나노튜브들과 용이하게 격리될 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 용기의 타측에 잔류하는 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들을 선택적으로 수득한다(S130). 예를 들면, 상기 용기의 제1 공간(I) 저면에 형성된 배기 포트를 오픈시켜 상기 반도체성 탄소나노튜브들을 용기 하방으로 빼낼 수 있다. 이와는 다르게, 적절한 기구를 사용하여 상기 분리된 반도체성 탄소나노튜브들을 떠내는 방법도 있다. 상술한 S120 단계는 경우에 따라 생략될 수도 있다. 여기서, 반도체성 탄소나노튜브들의 일차 정제가 완료되고, 상기 용기의 제2 공간(II)에는 금속성 및 반도체성 탄소나노튜브들이 그대로 잔류하게 된다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 상기 용기 내부에 잔류하는 나머지 반도체성 탄소나노튜브들도 상술한 정제 방법와 같은 방법을 이용하여 재정제할 수 있다. 구체적으로, 반도체성 탄소나노튜브들의 일차 정제를 완료한 후에 상기 용기의 제2 공간(II)에 잔류하는 반도체성 탄소나노튜브들을 좀 더 정제할 것인지에 대한 여부를 판단한다(S140). 상기 일차 정제 과정을 통해 반도체성 탄소나노튜브들을 원하는 양만큼 획득했을 경우에는 상기 정제 공정을 종료한다.
반면에, 더 많은 반도체성 탄소나노튜브들을 더 수득하고자 할 경우에는 상기 전기장 및 자기장을 제공을 중단하고, 상기 분리막을 상기 용기로부터 제거한다(S150). 상기 분리막을 제거함에 따라 금속성 및 반도체성 탄소나노튜브들이 상기 용기 내부에 고루 확산된다. 상기 확산이 충분히 이루어지지 않을 경우, 상기 용기 내부를 교반시키는 단계를 더 수행할 수 있다. 이어서, S110 단계 및 S140 단계를 순차적으로 반복해서 수행함으로써, 반도체성 탄소나노튜브들을 원하는 양만큼 정제할 수 있다. 구체적으로, 다시 상기 전기장 및 자기장을 동일한 방향으로 제공하여 상기 용기 내부에 존재하는 반도체성 탄소나노튜브들에 좌측 방향의 전자기력을 인가한다. 이에 따라, 상기 용기의 제1 공간(I)에는 반도체성 탄소나노튜브들이 잔류하고, 상기 용기의 제2 공간에는 금속성 및 반도체성 탄소나노튜브들이 혼합된다. 상기 분리막을 다시 설치하고, 상기 용기의 제1 공간(I) 내부에 잔류하는 반도체성 탄소나노튜브들을 수득한다(이차 정제). 이와 같은 방법을 반복해서 수행함으로써 상기 용기 내부에 존재하는 반도체성 탄소나노튜브들의 대부분을 정제할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전자기력을 반대 방향으로 형성시키는 방법을 생각할 수 있다. 이는 도 9에 나타난 바와 같이, 상술한 반도체성 탄소나노튜브들의 일차 정제 후에 상기 분리막을 제거했을 때 상기 용기 내부에 잔류하는 탄소나노튜브들의 확산이 충분히 이루어지지 않아 교반 단계를 더 수행해야 하는 불편함을 해소하고 정제 시간을 단축시키기 위함이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 자기장(B')의 수평 전방으로 동일하게 제공하고, 전기장(E')은 수직 하방으로 180°방향을 변경하여 제공한다. 그러면, 반대로 전자기력(F')이 우측 방향으로 형성되고, 상기 전자기력(F')에 의해 금속성 탄소나노튜브들이 상기 용기의 제1 공간(I')으로 이동한다. 상기 용기의 제2 공간(II')에는 반도체성 탄소나노튜브들만 잔류한다. 여기서, 상기 전기장(E')은 수직 상방으로 동일하게 제공하고, 상기 자기장(B')의 방향을 수평 후방으로 180°변경하여 제공하더라도 상기와 동일한 결과를 얻을 수 있다.
도 1, 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 분리막을 다시 설치하고 상기 용기의 제2 공간(II') 내부에 잔류하는 반도체성 탄소나노튜브들을 수득한다. 이와 같은 방법을 반복해서 수행함으로써 상기 용기 내부에 존재하는 반도체성 탄소나노튜브들을 실질적으로 모두 정제할 수 있다.
본 실시예는 상기 일차 정제 직후 상기 분리막 제거했을 때 탄소나노튜브들이 용이하게 확산되지 않아 대부분이 상기 용기의 제2 공간(II')에 잔류할 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 상기 이차 정제시 전자기력(F')을 반대로 제공하여 금속성 탄소나노튜브들만 선택적으로 상기 용기의 제1 공간(I')으로 보낸다. 상기 용기 내부에 잔류하는 반도체성 탄소나노튜브들의 대부분이 제2 공간(II')에 위치하고 있으므로, 상기 이차 정제에 의해 반도체성 탄소나노튜브들의 대부분을 정제할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 반도체성 탄소나노튜브들을 정제하는 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 상기 일차 또는 이차 정제 공정에 의해 수득된 반도체성 탄소나노튜브들 사이에는 금속성 탄소나노튜브들이 섞여 있을 수 있다. 반도체성 탄소나노튜브들의 순도를 높이기 위해서는 상기 일차 또는 이차 정제된 반도체성 탄소나노튜브들을 별도로 모아서 다시 정제한다.
이와 같은 방법을 산업에 적용할 경우, 대량의 반도체성 탄소나노튜브들을 간단한 방법으로 정제할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기 방법은 복합 재료에 사용되는 금속성 탄소나노튜브들만을 정제하는 방법으로도 사용될 수 있다.
도 2는 상기 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법을 수행하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 장치의 개략적인 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 장치(100)는 탄소나노튜브들이 혼합된 용액을 수용하기 위한 용기(110), 전기장 제공부(120), 자기장 제공부(130) 및 분리막(140)을 포함하여 구성된다. 상기 용기(110)로는 박스 형상의 공지의 용기를 사용할 수 있다. 다만, 상기 용기(110)의 용적은 분리하고자 하는 탄소나노튜브들의 분량 또는 상기 탄소나노튜브들이 혼합된 용액의 용적에 따라 적절히 조절될 수 있다. 또한, 상기 용기(110)의 내측면 중앙 부위에는 분리막(140)이 결합될 홈(112) 이 수직 방향으로 형성되고, 상기 용기(110)의 저면 우측 가장 자리 및 좌측 가장 자리에는 제1 배기 포트(114) 및 제2 배기 포트(116)가 형성되어 있다.
상기 전기장 제공부(120) 및 자기장 제공부(130)는 전기장(E)의 방향에 대하여 실질적으로 수직하는 자기장(B)을 동시에 제공하기 위하여 적절하게 배치된다. 일 예로, 상기 전기장 제공부(120)는 서로 다른 극성을 갖는 제1 극판(122) 및 제2 극판(124)을 포함한다. 예를 들면, 전기장(E)을 수직 상방으로 형성시키기 위해서 제1 극판(122)에 양극을 인가하여 상기 용기(110)의 하부에 배치하고, 제2 극판(124)에 음극을 인가하여 상기 제1 극판(122)과 마주보도록 상기 용기(110)의 상부에 배치한다. 도시되지는 않았으나, 상기 제1 극판 및 제2 극판(122, 124)에는 전기장(E)의 방향을 반대로 변경시킬 수 있는 전원 제공부(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기장 제공부(130)는 N극의 극성을 갖는 제1 자석체(132)와 S극의 극성을 갖는 제2 자석체(134)로 구성된다. 일 예로, 상기 제1 자석체(132)는 상기 용기(110)의 전면부에 배치되고, 상기 제2 자석체(134)는 상기 제1 자석체(132)와 마주보도록 상기 용기(110)의 후면부에 배치된다. 상기 전기장(E) 및 자기장(B)에 의해서 상기 용기(110) 내부에 전자기력(F)이 좌측 방향으로 형성된다.
한편, 상기 전기장 제공부(120) 및 자기장 제공부(130)에 의해 제공되는 전기장(E) 및 자기장(B)의 세기는 정제하고자 하는 탄소나노튜브들의 양 또는 특성에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 분리막(140)은 상기 용기(110)의 내부 공간을 두 개의 공간들, 제1 공 간(110a) 및 제2 공간(110b)으로 분리하기 위해 제공된다. 도시된 바와 같이, 상기 전자기력(F)이 좌측 방향으로 형성될 경우, 상기 제1 공간(110a)은 반도체성 탄소나노튜브들이 잔류하는 공간이고, 상기 제2 공간(110b)은 금속성 및 반도체성 탄소나노튜브들이 혼재하는 공간이다.
상기 분리막(140)은 상기 용기(110)의 중앙 부위에 구비된 분리 홈(112)과 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 분리막(140)이 설치된 후에는 상기 제1 및 제2 공간(110a, 110b) 내부에 각각 존재하는 탄소나노튜브들이 상기 분리막(140)에 의해 혼합되지 않는다.
위에서 설명한 반도체성 탄소나노튜브 정제 장치(100)를 이용하면 상술한 탄소나노튜브의 정제 방법을 용이하게 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체성 탄소나노튜브들을 전자기력을 이용하여 금속성 탄소나노튜브들과 용이하게 분리함으로써, 반도체성 탄소나노튜브들을 정제할 수 있다.
상기 물리적인 정제 방법은 반도체성 탄소나노튜브들의 정제 공정이 간단하고, 정제 효율이 높일 수 있으며, 대량으로 분리할 수 있다. 따라서, 반도체성 탄소나노튜브들을 정제하는 산업에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 상기 정제 방법을 수행하기 위한 정제 장치는 공지의 부품들을 이용하여 간단하게 제작될 수 있으므로 경제적으로 매우 유리하다. 따라서, 상기 반도체성 탄소나노튜브들을 이용한 생산물의 생산 단가를 낮출 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 용기에 수용된 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브들을 분산시키는 단계;
    상기 용기 내에서 분산된 탄소나노튜브들에 전기장 및 자기장을 실질적으로 서로 수직하는 방향으로 제공하여, 상기 전기장 및 자기장에 의해 일 방향으로 형성되는 전자기력으로 상기 탄소나노튜브들 중에서 금속성을 갖는 탄소나노튜브들을 상기 용기의 일측으로 이동시키는 단계; 및
    상기 용기의 타측에 잔류된 반도체성을 갖는 탄소나노튜브들을 선택적으로 수득하는 단계를 포함하는 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기장은 상기 용기에 대하여 수직 방향으로 형성되고, 상기 자기장은 상기 용기에 대하여 수평 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도체성 탄소나노튜브들을 선택적으로 수득하는 단계를 수행하기 전에,
    상기 분리된 반도체성 탄소나노튜브가 금속성 탄소나노튜브와 재혼합되는 것을 막기 위하여 상기 용기 내부에 분리막을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체성 탄소나노튜브의 정제 방법.
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