KR100809694B1 - 탄소나노튜브 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 제조 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 촉매 나노 입자들을 실리콘 원소를 함유하는 분자 물질의 표면 개선제, 예컨대, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)으로 표면 개선 처리하고, 표면 처리된 촉매 나노 입자들 상에 표면 처리에 의해 직경이 제어되게 탄소나노튜브를 성장시킨다. 탄소나노튜브는 표면 개선제의 분해에 의해 촉매 나노 입자 표면에 퇴적되는 실리콘 산화물 계열의 퇴적물에 의한 표면 스테릭 안정화(steric stabilization)에 의해서 직경이 제어되며 성장될 수 있다.
탄소나노튜브, 촉매 나노 입자, 표면 개선, 응집 현상, CVD
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조 방법의 효과를 설명하기 위해서 촬영한 탄소나노튜브의 주사 전자 현미경(SEM) 사진들이다.
본 발명은 탄소나노튜브에 관한 것으로, 특히, 촉매 나노 입자(nano particle)의 표면을 개선하여 촉매 나노 입자 상에 성장되는 탄소나노튜브의 지름(diameter)을 균일하게 조절할 수 있는 탄소나노튜브 제조 방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 직경이 1 - 5 ㎚ 일 수 있고, 길이가 수 마이크로미터(㎛)에서 수백 마이크로미터에 이를 정도로 구조적 큰 비등방성을 가질 수 있다. 이러한 탄소나노튜브는 직경과 키랄성(chirality)에 따라 도체 혹은 반도체 성질을 가질 수 있다고 알려져 있다. 이에 따라, 다양한 전자 소자에 탄소나노튜브를 활용하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.
탄소나노튜브는 예컨대, 아크(arc) 방전을 이용하는 방법, 레이저(laser)를 이용하는 방법, 고온 고압의 조건에서 일산화탄소(CO)를 이용하는 방법, 또는, 열화학기상증착(thermal chemical vapor deposition) 합성법 등과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
이때, CVD 방법에 의해 성장되는 탄소나노튜브의 지름은 촉매 나노 입자(nano particle catalyst)의 크기(size)에 매우 강하게 의존하고 있다. 그런데, 촉매 나노 입자는 매우 강한 표면 자유 에너지(surface free energy)를 나타내고 있어, 이로 인해 CVD 성장에 이용되는 공정 온도에서 응집(aggregation)되는 경향을 쉽게 나타내고 있다.
촉매 나노 입자는 부피에 대한 표면적의 비가 매우 높아, 벌크(bulk)에 비해 낮은 용융점을 가지고 있고, 이에 따라 탄소나노튜브 성장 시 사용되는 온도에서 응집될 수 있다. 촉매 나노 입자들 또한 이러한 높은 온도에서 응집되려는 경향이 있으므로, 탄소나노튜브의 응집 현상은 매우 용이하게 발생되고 있다. 이에 따라, 탄소나노튜브들이 사용된 촉매 나노 입자들의 크기 보다 큰 지름으로 성장될 수 있다.
이러한 촉매 나노 입자의 응집을 막기 위해서 활성(active)의 촉매 나노 입자들 상호간에 물리적으로 분리시키는 중성(neutral)의 나노 입자들을 사용하는 방법이 고려될 수 있다. 또한, 촉매 나노 입자를 다공성 서포터(supporter)에 함침(embedding)시켜 응집을 막는 방법 또한 고려될 수 있다. 그런데, 이러한 방법들을 탄소나노튜브의 응용에 많은 제약을 발생시켜 그 활용에 큰 제약을 수반하고 있다.
이러한 방법들은 실질적으로 촉매 나노 입자들 이외의 다른 제2의 원소들, 예컨대, 중성 나노 입자들 또는 다공성 서포터 등을 도입하고 있으므로, 이러한 제2의 원소들을 합성된 탄소나노튜브들로부터 제거하는 과정이 요구된다. 또한, 단위 면적 당 활성의 촉매 나노 입자들의 밀도가 낮아 결국 합성되는 탄소나노튜브의 밀도가 낮아지게 된다.
그리고, 다공성 서포터는 주로 금속 산화물로 구성되는 데, 금속 산화물은 일반적으로 절연성을 나타내고 있다. 따라서, 전기적 연결체로서의 탄소나노튜브의 응용에는 탄소나노튜브를 도전성 서포터 상에 성장시켜야 하는 요구에 부합되지 않는다.
그러므로, 탄소나노튜브의 성장 시 탄소나노튜브 또는 촉매 나노 입자의 응집 현상을 방지하여, 합성된 탄소나노튜브의 지름을 제어할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 탄소나노튜브 또는/및 촉매 나노 입자의 응집 현상을 방지할 수 있어 성장되는 탄소나노튜브의 지름을 균일하게 제어할 수 있는 탄소나노튜브 제조 방법을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 촉매 나노 입자들을 실리콘 원소를 함유하는 분자 물질의 표면 개선제로 표면 개선 처리하는 단계, 및 상기 표면 처리된 촉매 나노 입자들 상에 상기 표면 처리에 의해 직경이 제 어되게 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조 방법을 제시한다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점은, 촉매 나노 입자들을 용매에 분산시키는 단계, 상기 분산액에 실리콘 원소를 함유하는 분자 물질의 표면 개선제를 첨가하여 상기 분산된 촉매 나노 입자들의 표면을 개선 처리하는 단계, 상기 분산액을 기판 상에 도포하는 단계, 및 상기 분산액의 도포에 의해 상기 기판 상에 퇴적된 상기 촉매 나노 입자들 상에 상기 표면 처리에 의해 직경이 제어되게 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조 방법을 제시한다.
상기 촉매 나노 입자들은 습식 화학적 합성 방법에 의해 대략 15% 이하의 표준 편차를 가지는 크기 분포의 전이 금속의 나노 입자들로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
상기 표면 개선제는 실란 그룹, 실록산 그룹 또는 실세스퀴옥산 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질일 수 있다.
상기 표면 개선제는 -NH2, -COOH, -CONH2 및 -SH 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질일 수 있다.
상기 표면 개선제는 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 표면 개선제는 상기 분산액에 직접 또는 용액으로 첨가될 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 상기 촉매 나노 입자 상에 탄소 소 스 가스를 제공하고 분해하여 상기 탄소나노튜브가 합성되게 하는 화학기상증착(CVD)으로 수행될 수 있다.
상기 화학기상증착(CVD)은 상기 탄소 소스 가스의 분해를 열적으로 수행하는 열적 화학기상증착이나 플라즈마 수행하는 플라즈마 강화 화학기상증착일 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 상기 표면 개선제의 분해에 의해 상기 촉매 나노 입자 표면에 퇴적되는 실리콘 산화물 계열의 퇴적물에 의한 표면 스테릭 안정화(steric stabilization)에 의해서 직경이 제어되며 성장될 수 있다.
상기 분산 용매는 n-헥산, 클로로포름, 톨루엔, 물 또는 에탄올을 포함할 수 있다.
상기 분산액을 기판 상에 도포하는 단계는 스핀 코팅, 담금 코팅, 스프레이 코팅 또는 퍼들 코팅으로 수행될 수 있다.
상기 기판은 유리 또는 실리콘 기판일 수 있다.
상기 기판은 Au, Ag, TiN, ITO 및 TaN을 포함하는 일군에서 선택된 어느 하나의 도전 물질을 포함하는 층을 수반하는 기판일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 또는/및 촉매 나노 입자의 응집 현상을 방지할 수 있어 성장되는 탄소나노튜브의 지름을 균일하게 제어할 수 있는 탄소나노튜브 제조 방법을 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어 져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 촉매 나노 입자들을 제조할 때 크기를 균일하게 조절하기 위해서 습식 화학적 합성 방법(wet chemical synthetic method)을 이용한다. 습식 화학적 합성 방법은 촉매 입자를 나노 크기로 균일하게 형성할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에서 이용하는 촉매 나노 입자들은 균일한 크기, 예컨대, 대략 3 내지 4.5㎚ 지름의 균일한 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 촉매 나노 입자들로부터 성장되는 탄소나노튜브의 지름을 제어하기 위해 이러한 촉매 나노 입자들의 표면에 표면 개선제(surface modifying agent)를 결합시키는 기술을 제시한다. 본 발명의 실시예에서 제시하는 표면 개선제는 촉매 나노 입자들에 결합되어 분해되어 촉매 나노 입자들 표면에 실리콘 산화물 계열(SiO2 based)의 표면 개선층을 퇴적(deposit)시키는 것으로 이해될 수 있다.
표면 개선제는 예컨대 실리콘(Si) 원소를 포함하는 분자, 예컨대, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane; APS) 등을 이용할 수 있다. 이러한 APS와 같은 표면 개선제는 아민 그룹(amine group)을 말단기(terminal functional group)로 가지고 있으며, 아민 그룹은 실란 그룹(silane group)에 의해 촉매 나노 입자 표면에 실리콘 산화물의 부착이 조절되는 동안, 촉매 나노 입자에 APS 분자를 결합시켜 주는 역할을 하게 된다.
이러한 표면 개선제에 의한 실리콘 산화물 계열의 퇴적층은 촉매 나노 입자 표면에 부분적으로 퇴적되게 될 것이므로, 결국 촉매 나노 입자의 표면적을 상대적으로 줄여 주어, 탄소나노튜브 성장을 조절하여 성장되는 탄소나노튜브의 지름이 커지는 것을 억제하는 효과를 구현하는 것으로 이해될 수 있다. 표면에 표면 개선제가 결합된 촉매 나노 입자 상에 탄소나노튜브가 성장할 때, APS 분자의 분해에 의해 촉매 나노 입자 표면에 퇴적된 실리콘 계열의 퇴적층 부분은, 실질적인 촉매 나노 입자 표면적을 조절함으로써 성장되는 탄소나노튜브의 직경을 제어하는 것으로 이해될 수 있다. 이에 따라, 성장되는 탄소나노튜브의 직경은 실질적으로 촉매 나노 입자의 크기에 맞춰지게 제어될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 습식 화학적 합성 방법에 의해서 균일한 크기, 예컨대, 대략 3 내지 4.5㎚의 크기로 균일하게 제어된 촉매 나노 입자들(100)을 준비한다. 습식 화학적 합성 방법은 매우 균일하게 설정된 크기, 모양 및 조성의 나노 입자들을 제공하는 방법으로 알려져 있다. 탄소나노튜브들의 크기는 촉매 나노 입자(100)들의 크기에 크게 의존하여 그 직경이 결정되므로, 촉매 나노 입자(100)들의 크기를 균일하게 하는 것은 상당히 중요하다. 이때, 촉매 나노 입자(100)의 입경 분포는 15% 내로 표준 편차(standard deviation)를 가지게 조절되는 것이 바람직하다.
이러한 촉매 나노 입자들(100)은 전이 금속(transition metal)의 나노 입자들로 이해될 수 있다. 전이 금속 나노 입자들은 탄소 원소들이 탄소나노튜브들로 합성되는 반응에서 촉매 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 전이 금속 나노 입자로서 철(Fe)의 나노 입자를 예로 들 수 있다.
촉매 나노 입자들(100)의 표면을 표면 개선제(200)로 처리한다. 이때, 표면 개선제(200)는 실리콘 원소(Si)를 함유하는 분자 물질로 이해될 수 있다. 예컨대, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane; APS)을 이러한 표면 개선제(200)로 이용할 수 있다.
이러한 분자 물질은 실리콘 원소를 포함하는 작용기 또는 작용 그룹(functional group), 예컨대, 실란 그룹(silane group), 실록산 그룹(siloxane group) 또는 실세스퀴옥산 그룹(silsesquioxane group)에 추가로 -NH2, -COOH, -CONH2, -SH 등의 작용 그룹을 더 가지는 분자로 이해될 수 있다. 이때, 실리콘을 함유하는 작용 그룹의 수에는 제한이 없으며 적어도 하나의 실리콘 함유 작용 그룹이 포함되는 분자는 이러한 표면 개선제(200)로 이용될 수 있다.
이러한 -NH2, -COOH, -CONH2, -SH 등의 작용 그룹들은 이러한 표면 개선제(200)의 분자가 촉매 나노 입자(100)에 결합되도록 허용하는 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다. 예컨대, APS의 경우 실란 그룹이 작용하는 동안 아민 그룹이 촉매 나노 입자(100)의 표면에 APS(200)를 결합시켜 주는 역할을 하게 된다. 이러한 결합은 화학적 결합, 공유 결합(covalent bonding)이나 또는 약한 상호작용에 의한 결합, 예컨대, 반 데르 발스 인력(Van der Waals interaction)에 의한 결합으로 이해될 수 있다.
촉매 나노 입자(100)에 표면 개선제(200)를 결합시키는 과정은, 먼저 촉매 나노 입자(100)를 용매에 분산시킨 분산액(nano particle dispersion)에 실질적으로 순수한 표면 개선제(200)를 직접적으로 추가함으로써 이루어질 수 있다. 또는 표면 개선제(200)를 적절한 용매(solvent)에 녹여 형성한 용액(solution)을 상기한 나노 입자 분산액에 첨가함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 이러한 표면 개선제(200)를 용액 또는 직접 나노 입자 분산액에 첨가한 후, 표면 개선제(200)까 촉매 나노 입자(100)에 결합되게 휘젓는 과정 등을 수반할 수 있다.
이때, 표면 개선제(200)는 실질적으로 촉매 나노 입자(100) 표면에 결합되므로, 분산액에 표면 개선제(200)를 첨가하는 정도에 실질적인 제한은 없다. 따라서, 충분한 양의 표면 개선제(200)를 도입하여도 무방하다.
도 2를 참조하면, 표면 개선제(200)로 처리되어 개선된 표면을 가지는 촉매 나노 입자(100)들을 기판(300) 상에 퇴적시킨다. 이때, 기판(300) 상에 도전층(400) 상에 이러한 촉매 나노 입자(100)들이 퇴적될 수 있다. 이는 전기적 연결 등에 탄소나노튜브를 이용하는 응용에 보다 적합하기 때문이다.
도전층(400)은 금(Au), 은(Ag), ITO, 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN) 등과 같은 도전성 물질층일 수 있다. 이러한 도전층(400)의 도입없이 기판(300), 예컨대, 실리콘(silicon) 기판 또는 유리(glass) 기판 상에 이러한 촉매 나노 입자(100)들이 직접 퇴적될 수도 있다.
이때, 표면 개선제(200)로 처리된 촉매 나노 입자(100)가 포함된 퇴적액(depositing solution)을 준비하여 이러한 퇴적액을 이용하여 이러한 퇴적 과정을 수행할 수 있다. 이때, 퇴적액은 상기한 분산액을 이용할 수 있다. 따라서, 상기한 퇴적액은 촉매 나노 입자(200)들을 분산시키는 용매를 포함할 수 있으며, 이러한 용매는 n-헥산(n-hexane), 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 물(water) 또는 에탄올(ethanol) 등을 이용할 수 있다.
이러한 퇴적액(또는 분산액)을 기판(300) 상에 용액 기반 코팅(solution based coating) 기술을 이용하여 도포하여 촉매 나노 입자(100)들을 기판(300) 상의 도전층(400) 상에 퇴적시킬 수 있다. 이러한 코팅 기술로서 스핀 코팅(spin coating) 담금 코팅(dip coating), 퍼들 코팅(puddle coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating) 등을 이용할 수 있다.
한편, 표면 개선제(200)가 촉매 나노 입자(100) 표면에 결합되어 있으므로, 촉매 나노 입자(100)가 도전층(400) 또는 기판(300) 상에 부착되는 것을 돕기 위해, 상기 표면 개선제(200)를 구성하는 분자 물질은 기판(300) 또는 도전층(400)과 결합할 수 있는 말단 작용 그룹을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 친수성 작용 그룹을 더 포함하여 구성될 수 있다. APS는 친수성 특성을 가지므로 실리콘 등의 기판(100) 등과 결합할 수 있는 특성을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 표면 개선제(200)에 의해서 표면 처리 또는 개선(modifying)된 촉매 나노 입자(100)들을 도전층(400) 상에 퇴적시키고, 퇴적된 촉매 나노 입자(100) 상에 탄소나노튜브(500)를 성장시킨다. 이때, 탄소나노튜 브(500)의 성장은 CVD 계열의 합성 방법, 예컨대, 열적 CVD 또는 플라즈마 강화(plasma enhanced CVD)로 수행될 수 있다.
표면 개선제(200)로 표면 처리된 촉매 나노 입자(100) 상에 탄소 소스 가스(carbon source gas), 예컨대, 아세틸렌 가스(C2H2)를 제공하며 이러한 탄소 소스 가스가 분해되는 온도 이상의 온도, 예컨대, 대략 650℃의 온도를 제공하여 탄소나노튜브(500)를 성장시킨다. 플라즈마를 도입할 경우 플라즈마가 이러한 분해 과정을 촉진하게 되므로 이러한 반응 온도를 보다 더 낮출 수 있다.
이때, 성장되는 탄소나노튜브(500)의 직경은 촉매 나노 입자(100)의 크기에 크게 의존하는 데, 촉매 나노 입자(200)에 결합된 표면 개선제(200)는 성장되는 탄소나노튜브(500)의 직경을 제어하는 역할을 한다. 표면 개선제(200) 예컨대, APS는 분해되어 실리콘 산화물 계열의 퇴적물(201)을 촉매 나노 입자(100) 표면에 형성하게 된다.
APS의 아민 그룹은 실란 그룹에 의해 실리콘 산화물 계열의 퇴적물(201)이 부착되는 동안, APS가 촉매 나노 입자(100) 표면에 결합되도록 하는 결합을 제공하는 역할을 한다. APS가 분해됨에 따라 실란 그룹의 실리콘은 실리콘 산화물 계열의 퇴적물(201)로 촉매 나노 입자(100) 표면에 부착된다. 이러한 실리콘 산화물 퇴적물(201) 영역에서는 탄소나노튜브 합성 반응이 진행되기 어렵다. 예컨대, 이러한 실리콘 산화물 퇴적물(201) 표면에서는 탄소 래디컬(radical) 또는 탄소 원소의 이동이 억제되며 이에 따라 탄소나노튜브(500)의 성장을 억제 제어하게 된다.
촉매 나노 입자(100)의 활성 표면은 퇴적물(201)의 부착에 의해 실질적으로 감소되게 조절되므로, 과다한 탄소의 반응에 의해서 탄소나노튜브(500)들이 상호간에 응집되는 현상 또는/및 촉매 나노 입자(100)이 응집되는 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 결합된 표면 개선제(200)에 의해 구현되는, 촉매 나노 입자(100)들의 표면에서의 원자 또는 분자들의 공간적(또는 입체적) 배치에 관한 안정화(steric stabilization)에 의해 탄소나노튜브(500)들 또는/및 촉매 나노 입자(100)들의 응집 현상이 억제되게 될 수 있으며, 이에 따라 탄소나노튜브(500)의 직경이 제어될 수 있다.
촉매 나노 입자(100)들의 응집 현상이 억제되므로, 탄소나노튜브(500)들은 촉매 나노 입자(100)의 크기에 주로 의존하여 결정되는 직경으로 성장될 수 있다. 이에 따라, 탄소나노튜브(500)들은 실질적으로 촉매 나노 입자(100)의 크기와 대등한 직경을 가지게 성장 합성될 수 있다. 촉매 나노 입자(100)들은 습식 화학적 합성 방법에 의해서 매우 균일한 크기를 가지게 형성되었으므로, 균일한 크기의 촉매 나노 입자(100)들 상에 성장되는 탄소나노튜브(500)들 또한 매우 균일한 크기로 합성되게 된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조 방법의 효과를 설명하기 위해서 촬영한 탄소나노튜브의 주사 전자 현미경(SEM) 사진들이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 APS를 표면 처리한 철(Fe) 촉매 나노 입자를 이용하여, 대략 650℃의 온도에서 C2H2 가스를 제공하는 열적 CVD에 의해서 합성 성 장된 탄소나노튜브들의 SEM 사진이다. 이에 비해 도 6은 APS를 사용하지 않은 경우에 합성 성장된 탄소나노튜브들의 SEM 사진이다.
도 4 및 5의 SEM 사진들과 도 6의 SEM 사진을 비교하면, APS를 사용하여 표면 처리한 촉매 나노 입자를 이용한 경우, 도 6의 SEM 사진에서와 같은 응집 현상이 억제되어, 탄소나노튜브들의 직경이 보다 미세하고 균일하게 그리고 높은 밀도로 성장되었음을 알 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 촉매 나노 입자들의 표면을 실리콘 원소를 함유하는 표면 개선제, 예컨대 APS를 이용하여 표면 처리하여 촉매 나노 입자들의 표면을 개선할 수 있다. APS 등에 의해서 표면이 개선된 촉매 나노 입자들의 표면에는 탄소나노튜브 합성 시 스테릭 안정화(steric stabilization)가 구현되며, 이에 따라, 탄소나노튜브의 직경이 제어될 수 있다. 따라서, 응집 현상의 발생을 배제하여 균일한 직경을 가지는 탄소나노튜브들을 실질적으로 도전성 막질 상에 성장시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
Claims (20)
- 전이 금속의 나노 입자인 촉매 나노 입자들을 실리콘 원소를 함유하는 분자 물질의 표면 개선제로 표면 개선 처리하는 단계; 및상기 표면 처리된 촉매 나노 입자들 상에 상기 표면 처리에 의해 직경이 제어되게 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 촉매 나노 입자들은 습식 화학적 합성 방법에 의해 15% 이하의 표준 편차를 가지는 크기 분포의 전이 금속의 나노 입자들로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 표면 개선제는 실란 그룹, 실록산 그룹 및 실세스퀴옥산 그룹을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나의 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 표면 개선제는 -NH2, -COOH, -CONH2 및 -SH 작용 그룹을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나의 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 표면 개선제는 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 표면 개선제로 처리하는 단계는상기 촉매 나노 입자들이 분산된 분산액을 준비하는 단계; 및상기 분산액에 상기 표면 개선제를 직접 또는 용액으로 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는상기 촉매 나노 입자 상에 탄소 소스 가스를 제공하고 분해하여 상기 탄소나노튜브가 합성되게 하는 화학기상증착(CVD)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 화학기상증착(CVD)은 상기 탄소 소스 가스의 분해를 열적으로 수행하는 열적 화학기상증착이나 플라즈마 수행하는 플라즈마 강화 화학기상증착인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 표면 개선제의 분해에 의해 상기 촉매 나노 입자 표면에 퇴적되는 실리콘 산화물 계열의 퇴적물에 의한 표면 스테릭 안정화(steric stabilization)에 의해서 직경이 제어되며 성장되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 전이 금속의 나노 입자인 촉매 나노 입자들을 n-헥산, 클로로포름, 톨루엔, 물 및 에탄올을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나인 용매에 분산시키는 단계;상기 분산액에 실리콘 원소를 함유하는 분자 물질의 표면 개선제를 첨가하여 상기 분산된 촉매 나노 입자들의 표면을 개선 처리하는 단계;상기 분산액을 기판 상에 도포하는 단계; 및상기 분산액의 도포에 의해 상기 기판 상에 퇴적된 상기 촉매 나노 입자들 상에 상기 표면 처리에 의해 직경이 제어되게 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 삭제
- 제10항에 있어서,상기 표면 개선제는 실란 그룹, 실록산 그룹 및 실세스퀴옥산 그룹을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나의 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 표면 개선제는 -NH2, -COOH, -CONH2 및 -SH 작용 그룹을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나의 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 분산액을 기판 상에 도포하는 단계는스핀 코팅, 담금 코팅, 스프레이 코팅 및 퍼들 코팅을 포함하는 일군에서 선 택되는 어느 하나의 코팅 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 기판은 유리 또는 실리콘 기판이거나상기 기판은 Au, Ag, TiN, ITO 및 TaN을 포함하는 일군에서 선택된 어느 하나의 도전 물질을 포함하는 층을 수반하는 기판인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 표면 개선제의 분해에 의해 상기 촉매 나노 입자 표면에 퇴적되는 실리콘 산화물 계열의 퇴적물에 의한 표면 스테릭 안정화(steric stabilization)에 의해서 직경이 제어되며 성장되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 전이 금속의 나노 입자인 촉매 나노 입자들을 n-헥산, 클로로포름, 톨루엔, 물 및 에탄올을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나인 용매에 분산시키는 단계;상기 분산액에 실리콘 원소 및 아민 작용 그룹을 함유하는 분자 물질의 표면 개선제를 첨가하여 상기 분산된 촉매 나노 입자들의 표면을 처리하는 단계;상기 분산액을 기판 상에 도포하는 단계; 및상기 분산액의 도포에 의해 상기 기판 상에 퇴적된 상기 촉매 나노 입자들 상에 상기 표면 처리에 의해 직경이 제어되게 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 표면 개선제는 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 표면 개선제는 실란 그룹, 실록산 그룹 및 실세스퀴옥산 그룹을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나의 작용 그룹을 적어도 포함하는 분자 물질인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 표면 개선제의 분해에 의해 상기 촉매 나노 입자 표면에 퇴적되는 실리콘 산화물 계열의 퇴적물에 의한 표면 스테릭 안정화(steric stabilization)에 의해서 직경이 제어되며 성장되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
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