KR100836511B1 - 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법 및 그 중간체 - Google Patents

실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법 및 그 중간체 Download PDF

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인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 새로운 합성방법 및 그 중간체에 관한 것으로, 특히 탄소나노튜브와 아민기를 갖는 실란 커플링제의 반응을 통하여 활성화점을 도입하여 이로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브-실리카 복합재료를 손쉽게 성장시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 탄소나노튜브-실리카 복합재료의 합성방법은, 탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 단계와; 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하는 단계와; 실란 커플링제가 도입된 탄소나노튜브로부터 실리카를 합성하는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따라 합성된 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 탄소나노튜브의 표면 구조를 손상 없이 전처리하여 그 표면으로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브의 구조적 특징에서 기인하는 전기적인 특성 (높은 전기전도도)을 그대로 보유하고 여기에 실리카의 기능성 (절연체)이 결합되어, 나노 사이즈의 전기가 통하는 전선과 같은 개념을 가진 물질의 합성이 가능하고 이를 다양한 첨단 IT 산업에 응용할 수 있는 충분한 잠재력을 갖고 있다. 특히 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 생체분자나 그 외 여러 가지 작용성 물질의 고정 지지체 역할을 수행할 수 있고, 또 기존의 실리콘 고무에서는 얻을 수 없었던 엄청난 성능의 강화제 역할을 할 수 있어 고분자 복합재료용 충전제로서 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
탄소나노튜브, 아민계 실란 커플링제, 실리카, 졸-겔 공정. 나노 복합재

Description

실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법 및 그 중간체 {Silica/carbon nanotube composite and its production method}
도 1a 및 1b는 주사 전자 현미경 사진으로, 도 1a는 실리카가 결합되지 않은 일반 탄소나노튜브이고 도 1b는 실시예 3에 따라 표면으로부터 실리카가 합성된 탄소나노튜브이다.
도 2a 내지 2d는 투과 전자 현미경 사진으로, 도 2a,b는 실리카가 결합되지 않은 일반 탄소나노튜브이고, 도 2c,d는 실시예 3에 따라 표면으로부터 실리카가 합성된 탄소나노튜브이다.
본 발명은 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 새로운 합성방법 및 그 중간체에 관한 것으로, 특히 탄소나노튜브 표면에 아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하여 이로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브-실리카 복합재료를 손쉽게 성장시킬 수 있는 방법 및 그 중간체에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 1991년 일본 전기회사(NEC)의 이지마 박사에 의해 처음 발명 된 후 가장 흥미로운 새로운 물질중의 하나로 과학계와 산업계의 상당한 관심을 불러일으키며 각광받고 있다. 고분자/탄소나노튜브, 실리카/탄소나노튜브 등의 나노 복합재료 또한 기존의 소재에 비하여 월등한 기계적, 화학적, 열적, 전기적, 광학적 특성을 갖고 있어 다양한 첨단 IT 산업에 응용될 수 있는 잠재력이 충분하다. 특히 실리콘 고무와 동일한 화학성분을 갖는 실리카의 엄청난 잠재력은 이미 증명되어 있기 때문에(Rheologica Acta., 43, 127-136, 2004) 응용적인 실리카/탄소나노튜브의 개발은 기존의 실리카 소재보다 탄소나노튜브의 물성이 추가된 보다 향상된 물성의 강화제로서 고분자 복합재료용 충전제로서 많은 잠재적인 엔지니어링 용도를 갖고 있다.
일반적으로, 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 용매에 균일하게 분산된 탄소나노튜브와 암모니아수가 존재하는 혼합 반응물에 실리카 전구체를 주입하여 교반을 시켜줌에 따라서 액체 상태의 전구체가 고체 상태의 실리카로 형성되는 졸-겔 공정에 의해 실리카가 합성되는 형태이다. 이러한 실리카/탄소나노튜브 복합재료를 제조하기 위해서는 다음과 같은, 1) 탄소나노튜브 표면에 화학적 결합이 가능한 작용기를 비파괴적인 방법을 이용하여 도입하여 용매 내에서 분산 안정성을 유지하고, 2) 탄소나노튜브의 표면에 원하는 두께의 실리카를 합성하는 2가지의 중요한 핵심 기술이 필요하다.
실리카/탄소나노튜브 복합재료에 대한 기존 국내외의 연구는 아직까지 거의 보고된 적이 없으며, 2001년경에 비로소 최초의 문헌이 보고 되고 있다. 보고된 문헌을 살펴보면, 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 제조에는 크게 탄소나노튜브 표 면에 1) 물리적 결합이나 2) 화학적 공유결합을 이용하여 탄소나노튜브 표면에 실리카 합성 장소를 도입하는 방법을 이용하여 실리카를 합성하는 방법과 3) 탄소나노튜브와 실리카를 표면 처리하여 두 물질로 직접 합성을 하는 방법이 있다.
첫 번째인 물리적 결합을 이용한 방법은, 탄소나노튜브 표면에 방향족 고리를 포함하면서 실리카 합성장소를 갖는 물질의 방향족 고리 화합물과 탄소나노튜브와의 p-p 결합력을 이용한 도입방법에 의해 실리카/탄소나노튜브 복합재료를 합성하는 방법이다. 그러나 이 방법은, 공유결합보다 결합력이 상당히 약하기 때문에 실리카와 탄소나노튜브 사이의 결합력이 떨어질 것으로 생각된다. (J. Mater. Chem ., 14, 2106-2114, 2006; Carbon, 44, 1301-1303, 2006)
두 번째인 화학적 공유결합을 이용한 방법은 화학적 표면처리를 통해 탄소나노튜브에 -OH, -COOH 와 같은 작용기를 도입시킨 뒤 실리카 합성이 시작되는 장소를 갖는 물질을 합성하는 방법으로, 실리카 공유 결합에 의해 결합 자체는 강하지만 질산이나 황산과 같은 독성이 강한 화학물질을 이용하여 표면 처리를 함으로써 그 과정에서 탄소나노튜브 표면에 결함이 형성될 수 있다. 이러한 결함은 구조적 성질로부터 유래하는 전기적 성질을 떨어뜨리게 되므로, 기계적, 열적, 전기적 성질 등이 많이 감소할 것으로 생각된다 (Chem . Lett ., 34, 954-956, 2005).
세 번째인 탄소나노튜브와 실리카를 표면 처리하여 두 물질로 직접 합성을 하는 방법은 각각의 물질을 화학적 표면 처리를 통해 각각의 물질의 표면에 상호 작용성을 가진 두 물질을 우선적으로 합성한 뒤 두 물질을 접촉시켜 반응시킴으로써 복합재료를 합성하는 방법으로, 각각의 물질의 물성을 조절하여 원하는 물성을 얻을 수 있도록 한다는 장점이 있지만 원하는 양의 실리카 합성의 조절에 있어서 어려움이 있는 것으로 보이며 형태를 관찰할 경우 접합성 자체가 약해 보이며 표면에 불균일하게 분포되어 있는 모습을 나타내고 있다 (Chem . Commun ., 5548-5550, 2005).
이 외에도 실리카/탄소나노튜브 복합재료에 대한 계면활성제를 이용해 탄소나노튜브를 분산시킨 뒤 실리카를 합성하는 것 (Nano Lett ., 3, 775-778, 2005)과 같은 여러 가지 연구 결과들이 많이 발표되고 있는데, 이러한 연구들에서 중요한 것은 탄소나노튜브의 물성이 손상되지 않은 상태로 실리카의 합성이 시작되는 장소를 얼마나 강하게 결합시켜 실리카 합성 정도를 조절할 수 있는가의 여부이다.
탄소나노튜브 나노 복합재료를 제조하는 형태로 가장 일반적인 것은 탄소나노튜브 표면에 고분자 브러쉬를 성장시켜 탄소나노튜브 간의 자체 응집을 억제하는 방법이다. 본 발명은 유기 고분자가 아닌 실리카 무기소재를 탄소나노튜브 표면에서 합성시키는 새로운 방법 및 그 중간체에 관한 것이다.
본 발명에서는 탄소나노튜브와 아민기를 갖는 실란 커플링제의 반응을 통하여 활성화점을 도입하여 이로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브-실리카 복합재료를 손쉽게 성장시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 특히 본 발명에서는, 탄소나노튜브의 물성이 손상되지 않는 상태로 실리카의 합성이 시작되는 장소를 강하게 결합시키고, 이렇게 도입된 탄소나노튜브 표면으로부터 실리카를 합성함으로써 실리카의 합성 정도를 조절할 수 있는 새로운 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법과 그 중간체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 이렇게 합성된 고기능성의 실리카/탄소나노튜브 복합재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명에서는, 상이동촉매를 이용하여 탄소나노튜브 표면 구조의 손상을 최소화하며 처리한 표면으로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브의 전기적인 특성이 저하되는 것을 막음으로써 반도체, 나노 센서 등과 같은 다양한 첨단 IT 산업에 응용될 수 있는 실리카/탄소나노튜브 복합재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
기타 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 더 잘 알게 될 것이다.
본 발명에서는,
(a) 탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 단계와;
(b) 상기 하이드록실기가 도입된 탄소나노튜브에, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하여, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된 하기 화학식 1로 표시되는 탄소나노튜브를 얻는 단계와;
(c) 상기 실란 커플링제가 도입된 탄소나노튜브로부터 졸-겔 공정으로 실리카를 합성하는 단계;를 포함하는 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법이 제공된다.
Figure 112007017839481-pat00001
여기서,
Figure 112007017839481-pat00002
는 탄소나노튜브; X=(CH2)n, 1<n<5; Y=NH2 또는 NH(CH2)m, 1<m<5; Z=NH2 (Y=NH(CH2)m일 경우) 이다.
또한 본 발명에서는,
말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된, 상기 화학식 1로 표시되는 탄소나노튜브가 제공된다.
이하 본 발명의 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법을 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 단계
탄소나노튜브는, 특히 한정되는 것은 아니나 CVD (thermal chemical vapor deposition) 방법으로 합성된 MWNT(multiwalled carbon nanotubes)를 사용할 수 있다. SWNT(single-walled carbon nanotubes)는 산업계에서 많은 용도를 가질 수 있 으나 비싼 가격 때문에 상업화에 어려움이 있다. 이에 비해 MWNT는 비슷한 순도에서 현재 SWNT 보다 500배 이상 싸다. 또, 완전한 MWNT의 전기적 특성은 1차원 전기적 구조와 전기적 수송 특성에 기인하여 SWNT와 비슷하다고 알려져 있다. 따라서 MWNT와 SWNT가 모두 본 발명의 탄소나노튜브로 사용될 수 있지만 경제성 등을 고려하면 MWNT가 바람직하다.
화학적 결합은 물리적 결합과 비교하여 훨씬 강한 결합성을 갖기 때문에 탄소나노튜브에 화학적 결합을 할 수 있는 작용성을 부여하는 것은 탄소나노튜브 복합재의 제조과정에 반드시 필요하다고 할 수 있다. 이때 탄소나노튜브의 구조를 파괴시키지 않으면서 표면에 화학적 결합력을 갖는 하이드록실기, 카르복실기의 작용그룹을 결합시키는 것이 중요하다.
본 발명에서 탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 데는 기존에 알려진 방법을 이용하는 것이 모두 가능하다. 즉, 질산, 황산과 같은 강산 존재 하에 탄소나노튜브 표면을 산화시켜 히드록실기가 도입된 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 그러나 이러한 방법은 탄소나노튜브 표면에 결함을 형성시켜 탄소나노튜브가 갖는 구조적 특성을 손상시키는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 고온에서 강산을 사용하여 수행하던 기존의 표면처리 방법 대신, 바람직하게는 상이동촉매를 이용하여 작용기를 도입한다. 즉, 유기용매에 분산되어 있는 탄소나노튜브와 물에 용해되어 있는 산화제가 교반에 의해 혼합되면, 상이동총매가 두 용액 사이의 계면에서 이온의 전달을 통해 탄소나노튜브 표면에 친핵성 치환반응이 일어나게 됨으로써 작용기가 도입된다. 이 과정에서 이 용 가능한 상이동촉매는 암모늄염으로, 대표적으로 테트라프로필암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸암모늄 브로마이드, 테트라부틸암모늄 클로라이드,테트라부틸암모늄 하이드록사이드 등이 있다. 상이동촉매로는 알킬체인의 탄소수가 3∼5인 촉매가 적당한데, 이 중 바람직하게는 테트라프로필암모늄 브로마이드를 이용할 수 있다. 이렇게 작용기가 도입된 탄소나노튜브는, 다음 단계에서 실리카 합성장소를 갖는 커플링제와의 결합이 가능해지고, 커플링제와 결합된 탄소나노튜브는 그 다음 단계에서 졸-겔 방법을 통해 실리카 합성을 수행하게 된다.
아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하는 단계
상기 단계에서 얻은 하이드록실기가 도입된 탄소나노튜브에, 한 쪽 말단에 알콕시기를 다른 한 쪽 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하여 하기 반응식 1과 같이 알콕시기의 수화 반응 및 축합 반응, 그리고 하이드록실기와의 축합반응을 통해, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된, 상기 화학식 1로 표시되는 탄소나노튜브를 얻는다.
Figure 112007017839481-pat00003
여기서,
Figure 112007017839481-pat00004
는 탄소나노튜브; X=(CH2)n, 1<n<5; Y=NH2 또는 NH(CH2)m, 1<m<5; Z=NH2 (Y=NH(CH2)m일 경우) 이다.
실란 커플링제 화합물은, 예를 들면 아미노에틸 아미노프로필 트리에톡시 실란, 아미노에틸 아미노프로필 메틸 다이메톡시 실란, 아미노프로필 트리메톡시 실란, 아미노프로필 트리에톡시 실란, 페닐 아미노프로필 트리메톡시 실란 및 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란 등이 1종 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란을 사용하였다.
실리카를 합성하는 단계
상기 단계에서 얻은, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된 탄소나노튜브로부터 졸-겔 공정으로 실리카를 합성한다.
졸-겔 공정은 실리카 합성방법에 있어서 보편적인 방법인 스토버 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 염기성의 아민그룹을 말단에 갖는 탄소나노튜브와 염기성의 암모니아수(촉매)가 용매에 균일하게 분산되어 있는 혼합 반응물에, 산성의 실리카 전구체를 주입하여 교반시켜 주면, 산-염기 작용에 의해 탄소나노튜브 표면에 액체 상태의 실리카 전구체가 접근하게 되고 이때 촉매에 의해 수화반응이 일어난 실리카 전구체들은 상호간에 축합반응을 통해 고체 상태의 실리카로 탄소나노튜브의 표면에 형성되게 되는, 졸-겔 공정에 의한 실리카의 합성이 이루어진다. 이때 바람직하게는, 20∼70 ℃의 중합온도에서 6∼100 시간동안 중합을 수행한다.
하기 반응식 2는 하기 실시예 3에서 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란으로 도입시킨 탄소나노튜브 표면으로부터 실리카를 합성하는 과정을 식으로 나타낸 것이다.
Figure 112007017839481-pat00005
여기서,
Figure 112007017839481-pat00006
는 탄소나노튜브; X=(CH2)n, 1<n<5; Y=NH2 또는 NH(CH2)m, 1<m<5; Z=NH2 (Y=NH(CH2)m일 경우) 이다.
이렇게 얻어진 본 발명의 실리카/탄소나노튜브 복합재료는, 직경 50∼200 nm 범위의 와이어 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따라 합성된 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 탄소나노튜브를 손상 없이 처리하여 그 표면으로부터 실리카를 합성함으로써 탄소나노튜브가 갖는 전기적인 특성이 저하되지 않으면서 여기에 실리카의 기능성이 결합되어 다양한 첨단 IT 산업에 응용될 수 있는 충분한 잠재력을 보유하고 있다. 특히 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 생체분자나 그 외 여러 가지 작용성 물질의 고정 지지체 역할을 수행할 수 있고, 또 실리콘 고무와 동일한 화학성분을 갖는 실리카의 엄청난 기능성은 이미 증명되어 있기 때문에 기존의 실리콘 고무에서는 얻을 수 없었던 엄청난 성능의 강화제 역할을 할 수 있는 등 기존의 소재에서 얻을 수 없었던 다양한 기계적, 열적, 전기적 및 광학적 특성들을 얻을 수 있는 무기고분자 복합재료로서 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 다음의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특 허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 물론이다.
실시예 1
하이드록실기가 도입된 탄소나노튜브의 준비
본 실시예에서는 CVD (thermal chemical vapor deposition) 방법으로 합성된 MWNT(multiwalled carbon nanotubes)를 사용하였다. 먼저 탄소나노튜브는 사용하기 전에 잔류하는 금속촉매를 제거하기 위해서 12시간 동안 60℃에서 3M의 HNO3로 처리하고 6시간 동안 120℃에서 5M의 HCl에서 환류시켰다.
탄소 나노튜브 0.2 g을 250 ㎖ 반응기에 넣고 메틸렌클로라이드 100 ㎖와 함께 초음파 세척기에 5분 동안 분산시켰다. 초음파에 분산시킨 탄소나노튜브에 테트라부틸암모늄 브로마이드 1 g을 증류수 10 ㎖에 첨가한 용액과 아세트산용액 10 ㎖, 과망간산칼륨 0.25 g을 5 ㎖ 증류수에 첨가한 용액을 주입하고 상온 (25℃)에서 24시간 동안 교반시켜 주면서 반응시켰다.
24시간 반응 후 탄소나노튜브의 온도가 상온까지 내려간 뒤 진공여과기에 테프론 필터와 메탄올을 이용하여 탄소나노튜브를 세척하였다. 이후 아세톤을 이용하여 수분을 완전히 제거한 후 건조시켜 하이드록실기가 도입된 탄소나노튜브를 수득하였다.
실시예 2
아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란 커플링제와 하이드록실기의 결합
톨루엔에 잘 건조된 탄소나노튜브 0.05 g 과 아미노프로필 트리메톡시 실란 1.0 g을 100 ㎖ 플라스크에 넣고 초음파 세척기에서 약 5분간 분산시켜준 뒤 100℃에서 약 6시간 동안 교반시켜 주면서 반응시켰다.
실시예 3
실란 커플링제가 도입된 탄소나노튜브에서의 실리카 합성
100 ㎖ 반응기에 시판중인 에탄올 50 ㎖와 상기 실시예 2에서 만들어진 탄소나노튜브 0.01g을 첨가한 후 초음파 세척기에 5분간 분산시켜준 뒤 여기에, 5 ㎖ 에탄올에 암모니아수 0.9 g을 첨가한 용액을 가하고, 질소분위기를 유지시키며, 25℃에서 500 rpm 정도로 격렬히 교반시키며 0.24 g의 테트라에틸 오르쏘 실리케이트를 5 ㎖ 에탄올에 첨가한 용액을 5분 간격으로 1 ㎖씩 주입하였다. 그 후 24시간 동안 합성을 수행하여 탄소나노튜브에서 성장된 실리카 복합재료를 수득하였다.
시험예 1
상기 실시예 3에서 얻은 탄소나노튜브-실리카 복합재료를 전자주사현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)으로 관찰하여 그 결과를 각각 도 1 a 내지 도 2d로 나타내었다. 도 1a는 실리카가 결합되지 않은 일반 탄소나노튜브이고, 도 1b는 실시예 3에 따라 표면으로부터 실리카가 합성된 탄소나노튜브이다. 도 2a,b는 실리카가 결합되지 않은 일반 탄소나노튜브이고, 도 2c,d는 실시예 3에 따라 표면으로 부터 실리카가 합성된 탄소나노튜브이다. 사진으로부터 탄소나노튜브의 표면으로부터 합성된 실리카의 모습을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 합성법에 비해 수월하고 안정적인 새로운 방법으로 실리카를 탄소나노튜브 표면으로부터 합성시킬 수 있다. 특히 본 발명에서는 탄소나노튜브의 손상 없이 그 표면으로부터 실리카를 합성할 수 있도록 함으로써 탄소나노튜브 자체의 전기적 특성을 저하시키지 않으면서 무기소재인 실리카의 기능성을 결합시킨 실리카/탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있다. 본 발명의 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 생체분자나 그 외 여러 가지 작용성 물질의 고정 지지체 역할을 수행할 수 있고, 실리콘 고무 등 기존의 소재에서는 얻을 수 없었던 다양한 기계적, 열적, 전기적 및 광학적 특성들을 얻을 수 있으며, 이밖에도 탄소나노튜브가 갖는 전기적 특성을 그대로 보유하면서 실리카의 기능성이 결합되어 있으므로 앞으로 다양한 첨단 IT 산업에 응용될 수 있는 잠재력을 갖고 있다.

Claims (7)

  1. (a) 탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 단계와;
    (b) 상기 하이드록실기가 도입된 탄소나노튜브에, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제를 도입하여, 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된 하기 화학식 1로 표시되는 탄소나노튜브를 얻는 단계와;
    (c) 상기 실란 커플링제가 도입된 탄소나노튜브로부터 졸-겔 공정으로 실리카를 합성하는 단계;를 포함하는 실리카/탄소나노튜브 복합재료의 합성방법.
    [화학식 1]
    Figure 112008017825814-pat00007
    여기서,
    Figure 112008017825814-pat00008
    는 탄소나노튜브; X=(CH2)n, 1<n<5; Y=NH2 또는 NH(CH2)m, 1<m<5; Z=NH2 (Y=NH(CH2)m일 경우) 이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하이드록실기를 도입하는 단계는 상이동 촉매를 사용하여 탄소나노튜브에 하이드록실기를 도입하는 것을 특징으로 하는 합성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실란 커플링제는 아미노에틸 아미노프로필 트리에톡시 실란; 아미노에틸 아미노프로필 메틸 다이메톡시 실란; 아미노프로필 트리메톡시 실란; 아미노프로필 트리에톡시 실란; 페닐 아미노프로필 트리메톡시 실란 및 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 합성방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 상이동 촉매는 테트라프로필암모늄 클로라이드; 테트라프로필암모늄 하이드록사이드; 테트라부틸암모늄 브로마이드; 테트라부틸암모늄 클로라이드 및 테트라부틸암모늄 하이드록사이드로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 합성방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리카를 합성하는 단계는 20∼70 ℃의 중합온도에서 6∼100 시간동안 중합을 수행하는 것을 특징으로 하는 합성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 실리카/탄소나노튜브 복합재료는 직경 50∼200 nm 범위의 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 합성방법.
  7. 말단에 아민기를 갖는 실란 커플링제가 도입된, 하기 화학식 1로 표시되는 탄소나노튜브.
    [화학식 1]
    Figure 112008017825814-pat00009
    여기서,
    Figure 112008017825814-pat00010
    는 탄소나노튜브; X=(CH2)n, 1<n<5; Y=NH2 또는 NH(CH2)m, 1<m<5; Z=NH2 (Y=NH(CH2)m일 경우) 이다.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101309416B1 (ko) 2012-06-20 2013-09-23 단국대학교 산학협력단 골 재생용 탄소나노튜브-키토산-실리카 나노복합체 및 이의 제조방법
KR101564499B1 (ko) 2014-03-07 2015-10-30 계명대학교 산학협력단 탄소나노튜브 표면 개질 방법
CN106270498A (zh) * 2016-08-24 2017-01-04 浙江大学 一种对贵金属纳米粒子进行相转移的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010066817A (ko) * 1999-06-15 2001-07-11 이철진 고순도의 탄소나노튜브를 합성하는 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010066817A (ko) * 1999-06-15 2001-07-11 이철진 고순도의 탄소나노튜브를 합성하는 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101107230B1 (ko) 2009-06-26 2012-01-25 한국조폐공사 실리카／탄소나노튜브의 복합체를 제조하는 방법
KR101309416B1 (ko) 2012-06-20 2013-09-23 단국대학교 산학협력단 골 재생용 탄소나노튜브-키토산-실리카 나노복합체 및 이의 제조방법
KR101564499B1 (ko) 2014-03-07 2015-10-30 계명대학교 산학협력단 탄소나노튜브 표면 개질 방법
CN106270498A (zh) * 2016-08-24 2017-01-04 浙江大学 一种对贵金属纳米粒子进行相转移的方法

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