KR100844115B1 - 클라도포라형 탄소와 그 제조 방법 및 그 제조 장치 - Google Patents

클라도포라형 탄소와 그 제조 방법 및 그 제조 장치 Download PDF

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Abstract

다이아몬드를 핵으로 하여 방사상으로 나노 탄소 재료를 성장시킨 클라도포라형과 유사한 구형 미립자로서, 표면을 산화시킨 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자(2)를, 탄화 수소로 이루어진 기상 중에서 부유시키면서 교반하는 동시에 소정의 온도로 가열해서 나노 탄소 재료 합성의 촉매 반응을 발생시켜서, 미립자 표면에 나노 탄소 재료를 성장시킨다. 다이아몬드 촉매 미립자(31)를 핵으로 하여, 나노 사이즈의 직경을 가지는 나노 섬유(32)를 방사상으로 성장시켜서 클라도포라형 탄소가 생성된다. 담지되는 전이 금속이 Ni 또는 Co이면, 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브가 되고, 담지되는 전이 금속이 Pd이면, 나노 탄소 재료는 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트가 된다.
탄소, 카본, 나노, 다이아몬드, 클라도포라

Description

클라도포라형 탄소와 그 제조 방법 및 그 제조 장치{CLADOPHORA-FORM CARBON, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND PRODUCTION APPARATUS THEREFOR}
본 발명은, 신규한 나노 탄소 재료로서, 클라도포라(cladophora)형과 유사한 탄소와, 상기 클라도포라형 탄소의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.
근래, 풀러렌(fullerene), 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 혼 등의 나노미터(nm) 사이즈의 미세 구조를 가지는 탄소 물질, 즉, 나노 탄소 재료가 차세대 기능성 재료로서 주목 받고 있다. 이들 나노 탄소 재료는, 강도 보강 재료, 전자 재료, 전자파 흡수 재료, 촉매 재료 또는 광학 재료로서의 응용이 기대되고 있다.
나노 탄소 재료의 제조 비용을 감소시키기 위하여, 여러 가지 나노 탄소 재료의 제조 방법이 연구되어 왔지만, 본 발명자들은, 종래의 아크 방전법이나 CVD(chemical vapor deposition) 법에 비해 현저하게 낮은 비용으로 나노 탄소 재료를 제조할 수 있는 방법을 제안했다(특개 2004-277241호 공보 참조). 이 방법은, 도 13에 도시한 바와 같이, 시판되는 다이아몬드 분말의 표면을 산화시키고, 이 표면에 촉매 금속이 담지된 다이아몬드 촉매 미립자(41)를 기판(42) 위에 퇴적하고, 이 기판(42)을 고정상 유통식 반응 장치라 지칭되는 나노 탄소 재료 합성 장치인 반응조(43) 내에 배치하고, 탄화 수소 가스(44)를 흐르게 하면서, 전기로(45) 에 의해 다이아몬드 촉매 미립자와 탄화 수소 가스의 촉매 반응 온도로 가열하여, 다이아몬드 촉매 미립자(41) 상에 나노 탄소 재료를 성장시킨다. 이 방법에 의하면, 지극히 낮은 비용으로, 다이아몬드를 중심핵으로 하여 나노 탄소 재료가 성장된 미립자가 얻어진다.
한편, 상기 특개 2004-277241호 공보에 기재된 방법에 의하면, 나노 탄소 재료를 대량으로 낮은 비용으로 합성할 수 있지만, 고정상 유통식 반응 장치를 이용하기 때문에 핵이 되는 다이아몬드 미립자의 한 변이 반드시, 기판면 또는 다른 다이아몬드 미립자와 접촉하게 되어, 접촉면에서의 나노 탄소 재료의 성장이 저해되기 때문에, 다이아몬드 미립자를 핵으로 하여 나노 탄소 재료가 동일한 방향으로 성장하지 않게 되며, 따라서, 구형의 미립자가 얻어지지 않는 문제가 있었다. 이와 같이, 상기 나노 탄소 재료의 형상은 구형이 아니므로, 미립자의 형상 방향에 따라서 나노 탄소 재료의 양이 상이해지므로, 예를 들면, 이러한 미립자를 촉매 담체로서 이용하려고 해도, 담지되는 촉매 활성종의 양이 상기 미립자의 형상 방향에 따라서 상이하게 담지되거나, 또는 강도 보강 재료로서 사용하는 경우에는 미립자의 형상 방향에 따라서 강도 차이가 생긴다. 이와 같이, 종래의 나노 탄소 재료 미립자는, 강도 보강 재료, 전자 재료, 전자파 흡수 재료, 촉매 재료 또는 광학 재료로서 사용하는 경우에, 이들 재료의 특성이 재료의 위치 또는 방향에 따라서 상이하게 되는 문제 즉, 특성이 불균일하게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 감안한 것으로서, 본 발명의 제1 목적은, 나노 탄소 재료 미립자를 사용한 재료의 특성을 균일하게 할 수 있으며, 다이아몬드를 핵으로 하여 방사상으로 나노 탄소 재료를 성장시킨 구형 미립자를 제공하는 것이다. 상기 구형 미립자는 클라도포라형과 유사하므로, 본 발명자들은, 이하 상기 구형 미립자를 클라도포라형 탄소라 지칭한다.
본 발명의 제2 목적은 클라도포라형 탄소의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 상기 클라도포라형 탄소를 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 클라도포라형 탄소는, 표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자와 상기 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 담지된 전이 금속 촉매 및 상기 전이 금속 촉매로부터 방사상으로 성장된 나노 탄소 재료를 포함하는 구형의 미립자인 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 본 발명에 의한 탄소 재료는 구형 미립자이므로, 미립자에 형상 이방성이 없기 때문에, 예를 들면, 이 미립자를 촉매 담체로서 이용하면 촉매 활성종의 담지량에 이방성이 없고, 촉매 반응이 균일하게 된다. 또한, 강도 보강 재료로서 이용하면, 미립자에 형상 이방성이 없으므로 기계적 강도에 이방성이 생기지 않는다.
상기 구성에 있어서, 전이 금속 촉매는 Ni 또는 Co이면, 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브이다. 또한, 전이 금속 촉매가 Pd이면, 나노 탄소 재료는 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트(graphite)이다.
본 발명의 제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 클라도포라형 탄소의 제조 방법은, 표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자를, 탄화 수소로 이루어지는 기상(氣相) 중에서 부유시키면서 교반하는 동시에 나노 탄소 재료가 합성되는 촉매 반응 온도로 가열하고, 상기 다이아몬드 촉매 미립자 표면에 상기 나노 탄소 재료를 성장시키는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 담지되는 전이 금속이 Ni 또는 Co이면, 성장되는 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브가 되고, 담지되는 전이 금속이 Pd이면, 성장되는 나노 탄소 재료는 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트가 된다.
표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자의 입경은 500nm 이하인 것이 바람직하다. 탄화 수소는 메탄이 바람직하다. 나노 탄소 재료 합성의 촉매 반응 온도는 400℃ 내지 600℃의 온도 범위가 바람직하다.
본 발명의 제3 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 클라도포라형 탄소의 제조 장치는, 다이아몬드 촉매 미립자를 수용하는 수직으로 배치된 반응조와 상기 반응조의 하부 및 상부에 각각 설치되는, 탄화 수소로 이루어지는 가스를 도입하는 도입구와 상기 가스를 배출하는 배출구와 상기 반응조를 둘러싸도록 배치되는 가열 장치 및 상기 다이아몬드 촉매 미립자는 통과시키지 않고 상기 가스는 통과시키는, 상기 반응조 내에 배치된 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 추가적으로, 탄화 수소로 이루어지는 가스에 반응 보조 가스 및/또는 희석 가스를 혼합하는 혼합 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자를, 도입구에서 도입되어 배출구로 배출하는 탄화 수소 가스로 부유시키면서 교반하는 동시에 가열 장치에 의해 반응층 내의 온도를 나노 탄소 재료 생성의 촉매 반응 온도로 가열함으로써, 다이아몬드 촉매 미립자 위에 방사상으로 나노 탄소 재료가 성장된다. 다이아몬드 촉매 미립자는 가스 중에서 부유됨과 동시에 교반되므로, 다이아몬드 촉매 미립자 표면의 전체면에 걸쳐서 나노 탄소 재료가 방사상으로 균일하게 성장되며, 구형의 나노 탄소 재료 미립자, 즉, 클라도포라형 탄소를 낮은 비용으로 대량으로 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 클라도포라형 탄소 제조 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 클라도포라형 탄소의 SEM 상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 클라도포라형 탄소의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 나노 탄소 재료미립자의 SEM 상을 나타내는 도면이다.
도 5는 반응 시간을 변경해서 제조한 본 발명의 클라도포라형 탄소의 SEM 상을 나타내는 도면이다.
도 6은 반응 시간을 변경해서 제조한 본 발명의 클라도포라형 탄소 SEM 상을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 클라도포라형 탄소의 나노 탄소 재료 부분의 TEM 상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 클라도포라형 탄소의 나노 탄소 재료 부분의 TEM 상을 나 타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제조 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수량을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제조 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수율의 반응 시간의존성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진, 반응 시간을 0.5시간으로 한 경우의 클라도포라형 탄소의 입경 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진, 반응 시간을 5시간으로 한 경우의 클라도포라형 탄소의 입경 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 나노 탄소 재료를 제조하는 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하 상세한 설명 및 본 발명의 수개의 실시 형태를 나타내는 첨부 도면을 통하여 본 발명을 보다 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 한편, 첨부 도면에 나타내는 여러 가지 실시예는 본 발명을 특정하거나 또는 한정하기 위한 것이 아니라, 단지 본 발명의 설명 및 이해를 용이하게 하기 위한 것일 뿐이다.
우선, 본 발명의 클라도포라형 탄소의 제조 장치를 설명하고, 상기 제조 장치를 예로 하여, 클라도포라형 탄소의 제조 방법을 설명한다. 이어서 실시예에 기초하여 본 발명의 클라도포라형 탄소를 설명한다.
도 1은 본 발명의 클라도포라형 탄소 제조 장치의 구성을 나타내는 도면이 다. 도면에서, 클라도포라형 탄소 제조 장치(l)는, 다이아몬드 촉매 미립자(2)를 포함하는 수직으로 배치된 반응조(3)와, 반응조(3)의 하부 및 상부에 각각 설치된 탄화 수소로 이루어지는 가스(4)를 도입하는 도입구(5)와, 가스(4)를 배출하는 배출구(6)와, 반응조(3)를 둘러싸도록 배치되는 가열 장치(7)와, 다이아몬드 촉매 미립자(2)는 통과시키지 않고, 가스(4)는 통과시키는 필터(8)로 구성되어 있다. 이 제조 장치(1)는, 탄화 수소로 이루어지는 가스(4)에, 반응 보조 가스나 희석 가스(9)를 혼합하기 위한 혼합 장치(10)를 가질 수도 있다. 본 발명자들은, 이 장치를 이하, 유동 기상 합성 장치라 지칭한다.
상기 유동 기상 합성 장치(1)를 이용한 클라도포라형 탄소의 제조는 아래와 같이 수행된다.
표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자(2)를, 반응조(3) 내의 필터(8) 위에 배치한다. 그리고, 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자(2)의 제조 방법에 대한 예는, 특개 2004-277241호 공보를 참조하면 된다.
반응조(3) 내에 다이아몬드 촉매 미립자(2)를 배치하고, 탄화 수소로 이루어지는 가스(4)를 도입구(5)로부터 소정의 유량으로 도입하는 동시에, 배출구(6)로부터 배출한다. 가스(4)의 소정의 유량은, 다이아몬드 촉매 미립자(2)가 반응조(3) 내에서 부유하면서 교반되는 상태로 되는 유량이며, 반응조(3)가 용융 석영 재질이면 육안으로 그 상태를 확인함으로써 유량을 설정한다. 예를 들면, 다이아몬드 촉매 미립자(2)가, 반응조(3) 내에서 부유하면서 교반됨으로써, 배출구(6)로 튀어나오지 않을 정도의 유량인 것이 바람직하다. 다이아몬드 미립자의 입경은, 500nm 이하이면 양호하고, 지나치게 크면 쉽게 부유하지 않는다. 온도는, 촉매로서 Ni, Co, 또는 Pd, 및 탄화 수소 가스로서 메탄을 이용하는 경우에는, 400℃ 내지 600℃의 범위가 바람직하다. 또한, 소정의 온도로 부유시키면서 교반하는 시간에 비례하여, 생성되는 클라도포라형 탄소의 입경이 커지므로, 사용 목적에 따라 반응 시간을 설정하면 된다.
전이 금속으로서 Ni 또는 Co를 선택하면, 클라도포라형 탄소를 구성하는 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브가 되고, Pd를 선택하면, 클라도포라형 탄소를 구성하는 나노 탄소 재료는 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트가 되므로, 사용 목적에 따라 전이 금속을 선택하면 된다.
이 방법에 의하면, 다이아몬드 촉매 미립자가 반응조(3) 내에서 부유하면서 동시에 교반되므로, 다이아몬드 촉매 미립자의 전체 표면에 걸쳐서 촉매 반응이 균일하게 행해지고, 그 결과, 다이아몬드 촉매 미립자의 전체 표면에 걸쳐서 길이가 동일한 나노 탄소 재료가 방사상으로 성장하여, 클라도포라형 미립자가 얻어진다.
이어서, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
500nm 이하의 입경의 시판되는 다이아몬드 분말을 사용하고, 예를 들면 상기 특개 2004-277241호 공보에 기재된 방법으로 우선 산화 처리를 실시한다. 시판되는 다이아몬드 표면은 완전한 탄소뿐만 아니라 산소 등이 부착되어 있으므로, 그 표면을 균일화하기 위해서 350∼450℃의 산소 분위기 또는 공기 중에서 산화시킨 후에 촉매 담지체로 이용한다.
이와 같이 다이아몬드 분말의 표면을 산화시키고, Ni, Co, 또는 Pd를 함침 담지시킨 다이아몬드 촉매 미립자를 각각 제조했다. 다이아몬드 촉매 미립자를 1∼5g, 메탄 가스 유량을 50∼200밀리·리터/분, 반응 온도를 400∼600℃로 하여, 도 1에 나타낸 장치를 사용해서 제조했다. 한편, 반응조(3)는 내경 4cm, 길이 50cm의 원통형의 반응조이다.
도 2는, Ni를 함침 담지시킨 다이아몬드 촉매 미립자를 사용하고, 반응 시간 1시간으로 생성된 클라도포라형 탄소의 SEM(주사 전자 현미경) 상이다. 도면에서 알 수 있듯이, 이 미립자는 거의 구상이며, 또한, 미립자 전체 표면에 걸쳐서, 지극히 세밀한 섬유형 나노 탄소 재료가 방사상으로의 솜털 모양으로 들어서 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 보이는 것은, 도 3에 나타낸 클라도포라형 탄소의 구조 모델과 같이, 다이아몬드 촉매 미립자(31)를 핵으로 하여, 나노 사이즈의 직경을 가지는 나노 섬유(32)가 방사상으로 성장해 있기 때문에다. 한편, 나타내지 않았지만, Co, Pd에 대해서도 동일한 구조의 클라도포라형 탄소가 제조되었다.
도 4는 비교를 위해서 나타낸 종래 방법, 즉 특허 문헌 1의 방법으로 제조된 나노 탄소 재료 미립자의 SEM 상이다. 도면에서 알 수 있듯이, 이 나노 탄소 재료 미립자는 형상이 일정하지 않음을 알 수 있다. 즉, 크기가 큰 미립자는, 앞 부분이 돌출된 판 형태이며, 크기가 작은 미립자는 바닥면이 판형이며 상면은 구형이다. 이와 같이, 대칭성이 낮은 형상이며, 미립자의 중심에서 미립자의 표면까지의 두께가 방향에 따라서 상이한, 즉, 형상 방향에 따라서 나노 탄소 재료의 양이 상이하므로, 미립자의 촉매 담지량이나, 기계적 강도에 이방성이 생긴다.
한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 클라도포라형 탄소는 실질적으로 형상 이방성이 없으므로, 강도 보강 재료, 전자 재료, 전자파 흡수 재료, 촉매 재료 또는 광학 재료로 사용하는 경우에, 방향이나 위치에 상관없이 균일한 특성을 얻을 수 있다.
도 5 및 도 6은, 반응 시간을 각각 3시간 및 5시간으로 하고, 다른 조건은 도 1에서 설명한 조건과 동일한 방법으로 제조된 클라도포라형 탄소의 SEM 상이다. 각 도면으로부터, 반응 시간에 따라 클라도포라형 탄소의 입경이 커지는 것을 알 수 있다.
도 7은, 도 1에서 설명한 조건으로 제조된 클라도포라형 탄소의 TEM(투과 전자 현미경) 상이다. 도 7로부터, 이 클라도포라형 탄소의 나노 탄소 재료는, 직경이 18nm 정도의 단층 탄소 나노 튜브인 것을 알 수 있다. Co를 전이 금속 촉매로 할 경우에도 마찬가지로, 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브였다.
도 8은 전이 금속 촉매를 Pd로 한 것 이외에는 도 1에서 설명한 조건과 동일한 조건으로 제조된 클라도포라형 탄소의 나노 탄소 재료 부분의 TEM 상이다. 이 클라도포라형 탄소의 나노 탄소 재료는, 직경이 27nm 정도의 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트인 것을 알 수 있다.
이어서, 본 발명의 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수량을 설명한다. 도 9는 본 발명의 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수량을 나타내는 도면이다. 500nm 이하의 입경의 시판되는 다이아몬드 분말을 사용하고, 종래의 방법에 의하여, Ni, Co, Pd 또는 기타 각종 전이 금속이 함침 담지된 다이아몬드 촉매 미립자 를 각각 제조했다. 전이 금속 촉매의 전이 금속 담지량은 3.0wt%이다. 다이아몬드 촉매 미립자를 1.0g, 메탄 가스 유량을 100밀리·리터/분, 반응 온도 550℃ 및 반응 시간 0.5시간으로, 도 1에 나타낸 장치를 사용해서 제조했다. 한편, 반응조(3)는 내경 4cm, 길이 50cm의 원통형의 반응조이다. 도 9로부터, 나노 탄소 재료의 수량은, Ni>Co>Pd의 순으로 높고, Fe, Ru, Rh, Ir 및 Pt에서는 나노 탄소 재료가 생성되지 않는 것을 알 수 있다.
이어서, 본 발명의 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수율의 반응 시간 의존성을 설명한다.
도 10은 본 발명의 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 수율의 반응 시간 의존성을 나타내는 도면이다. 500nm 이하의 입경의 시판되는 다이아몬드 분말을 사용하고, 상기 종래의 방법에 의하여, Ni가 함침 담지된 다이아몬드 촉매 미립자를 제조했다. 다이아몬드 촉매 미립자를 5g, 메탄가스 유량을 200밀리·리터/분, 반응 온도를 600℃, 반응 시간을 여러 가지로 변경하고, 도 1에 나타낸 장치를 사용해서 제조했다. 한편, 반응조(3)는 내경 4cm, 길이 50cm의 원통형의 반응조이다.
수율은, 공급되는 메탄의 몰수에 대한 생성되는 클라도포라형 탄소의 몰수의 비이다. 도 10으로부터, 반응 시간이 길어짐에 따라서 수율이 커지고, 반응 시간이 길 경우의 수율은 지극히 높고, 낮은 비용으로 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 반응 시간에 거의 비례해서 클라도포라형 탄소의 직경이 커지는 것을 알 수 있으며, 클라도포라형 탄소의 입경은 반응 시간에 의해서도 제어 가능한 것을 알 수 있다.
이어서, 본 발명의 방법에 의한 클라도포라형 탄소의 입경 분포를 설명한다.
도 11은, 도 10에서 설명한 클라도포라형 탄소의 제조 조건에 있어서, 반응 시간이 0.5시간인 경우의 클라도포라형 탄소의 입경 분포를 나타내는 도면이다. 가로축은 클라도포라형 탄소의 입경을 나타내고, 세로축은 빈도(개수)를 나타낸다.
도 12는, 도 10에서 설명한 클라도포라형 탄소의 제조 조건에 있어서, 반응 시간이 5시간인 경우의 클라도포라형 탄소의 입경 분포를 나타내는 도면이다. 가로축은 클라도포라형 탄소의 입경을 나타내고, 세로축은 빈도(개수)를 나타낸다.
도 11 및 도 12로부터, 클라도포라형 탄소의 입경 분포는 비교적 좁은 것을 알 수 있다. 또한, 클라도포라형 탄소의 입경은 반응 시간에 의해서도 제어 가능한 것을 알 수 있다.
또한, 클라도포라형 탄소의 입경의 제어는, 1μm 내지 100μm의 범위에서는 충분히 제어 가능했다. 100μm를 초과하면, 클라도포라형 탄소끼리의 충돌이나, 클라도포라형 탄소 관벽에 충돌하기 때문에 의한 형상의 파괴가 현저해진다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 클라도포라형 탄소에 의하면, 종래의 구형이 아닌 나노 탄소 재료 미립자에 비하여, 강도 보강 재료, 전자 재료, 전자파 흡수 재료, 촉매 재료 또는 광학 재료로서 사용하는 경우에, 이들 재료의 특성이 보다 균일해진다. 또한, 본 발명의 클라도포라형 탄소의 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 낮은 비용 및 대량으로 클라도포라형 탄소를 제조하는 것이 가능해진다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 클라도포라형 탄소는, 다이아몬드 촉매 미립자를 핵으로 하여 섬유형 나노 탄소 재료가 방사상으로 성장된 구형의 미립자이므로, 클라도포라형 탄소를 강도 보강 재료, 전자 재료, 전자파 흡수 재료, 촉매 재료 또는 광학 재료로서 사용하면, 이들 재료의 특성이 보다 균일해진다.

Claims (11)

  1. 표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자;
    상기 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 담지된, Ni, Co 및 Pd 중 어느 것인 전이금속 촉매; 및
    상기 전이 금속 촉매로부터 방사상으로 성장된 나노 탄소 재료
    를 포함하는 구형의 미립자로 이루어진 클라도포라(cladophora)형 탄소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전이 금속 촉매는 Ni 또는 Co이며, 상기 나노 탄소 재료는 탄소 나노 튜브인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전이 금속 촉매는 Pd이며, 상기 나노 탄소 재료는 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트(graphite)인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소.
  4. 표면이 산화된 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 Ni, Co 및 Pd 중 어느 것인 전이 금속 촉매가 담지된 다이아몬드 촉매 미립자를, 탄화 수소로 이루어지는 기상(氣相) 중에서 부유시키면서 교반하는 동시에 나노 탄소 재료가 합성되는 촉매 반응 온도로 가열하여, 상기 다이아몬드 촉매 미립자 표면에 상기 나노 탄소 재료를 성장시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 담지되는 전이 금속은 Ni 또는 Co이며, 상기 탄화 수소로 이루어지는 기상 중에서 부유시키면서 교반하는 동시에 나노 탄소 재료가 합성되는 촉매 반응 온도로 가열하고, 상기 다이아몬드 촉매 미립자 표면에 성장시키는 상기 나노 탄소 재료가 탄소 나노 튜브인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 산화 다이아몬드 미립자의 표면에 담지되는 전이 금속은 Pd이며, 상기 탄화 수소로 이루어지는 기상 중에서 부유시키면서 교반하는 동시에 나노 탄소 재료가 합성되는 촉매 반응 온도로 가열하고, 상기 다이아몬드 촉매 미립자 표면에 성장시키는 상기 나노 탄소 재료가 코인 적층형 탄소 나노 그라파이트인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 다이아몬드 미립자의 입경은 500nm 이하인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄화 수소는 메탄인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 반응 온도는 400℃ 내지 600℃의 온도 범위인 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 방법.
  10. 다이아몬드 촉매 미립자를 포함하는 수직으로 배치된 반응조;
    상기 반응조의 하부 및 상부에 각각 설치된, 탄화 수소로 이루어지는 가스를 도입하는 도입구;
    상기 가스를 배출하는 배출구;
    상기 반응조를 둘러싸도록 배치된 가열 장치; 및
    상기 다이아몬드 촉매 미립자는 통과시키지 않고 상기 가스는 통과시키는, 상기 반응조 내에 배치된 필터를 포함하는
    클라도포라형 탄소의 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄화 수소로 이루어지는 가스에, 반응보조 가스, 희석 가스, 또는 반응보조 가스 및 희석가스를 혼합하는 가스 혼합 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 클라도포라형 탄소의 제조 장치.
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